Использование механоактивации зародышей пшеницы в производстве хлебобулочных изделий

УДК 664.661

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Ю. С. РЫБАКОВ,

доктор технических наук, профессор, Уральский государственный аграрный университет

(620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42),

Н. А. ЛЕСНИКОВА, старший преподаватель, Л. Ю. ЛАВРОВА,

кандидат технических наук, доцент, Е. Л. БОРЦОВА,

кандидат экономических наук, доцент, Т. В. МАЖАЕВА,

кандидат медицинских наук, доцент, Уральский государственный экономический университет

Ключевые слова: зародыши пшеницы, механоактивация, органопорошок, обогащение хлебобулочных изделий. Приводятся результаты по исследованию использования органопорошка из зародышей пшеницы для обогащения и расширения ассортимента хлебобулочных изделий. Зародыш пшеницы является ценным натуральным сырьем, способным наиболее эффективно и безвредно для организма обогащать хлебобулочные изделия эссенциальными нутри-ентами. Традиционное измельчение зародышей пшеницы не дает получать порошок с однородным дисперсным составом, что заметно ухудшает органолептические показатели качества обогащенного изделия. Поэтому был использован метод сухой механоактивации до получения частиц размером 80-100 мкм. Полученный органопорошок вводился в различных количествах в рецептуру хлеба из пшеничной муки. В результате исследований разработана рецептура хлеба с добавлением 6 % органопорошка из муки зародышей пшеницы от массы муки пшеничной первого сорта. Отработана технология приготовления хлебного изделия на малой густой опаре с использованием ацидофильной закваски. Данный образец отличался наибольшей пористостью, объемным выходом, формоустойчивостью, имел высокие органолептические показатели качества. Исследования химического состава хлеба показали, что содержание белка в экспериментальном образце по сравнению с контрольным (без использования органопорошка из зародышей пшеницы) увеличилось на 1,7 % на сухое вещество, жира — на 0,6 %, моно- и дисахаридов — на 1,6 %, пищевых волокон — на 0,4 %, зольность — на 0,26 % (за счет внесения с мукой зародышей пшеницы минеральных веществ P, K, Mg, Na, Ca, Fe, Mn, Zn), витамина Е — на 0,4 %. Введение в рецептуру хлебобулочных изделий обогащающих компонентов оказывает влияние на качественный и количественный состав рациона питания человека и позволяет решить проблему профилактики и лечения различных заболеваний. Поэтому данная продукция может быть рекомендована для расширения ассортимента изделий функциональной направленности.

THE USE OF MECHANICAL ACTIVATION OF WHEAT GERM IN MANUFACTURE OF BAKERY PRODUCTS

Y. S. RYBAKOV,

doctor of technical sciences, professor, Ural state agrarian university

(42 K. Libknehta Str., 620075, Ekaterinburg),

N. A. LESNIKOVA, senior lecturer, L. Y. LAVROVA,

candidate of technical science, associate professor, E. L. BORTSOVA,

candidate of economical science, associate professor, T. V. MAZHAEVA,

candidate of medical sciences, associate professor, Ural state university of economics

Keywords: wheat germ, mechanical activation, organic powder, enrich of bakery products.

Describes using organic powder from wheat nuclei for enrichment and expansion the range of bakery products. The wheat germ is a valuable natural raw materials to effective and harmless for the organism to enrich bakery essential nutrients. Traditional grinding of wheat germ does not receive powder with a homogeneous composition of particulate. It is worsens organoleptic quality of enriched products. That is why we used method of dry mechanical activation for production of particle size 80-100 mkm. It is organic powder introduced various amounts in the formulation of products bakery from wheat flour. As a result of researches the bread recipe with the addition of 6 % organic powder from flour wheat germ from wheat flour first grade. Under the new formula perfected the technology of preparation of bread products on a small thick оpare using acidophilus ferment. The sample different highest porosity, volumetric output, form stability and good organoleptic quality. Studies have shown the chemical composition of bread of protein in the experimental sample compared to control increased 1.7 %, grease — 0.6 %, monosaccharides and disaccharides — 1.6 %, food fibres — 0.4 %, ash content 0.26 %. It is result depend from appended minerals (P, K, Mg, Na, Ca, Fe, Mn, Zn) and vitamin E from powder from wheat germ. Introduction into the formulation of products bakery enriching components affects the qualitative and quantitative composition of the diet and solves the problem of the prevention and treatment of various diseases. That is why this product сan be recommended for concentration the range of expanding the range of products of a functional orientation.

