Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка комплексной технологии пищевых добавок на основе некрахмальных полисахаридов для хлебопечения

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплексной технологии пищевых добавок на основе некрахмальных полисахаридов для хлебопечения"

РГ6 од 2 3 ИЮН 1ЧЯ7

На правах рукописи

УДК 664.6.00235:547.458.8: 663.323(043.3) + 663.151.45.002.35:663.323(043.3)

ПЛАТОВА ЛАРИСА ГРИГОРЬЕВНА

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ НЕКРАХМАЛЬНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ДЛЯ ХЛЕБОПЕЧЕНИЯ

Специальность: 03.00.23 - биотехнология

05.18.01- технология хлебопекарных, макаронных и кондитерских продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Пищевых Производств (МГУПП)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор А.А. Кочеткова Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Е.Г. Борисенко доктор технических наук, профессор Г.Г. Дубцов

Ведущая организация: Институт биохимии им. А.Н. Баха

Защита состоится 26 июня 1997 в 10.00. часов на заседании диссертационного Совета К.063.51.04 в Московском Государственном Университете пищевых производств по адресу: 125080, Москва Волоколамское шоссе, 11. С диссертацией можно ознакомиться ъ библиотеке МГУПП. Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять Ученому секретарю Совета. Автореферат разослан "26" мая 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

О.И.Тихомирова

Актуальность темы. В условиях современного технически развитого общества, характеризующегося неблагополучной экологической обстановкой, потребителей все больше интересует связь между здоровьем и питанием, являющимся частью здорового образа жизни. Поэтому в последние годы на рынке продовольствия особое внимание привлекает группа продуктов, объединенная термином "функциональные пищевые продукты", то есть продукты, особенно полезные для здоровья. Они предназначены для широкого круга покупателей и могут потребляться в составе обычного дневного рациона.

Среди функциональных пищевых ингредиентов важная роль принадлежит пищевым волокнам (ПВ).

За рубежом в группе продуктов, обогащенных пищевыми волокнами, наибольший интерес представляют готовые завтраки из зерна злаковых. Однако в нашей стране подобные продукты только начинают приобретать популярность и пока не могут составить конкуренцию традиционным зерновым продуктам - хлебу и хлебобулочным изделиям. В связи с этим актуальным является создание ассортимента хлебобулочных изделий функционального назначения.

В отечественной и иностранной литературе описан широкий спектр потенциальных источников пищевых волокон. На практике наиболее часто применяются волокна злаковых, овощей и фруктов.

Среди указанных источников волокон в нашей стране особое место занимают яблоки как самый распространенный и доступный вид фруктов. При их переработке получают сок, а из яблочных выжимок-пектин и вторичные (депектинизироватшые) яблочные выжимки, которые, по существу, представляют собой обогащенный источник пищевых волокон.

Современные технологии предполагают комплексное использование ресурсов, в результате которого можно получать несколько видов продуктов из одного вида сырья. Это открывает производителю возможность оперативной ориентации (в зависимости от ситуации на рынке) на пищевые продукты, а также продукты, предназначенные для использования в пищевой промышленности, в частности, ферментные препараты.

Особенность структуры яблочных выжимок делает целесообразным использование ферментативного гидролиза при конструировании на основе гидролизатов рациональных питательных сред для культивирования различных микроорганизмов, тем самым создавая условия для переработки яблочных выжимок по гибкой технологической схеме.

Официальным подтверждением актуальности выполненного исследования является включение его тематики в приоритеты развития науки в хлебопекарной отрасли ("Приоритеты развития науки и научного обеспечения в пищевых отраслях АПК", М., Пищевая промыт-

ленность, 1995) и ГНТП России "Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК" (проект "Экологически безопасные технологии растительных полисахаридов"). Основные исследования по теме выполняются в рамках двух заказ-нарядов Госкомитета РФ по высшему образованию.

Цель и задачи исследований. Целью данного исследования явилось создание комплексной технологии пищевых добавок с функциональными ингредиентами на основе некрахмальных полисахаридов депектшшзированпых яблочных выжимок и их использование для получения новых сортов хлеба функционального назначения.

В соответствии с этим в задачи исследования входили:

- детальный анализ биохимического состава вторичных яблочных выжимок;

- разработка способа получения пищевых добавок, содержащих нерастворимые волокна яблок;

- исследование влияния полученных добавок на качество хлеба;

- разработка рецептур новых сортов хлеба с функциональными свойствами;

- разработка эффективного способа биотрансформации вторичных яблочных выжимок;

- исследование возможности получения пищевых добавок на основе биотрансформированного сырья;

- создание гибкой схемы комплексной переработки депектини-зированных яблочных выжимок;

- разработка НТД на полученные добавки.