Инженерия /^7

Положительная рецензия представлена А. А. Ермаковым, доктором технических наук,

профессором кафедры процессов и аппаратов химической технологии Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина.

Инженерия

В настоящее время особое внимание уделяется вопросам расширения ассортимента продукции, повышения ее пищевой ценности, разработки сортов изделий повышенной биологической ценности, сбалансированных по содержанию белков (в том числе аминокислотному составу), витаминов, макро- и микроэлементов, имеющих функциональную направленность.

Известно, что химический состав хлеба, особенно из муки высших сортов, не полноценен в биологическом отношении. В нем недостаточно содержание белков, при этом белки неполноценны и бедны незаменимыми аминокислотами, невысокое содержание витаминов и минеральных веществ. Поэтому обогащение хлеба биологически активными веществами с целью получения новых хлебобулочных изделий с заданными свойствами, улучшенной биологической ценностью, пониженной калорийностью — актуальное научное направление. Введение в рецептуру изделий обогащающих компонентов оказывает влияние на качественный и количественный состав рациона питания человека и позволяет решить проблему профилактики и лечения различных заболеваний. При этом остро стоит вопрос поиска ценного натурального сырья, способного наиболее эффективно и безвредно для организма обогащать хлебобулочные изделия эссенциальными нутриентами. В качестве такого источника предложена мука зародышей пшеницы.

Зародыш пшеницы — это самая ценная и активная часть зерна, идеально сбалансированный комплекс разнообразных питательных веществ, витаминов, микроэлементов [1].

Однако при измельчении зародышей пшеницы известными промышленными способами получается мука с полидисперсным составом твердых частиц, размер которых колеблется от 100 мкм до нескольких миллиметров. Крупнодисперсные частицы, как и сама неоднородность классификационного состава помола, значительно ухудшают органолептические показатели качества (вкус, внешний вид, состояние мякиша) и физические свойства обогащенных изделий (пористость, объем). В связи с этим при обогащении продуктов питания мукой из зародышей пшеницы возникает необходимость проведения дополнительных технологических операций по измельчению и просеиванию. Поэтому было предложено проводить измельчение зародышей пшеницы с использованием метода сухой механоактивации до размера частиц менее 100 мкм.

Механическая активация природных полимеров является сложным физико-химическим процессом накопления потенциальной энергии вещества и повышения его химической активности за счет увеличения поверхностной энергии и энергии внутреннего строения при механическом измельчении дисперсной среды. Этот процесс определяется изменением энергетического состояния, физического строения и химических свойств под действием механических сил при диспергировании. Введение в определение механоактивации энергетического состояния системы открывает возможность математического выражения и количественной оценки активации: меха-ноактивация численно равна изменению свободной энергии системы под действием механических сил.

Энергетический закон, наиболее полно учитывающий все сопутствующие затраты энергии при меха-ноактивации, был предложен Г. С. Ходаковым. Из его формулировки следует, что работа трения, то есть работа поверхностного деформирования и разрушения, энергия пластических деформаций и работа по образованию и разрушению агрегатов зависят от степени измельчения твердого тела и в первом приближении пропорциональны поверхности. На основании этого положения была выведена зависимость, определяющая затраты энергии на процесс при объемном характере разрушения:

—-I — -

Леи

где е — энергия на совершение работы по определенному упругому деформированию; а1 — коэффициент площади частицы; а — коэффициент объема частицы; &— удельная поверхность измельчаемого материала; в — плотность энергии пластических деформаций, предшествующих хрупкому разрушению;

у — поверхностная плотность работы или трения и энергии образования и разрушения агрегатов;

I — толщина слоя, в котором совершается пластическая деформация;

о — свободная энергия единицы поверхности. Анализ уравнения (1) показал, что плотность энергии, которую измельчитель (мелющее тело) передает в зоне контакта измельчаемому телу (измельчаемой частице) в единичном акте разрушения, зависит от конструктивных особенностей, геометрических размеров рабочих органов и технологических параметров из-мельчительной машины. Достижение необходимого уровня плотности энергии, которая передается измельчаемой частице в единичном акте разрушения, обеспечивается путем повышения энергонапряженности измельчительного аппарата, прежде всего за счет увеличения кинетической энергии мелющих элементов (лопастей, мелющих тел и др.) при их контактировании с измельчаемым материалом. К увеличению плотности энергии приводит также уменьшение площади контакта и, следовательно, количества воспринимающих энергию измельчаемых частиц [2].

Проведенные ранее исследования по измельчению вторичных зерновых ресурсов — пшеничные и овсяные отруби, шрот зародышей пшеницы — показали возможность получения механоактивирован-ных органопорошков и их успешное использование в качестве пищевой добавки в производстве различных продуктов питания для изделий пищевой промышленности и блюд общественного питания [3, 4].

Цель и методика исследований. Цель работы — использование органопорошка из зародышей пшеницы, полученного методом сухой механоактивации, для обогащения и расширения ассортимента хлебобулочных изделий.

Для исследования выбраны следующие объекты:

— образец № 1 с содержанием органопорошка из муки зародышей пшеницы в количестве 3 % от массы муки пшеничной первого сорта;

— образец № 2 с содержанием органопорошка из муки зародышей пшеницы в количестве 6 % от массы муки пшеничной первого сорта;

— образец № 3 с содержанием органопорошка из муки зародышей пшеницы в количестве 9 % от массы муки пшеничной первого сорта;

Инженерия /Щ

Таблица 1

Сравнительный анализ химического состава нового хлебного изделия и контрольного образца

Наименование нутриентов Химический состав 100 г хлеба

Контрольный образец Хлеб экспериментального образца

Вода, г 38,3 38,4

Белки, г 8,0 8,9

Жиры, г 0,9 1,2

Усвояемые углеводы, г в т. ч.: моно- и дисахариды общие крахмал и декстрины 49,7 1,5 48,2 47,3 2,4 44,9

Неусвояемые углеводы, г 4,2 4,4

Минеральные вещества, мг Натрий Калий Кальций Магний Фосфор Железо 461,27 140,41 30,98 34,23 93,07 1,66 465,00 153,68 30,76 49,11 146,37 2,08

Цинк - 2,0

Витамины, мг Тиамин (В1) Рибофлавин (В2) Ниацин (РР) Токоферол (Е) 0,19 0,11 1,71 2,17 0,20 0,11 1,78 2,38

— контрольный образец без добавления органо-порошка из муки зародышей пшеницы.

В качестве контрольного образца был взят хлеб молочный «Уральский», производимый из муки пшеничной первого сорта по известной рецептуре.

Тесто готовили на малой густой опаре, причем органопорошок вносили в тесто совместно с мукой. Готовность теста определяли по органолепти-ческим показателям и по достижению кислотности 3,5-4,0 град.

После выпечки изделия охлаждали и проводили анализ качества готовой продукции стандартными и общепринятыми методами.

Результаты исследований.

В процессе проведения экспериментов исследовано влияние механоактивированного органопорошка из муки зародышей пшеницы в количестве 3, 6, 9 % от массы муки пшеничной первого сорта на характер брожения теста, его реологические свойства, а также качество готовых изделий. В результате исследований выявлено, что максимальная дозировка органо-порошка в количестве 9 % от массы муки пшеничной первого сорта приводит к уменьшению объема теста, что объясняется более вязкими свойствами данного образца вследствие большего содержания водорастворимых веществ и высокой влагоудерживающей способностью органопорошка. Оптимальным вариантом является образец с дозировкой муки зародышей пшеницы в количестве 6 % от массы муки пшеничной первого сорта. При этом к концу брожения объем теста и кислотность повышаются, так как в состав муки зародышей пшеницы входят до 30 % сахаров, богатый витаминный комплекс (особенно группы В), что является питанием для дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий, способствует быстрому их размножению, за счет чего интенсифицируются спиртовое, молочнокислое брожение и газообразование в тесте.

Проведен ряд лабораторных выпечек хлеба и дана органолептическая оценка качества готовых изделий, которая показала, что при увеличении дозиров-

ки механоактивированного органопорошка из муки зародышей пшеницы изменяется цвет корки от светло-желтой до темно-желтой, цвет мякиша постепенно приобретает желтовато-кремовый оттенок, появляются ореховый привкус и аромат жареных семян злаковых культур. Комплексный анализ органолеп-тических показателей качества экспериментальных образцов хлеба установил, что наивысшую оценку независимых экспертов в области кондитерского и хлебопекарного производств получил образец № 2 с дозировкой органопорошка из муки зародышей пшеницы в количестве 6 %.