Структурная схема исследований представлена на рис.1.

Научная новизна. На базе системного подхода разработана

единая технологическая система производства и применения комплексных добавок на основе депектинизированных яблочных выжимок. Подробно изучен биохимический состав вторичных яблочных выжимок, позволяющий оценить перспективы их дальнейшей переработки.

Изучено влияние препарата ПВ, полученного из депектинизированных яблочных выжимок, на клейковину пшеничной муки ; показан эффект ее укрепления. Сделано предположение о возможном повышении реакционной способности компонентов пищевых волокон на стадии депектинизации и образовании комплексов с белками клейковины.

Установлено позитивное влияние пищевых волокон яблок, в том числе в составе композиционных смесей с гидрофильной модификацией фосфолипидов на носителях белковой или углеводной природы, на качество пшеничного и ржано-пшеничного хлеба.

функциональные ингредиенты-нерастворимые ПВ

Рис. 1. Струк гурммя схема исследований

Изучено влияние различных условий на эффективность биотрансформации вторичных яблочных выжимок с помощью комплексного ферментного препарата и установлены оптимальные параметры процесса. Исследован химический состав ферментолизата.

Впервые исследована возможность использования ферментолизата вторичных яблочных выжимок для получения комплексной добавки, содержащей функциональные ингредиенты и хлебопекарную закваску.

Обоснована целесообразность применения ферментолизата вторичных яблочных выжимок в качестве основы питательной среды для культивирования продуцентов ферментов в единой схеме создания комплексных добавок. Изучено влияние различных дополнительных источников питания на биосинтез целтолаз культурой гриба-продуцента, что позволило оптимизировать состав питательной среды.

Практическая ценность. Разработаны ТУ и ТИ на производство препарата пищевых волокон "Гешщел", предназначенного для обогащения различных пищевых продуктов, в частности, хлеба, функциональными ингредиентами.

Разработаны комплексные пищевые добавки, включающие функциональные ингредиенты и хлебопекарные улучшители.

Разработаны рецептуры хлеба из пшеничной муки 1 сорта функционального назначения.

Разработан способ ферментативного гидролиза депектинизиро-ванных яблочных выжимок. Выбран ферментный препарат и оптимизированы условия процесса.

Получена комплексная добавка, включающая функциональные ингредиенты- пищевые волокна яблок и хлебопекарную закваску.

Разработана новая питательная среда на основе ферментолизата вторичных яблочных выжимок для культивирования продуцентов целшололитических ферментов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской конференции "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности" (г. Москва, 1994г.), на Международной конференции "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК" (г. Москва, 1995г.), на Всероссийской конференции "Пища.Экология.Человек" (г.Москва, 1995г.), на 2-ой Научно-практической конференции "Высшая школа России: Конверсия и приоритетные технологии" ( г.Москва, 1996г.), а также Международной научно-практической конференции "Пищевая промышленность России на пороге XXI века" (г.Москва, 1996г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, выводы, список литературы, состоящий из 163 публикаций, и приложения.

Основное содержание работы изложено на 184 страницах машинописного текста, проиллюстрированного 32 рисунками и 40 таблицами.

1. Обзор литературы

В обзоре литературы представлены современные тенденции к оздоровлетно пищи и, в связи с этим, проблемы создания продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами, в частности, пищевыми волокнами. Рассмотрены современные представления о пищевых волокнах, обобщены данные об их классификации, источниках получения, физико-химических свойствах и физиологической роли в организме человека. Показано, что современные технологии предполагают комплексную переработку растительных ресурсов с получением ряда продуктов из одного вида сырья. Этим обусловлено рассмотрение вопросов биотрансформации вторичных продуктов растительного происхождения.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

2. Экспериментальная часть

Основные этапы работы выполнены в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов.

Исследования по хлебопечению выполнены на кафедре "Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств".

Автор выражает глубокую признательность доценту кафедры "Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств" Людмиле Васильевне Лазаревой за помощь, оказанную при выполнении и написании раздела работы по хлебопечению.

Экспериментальная часть работы включает характеристики основных видов сырья , материалов и мшероорганизмов, описание методов исследования отдельных видов сырья и продуктов биотрансформации депектинизированных яблочных выжимок, способов приготовления хлеба и методов анализа его качества, а также методов математического планирования эксперимента. Изложены результаты исследования и их обсуждение.