Исследование пористости, объема и формоустой-чивости образцов хлеба с внесением механоактиви-рованного органопорошка из муки зародышей пшеницы показали, что данные характеристики заметно ухудшаются с увеличением дозировки последнего. Установлено, что в образце № 3 пористость, объем и формоустойчивость имели наименьшие значения по сравнению с другими образцами, что связано с малой газоудерживающей способностью данного образца.

Исходя из проведенных органолептических и физико-химических показателей качества экспериментальных образцов был найден наилучший — образец № 2 с содержанием органопорошка из муки зародышей пшеницы в количестве 6 % от массы муки пшеничной первого сорта.

Для улучшения реологических свойств теста, а также показателей качества данного образца хлеба было принято решение о внесении в тесто ацидофильной закваски, которая способствует повышению кислотности теста в процессе брожения, инактивации действия активаторов протеолиза, укреплению клейковины и слизей, что положительно сказывается на упругих свойствах теста.

Данный образец был исследован по химическому составу и сравнен с контрольным. Результаты представлены в табл. 1.

Исследования химического состава хлеба показали, что содержание белка в экспериментальном образце по сравнению с контрольным увеличилось на

Инженерия

1,7 % на сухое вещество, жира — на 0,6 %, моно-и дисахаридов — на 1,6 %, пищевых волокон — на 0,4 %, зольность — на 0,26 % (за счет внесения с мукой зародышей пшеницы минеральных веществ Р, К, Mg, Са, Fe, Мп, 2п), витамина Е — на 0,4 %. Это говорит о яркой функциональной направленности нового хлебного изделия.

В заключение работы был проведен анализ срока хранения нового хлебного изделия, который не выявил существенных изменений по сравнению с контрольным образцом.

Выводы. Рекомендации.

В результате исследований разработана рецептура хлеба с добавлением 6 % органопорошка из муки

зародышей пшеницы от массы муки пшеничной первого сорта и отработана технология приготовления нового хлебного изделия на малой густой опаре с использованием ацидофильной закваски. Данный образец отличался наибольшими пористостью, объемным выходом, формоустойчивостью, имел высокие органолептические показатели качества и улучшенный химический состав по сравнению с другими экспериментальными и контрольным образцами и может быть рекомендован для расширения ассортимента изделий функциональной направленности к внедрению на предприятиях пищевой промышленности. На новое изделие была разработана вся необходимая техническая документация.

Литература

1. Лесникова Н. А. Расширение ассортимента хлебобулочных изделий функционального назначения // Интеграция науки, образования и производства — стратегия развития инновационной экономики : пленарные доклады I-й междунар. науч.-практ. конф. Екатеринбург : УрГЭУ 2011. С. 171-174.

2. Ошкордин О. В., Лаврова Л. Ю., Усов Г. А. Использование органических полимеров в технологических процессах пищевых производств // Известия УрГЭУ 2010. № 4 (30). С. 158-164.

3. Лаврова Л. Ю., Борцова Е. Л. Обогащение мясных рубленых изделий механоактивированными органопорошками // Мясная сфера. 2011. № 5 (84). С. 116-117.

4. Лаврова Л. Ю., Борцова Е. Л. Механоактивированные органопорошки и органолептические показатели качества бисквитного полуфабриката // Кондитерское производство. 2013. № 3. С. 18-19.

References

1. СопсейгайопШе range of bakery product functionality // Integration of science, education and industry — strategy innovation economy : plenary reports of the international scientific and practical conference. Ekaterinburg : Ural State University of Economics, 2011. P. 171-174.

2. Oshkordin O. V, Lavrova L. Y., Usov G. A. The use of organic polymers in processes of food production // Bulletin of Ural state economic University. 2010. № 4 (30). P. 158-164.

3. Lavrova L. Y., Bortsova E. L. Enrichment of meat minced products mechano-activated organic powder // Meat sphere. 2011. № 5 (84). P. 116-117.

4. Lavrova L. Y., Bortsova E. L. Mechano-activated organic powder and organoleptic quality of biscuit semifinished // Confectionery production. 2013. № 3. P. 18-19.