Исследовано влияние препарата пищевых волокон из дспектшш-зированных яблочных выжимок на клейковину пшеничной муки и качество пшеничного и ржано-пшеничного хлеба, показана эффектив-

ность применения пищевых волокон яблок в составе композиционных смесей с гидрофильной модификацией фосфолипидов на носителях белковой и углеводной природы.Установлены оптимальные условия биотрансформации вторичных яблочных выжимок и показана целесообразность использования полученного ферментолизата в качестве питательной среды для различных микроорганизмов.

Разработаны научно-техническая документация на новую пищевую добавку из вторичных яблочных выжимок, рецептуры новых сортов хлеба функционального назначения.

2.1. Объекты и методы исследований

Основным объектом исследования служили депекгинизирован-ные (вторичные) яблочные выжимки, предоставленные ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов МГУПП.

В разделе исследований по хлебопечению применяли муку пшеничную 1с., муку ржаную обдирную, дрожжи хлебопекарные прессованные, эмульгатор ФОЛС-1, концентрат белковый сывороточный (КСБ), сорбит пищевой и другие компоненты, необходимые для приготовления теста.

В разделе биотехнологических исследований использовали микробные ферментные препараты целлюло- и гемицеллтололитического действия, а также различные микроорганизмы.

Для анализа биохимического состава депектинизированных яблочных выжимок и их ферментолизатов определяли влажность, содержание легкогидролизуемых полисахаридов, водорастворимых Сахаров, целлюлозы , лигнина, зольных веществ. Содержание липидов определяли весовым методом после экстракции. Групповой состав липидов исследовали с помощью метода тонкослойной хроматографии (ТСХ) , проводя количественную оценку денситометрически. Анализ жирнокислотного состава липидов проводили с помощью метода газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ).

В выжимках и их гидролизатах определяли общий азот и сырой протеин. В гидролизатах исследовали содержание аминного азота, свободных аминокислот на анализаторе фирмы Hitachi (Япония), общий фосфор по Бриггсу, редуцирующих веществ с помощью модифицированного метода Шомоди- Нельсона , качественный состав углеводов методом ТСХ и методом ВЭЖХ.

Титр суспензии микроорганизмов определяли путем подсчета клеток в счетной камере Горяева. Активность ферментных препаратов определяли стандартными методами.

При анализе муки определяли ее влажность и титруемую кислотность. В пшеничной муке определяли содержание клейковины по уточненной методике МТИПП . Структурно-механические

свойства сырой клейковины определяли на приборе ИДК-Щ.Определение автолитической активности ржаной муки проводили по "числу падения".

Тесто для пшеничного хлеба готовили безопарным способом, для ржано-пшеничного хлеба -на густой закваске. При оценке качества готового хлеба использовали общепринятые органолептиче-ские и физико-химические методы исследования.

На разных этапах исследований использовали методы математического планирования эксперимента.

2.2. Результаты исследований и их обсуждение

С целью создания комплексной схемы переработки вторичных яблочных выжимок, предусматривающей получение на их основе пищевых добавок, проведено исследование биохимического состава выжимок, наработаны препараты пищевых волокон различной дисперсности, получившие общее наименование "Гелицел". Изучено влияние этих препаратов и их композиций с гидрофильной модификацией фосфолипидов на носителях белковой и углеводной природы (белково- и углеводно-фосфолипидным комплексами) на качество пшеничного и ржано-пшеничного хлеба . Предложен способ ферментативного гидролиза выжимок с целью культивирования на гидроли-затах хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бактерий для получения комплексной добавки, содержащей функциональные ингредиенты и хлебопекарную закваску. На основе гидролизата сконструирована питательная среда для культивирования гриба-продуцента цел-люлаз. На базе системного подхода разработана технологическая система комплексной переработки вторичных яблочных выжимок.

2.2.1 .Анализ биохимического состава депектинизированных яблочных выжимок

С целью разработки комплексной технологии получения пищевых добавок на основе депектинизированных яблочных выжимок было проведено детальное исследование биохимического состава этого сырья (табл.1). Основными являются фракции некрахмальных полисахаридов; на уровне 10-12% находи тся содержание лигнина и сырого протеина. Минеральный состав золы включает макроэлементы К, N3, Са, Р, а также основные микроэлементы - Хп, ], Бе, Мо, Си, Мп и др..

Обобщение данных о биохимическом составе депектинизированных яблочных выжимок позволяет рассматривать этот вид сырья в двух аспектах.

Таблица 1

Биохимический состав дспектшшзированных яблочных выжимок

Компоненты Содержание, % АСВ

Влажность 7,2 - 8,4

Сухие вещества, в том числе: 92,7-91,6

клетчатка 23,4 - 34,9

легкогидролизуемые полисахариды, 30,0 - 38,0

(мономеры - ксилоза, арабиноза,

глюкоза, галактоза)

Вещества, экстрагируемые водой 1,5-2,0

при 90°С

Сырой протеин 9,9-11,9

Лигнин 10,1 -11,7

Зола 1,3-1,6

Липиды, в том числе 4,4-4,7

полярные липиды:

(глико-, фосфолипиды) 1,54

моно-, диацилглицерины 0,46

высшие спирты следы

триацилглицерины 1,79

эфиры стеринов 0,26

Жирные кислоты, в том числе 0,34

пальмитиновая 0,05

стеариновая 0,02

олеиновая 0,09

линолевая 0,18

линоленовая 0,01

С одной стороны, выжимки содержат целлюлозу, гемицешполозы и лигнин в суммарном количестве 71,4 - 76,8%, и поэтому представляют собой ценный источник пищевых волокон.

С другой стороны, наличие в составе выжимок , наряду с некрахмальными полисахаридами, 9,9 - 11,9% белковых веществ делает их подходящим субстратом для культивирования микроорганизмов, способным обеспечить их углеродным и азотным питанием.

2.2.2. Исследование влияния препарата пищевых волокон "Гелицел" на качество хлеба

В настоящей работе в качестве источника пищевых волокон использовали порошок, полученный из депектинизированных яблочных выжимок и названный "Гелицел". В отличие от обычного

яблочного порошка продукт характеризуется высоким содержанием целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина (73 - 78%), представляя собой очищенный препарат волокон с выраженными функциональными свойствами.

Исследование проводили с тремя разновидностями препарата, различающимися по размеру частиц:

"Гелицел" - нсфракционировапный;

"Телицел -1" - размер частиц менее 0,1 мм;

"Гелицел - 2" - размер частиц 0,1 - 0,2 мм.

Первая часть настоящего исследования была посвящена разработке пищевых добавок для получения новых сортов хлеба, содержащего в качестве функционального ингредиента препараты "Гелицел". Исходя из задач настоящего исследования , было изучено влияние препарата пищевых волокон "Гелицел" на структурно -механические свойства клейковины и на качество пшеничного и ржа-но-пшеничного хлеба, разработаны составы комплексных добавок , включающих препараты" "Гелицел" для обогащения пшеничного хлеба функциональными ингредиентами.

2.2.2.1. Влияние препарата пищевых волокон "Гелицел" на структурно-механические свойства клейковины

Комплекс водонерастворимых белков пшеничной муки -клейковина во многом определяет хлебопекарные свойства муки. От клейковинного упругого эластичного каркаса пшеничного теста зависят его реологические свойства, определяющие качество хлеба. Внесение в структурированную дисперсную систему теста инородных включений в виде пишевых волокон яблок приводит, как правило, к изменению ее свойств, что сказывается на качестве хлеба. Однако следует заметить, что несмотря на большое количество публикаций об обогащении хлеба и хлебобулочных изделий пищевыми волокнами, механизм их взаимодействия с другими ингредиентами, в частности, с клейковиной продуктов изучен очень мало.

С целыо определения влияния препарата "Гелицел" на качество клейковины пшеничной муки , его вносили в муку в количестве 0,53,0% от массы муки. После перемешивания отмывали клейковину и определяли се содержание, влагоемкость и способность оказывать сопротивление деформирующей нагрузке сжатия (табл.2). При всех концентрациях источника волокон установлена тенденция к уменьшению содержания клейковины, а также к увеличению се способности сопротивляться деформирующей нагрузке сжатия, что свидетельствует об укреплении клейковины. Вероятно, это связано с образованием комплексов между белками клейковины и гемицеллюлозами, реакционная способность которых повышается в результате ослабления сил сцепления и частичного гидролиза связей между всеми комно-

центами пищевых волокон на стадии депекгинизации. Наибольшее укрепление клейковины наблюдается

Таблица 2

Влияние препарата "Гелицел" на содержание и свойства клейковины из пшеничной муки I сорта

Количество Содержание Содержание Свойства клейковины

волокон, % к сырой клей- сухой клей- влагоем- Ндеф.ВДК,

массе муки КОВИ11Ы,% ковины. % кость, % ед.прибора

контроль 22,7 8,9 154,6 39,00

0,5 21,5 8,6 151,4 27,33

1,0 21,6 8,6 151,7 33,25

1,5 21,8 8,7 151,9 36,00

2,0 22,0 8,7 152,6 36,25

2,5 21,2 8,4 253,2 37,00

3.0 20,3 8,1 152,3 36,00

при концентрациях препарата ПВ 0,5-1,5%, при более высоких концентрациях дополнительное влияние на структурно-механические свойства клейковины не проявляется. Следует предположить, что проявление этого эффекта обусловлено определенным соотношением всех трех фракций ПВ (гемицелтолоз,целлюлозы и лигнина) и белков. При повышении концентрации "Гелицел" это соотношение изменяется, что сопровождается уменьшением эффекта укрепления клейковины. Образованием таких, комплексов , вероятно, можно объяснить уменьшение содержания клейковины в муке, смешанной с источником пищевых волокон, т. к. при выделении клейковины ПВ отмываются вместе с другими балластами, унося с собой часть водонерастворимых белков. Установленный эффект укрепления клейковины учитывали при выборе концентрации препарата "Гелицел" при исследовании его влияния на качество хлеба.

2.2.2.2.Исследование влияния препарата пищевых волокон "Гелицел" на качество пшеничного и ржано-пшеничного хлеба

С целью определения влияния препарата нерастворимых волокон яблок на качество хлеба из пшеничной муки 1с., препарат "Гелицел" вносили на стадии замеса теста в количестве 1-3% к массе муки, готовили тесто безопарным способом и проводили пробные лабораторные выпечки. Анализ органолентических показателей готовых изделий показал, что при введении не более 1,5% добавки вкус и аромат, определяющие основные потребительские свойства хлеба, остаются неизменными по сравнению с контролем. Из табл.3 видно, что добавление источника волокон в количестве до 2% вызывает повыше-

те формоустойчивости хлеба на 7,9-18,4% при уровне физико-химических показателей, близком к контролю.

Таблица 3

Влияние препарата пищевых волокон яблок "Гелицел" на физико-химические показатели качества пшеничного хлеба

Пробы хлеба Влажность, % Масса, г Кислотность, град Пористость, % Обьем, мл Удельный обьем, мл/г Н:Д

контроль 42,0 365 2,4 77 1430 3,91 0,38

с 1%ПВ 41,6 365 2,6 77 1410 3,86 0,41

с 1,5% ПВ 42,0 370 2,7 78 1590 3,76 0,44

с2,0% ПВ 42,0 365 2,8 76 1315 3,60 0,45

с3,0% ПВ 42,6 370- 3,0 72 1190 3,22 0,42

С учетом органолептических свойств оптимальной следует считать концентрацию "Гелицел", равную 1,5%.

Таким образом, введение препарата нерастворимых волокон яблок "Гелицел" в этой дозировке позволяет придать функциональные свойства хлебу без ущерба для его потребительских качеств.

Как известно, ржаная мука является важным сырьем для изготовления хлеба, обогащенного ПВ, т. к. она сама отличается более высоким содержанием их за счет пентозанов ржи. В связи с этим проверяли влияние препарата "Гелицел" на качество хлеба из смеси ржаной обдирной и пшеничной муки 1с., проводя пробные лабораторные выпечки с приготовлением теста на густой закваске и с внесением источника нерастворимых волокон яблок в количестве 1-3% к массе муки.

Органолептическая оценка готовых изделий показала, что при концентрациях 'Телицел" до 3% внешний вид, вкус и аромат их не отличаются от контрольного образца без добавок. Физико-химические показатели незначительно уменьшаются в пределах, допустимых для хлеба из ржаной муки. Все это позволяет рекомендовать препарат ПВ "Гелицел" в концентрациях до 3% для производства ржапо-пшеничного хлеба , обогащенного функциональными ингредиентами.

2.2.2.3. Разработка композиционных смесей, содержащих функциональные ингредиенты, для обогащения пшеничного хлеба

С целью достижения баланса между функциональными и потребительскими свойствами новых сортов хлеба и повышения их пищевой ценности были разработаны составы композиционных смесей, включающих, наряду с волокнами, хлебопекарный улучпштсль

и источник фосфолииидов- эмульгатор ФОЛС-1. Для повышения технологичности введения фосфолшщцов в гидрофильную среду теста применяли их водорастворимую модификацию. В качестве гидрофильного носителя был выбран сывороточный белковый концентрат. Выбор этого компонента обусловлен не только его хорошей растворимостью в воде, но и стремлением компенсировать дополнительную нагрузку, которой подвергаются белки клейковины при введении в тесто пищевых волокон. Кроме того, КСБ известен как белковый обогатитель пищевых продуктов благодаря широкому спектру содержащихся в нем аминокислот, в том числе незаменимых.

В результате ранее выполненных исследований было показано, что наиболее устойчивый белково-фосфолипидный комплекс образуется при соотношении высоко- и низкомолекулярных компонентов в нем по массе 6:1, соответственно, что и было учтено при составлении композиции пищевых добавок.

Композиционную смесь готовили путем тщательного перемешивания депсктинизированных яблочных выжимок и препарата, содержащего эмульгатор ФОЛС-1 и КСБ. Количество последнего в смеси оставалось постоянным и составляло 2,1% ( из расчета 0,3% ФОЛС-1 и 1,8% КСБ). Концентрацию выжимок изменяли от 0,5 до 2,5% к массе муки. Контролем служила проба хлеба без добавления смеси. Для сравнения выпекали пробу с добавлением препарата ФОЛС-1 - КСБ без волокон, а также пробу, содержащую только 1,5% ВЫЖИМОк.

На этом же этапе работы исследовали влияние дисперсности источника пищевых волокон, входящего в состав композиционной смеси, на качество готового хлеба. Для этого в тесто вводили препараты "Гелицел - 1" и "Гелицел - 2".

Анализ готовых изделий свидетельствует о сохранении их ор-ганолептических показателей при концентрациях "Гелицел-1" - не более 1%, а "Гелицел-2" - не более 1,5%. Физико-химические и структурно-механические показатели мякиша при этих концентрациях улучшаются; в частности, на рис.2 показано влияние концентрации ПВ в составе комплексных добавок на удельный объем и формоустойчи-вость хлеба.

Свойства композиции пищевых добавок могут быть изменены путем изменения природы гидрофильного носителя. В данном случае КСБ был заменен на носитель углеводной природы, в качестве которого был использован сорбит, что позволит придать хлебу из пшеничной муки не только функциональные, но и диетические свойства, сделав его полезным для специальных групп населения.

Соотношение ФОЛС-1 и сорбита, равное 1:9 (по массе), было

Ууд., 4-5 .мл/г

Концешрация препаратов "Гелицел", %

Концентрация препаратов "Гелицел",%

Рис.2. Влияние дисперсности препаратов "Гелицел" с б елк о в о - ф о :ф о л ип и дпы м комплексом на удельный объем и формоустойчивость пшеничного хлеба

Рис.8 Технологическая система производства и применения комплексных пищевых добавок.

)роихние тсгга

МГгЧ —*Р—

-очен -Ф-04

в-гага в йнлр пара

■Ф-*

готовые изделия

УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ

4>—► дозирование

>1 |—► формообразование

► У)—► термосташроваиие

-Ф-

нагревание

—»<3)—► охлаждение —н2>—► изменение агрегатного состояния

измельчение смешивание

сложный процесс преобразования (комплекс физических,, химических, микробиологических процессов) разделение на фракции

ориентирование

выбрано в результате исследований, проведенных ранее на кафедре органической химии МГУПП. Композиционную смесь готовили тщательным перемешиванием депектинизированных яблочных выжимок и гидрофильного порошка ФОЛС-1:сорбит, содержание которого оставалось постоянным - из расчета 0,3% ФОЛС-1 и , соответственно, 2,7% сорбита. Содержание выжимок варьировали от 0 до 2%.

На этом же этапе исследовали влияние дисперсности источника пищевых волокон, входящих в состав композиционной смеси, на качество готового хлеба. Установлено, что при внесении "Гелицел-1" и "Гелицел-2" в концентрациях до 1,5% органолептические и физико-химические показатели готовых изделий соответствуют требованиям, предъявляемым к хлебу из пшеничной муки (рис.3).

Таким образом, применение препаратов "Гелицел" и их композиционных смесей с гидрофильной модификацией фосфолипидов на носителях белковой и углеводной природы позволяет придать функциональные свойства хлебу из пшеничной и смеси из ржаной и пшеничной муки при сохранении его потребительских качеств.

Простое фракционирование ПВ не является оптимальным решением, особенно в рамках едино* схемы создания пищевых добавок на основе вторичных яблочных выжимок. Для максимального использования Потенциала этого сырья перспективен подход с использованием его биоконверсии в более ценные вещества с сохранением ПВ, относительное содержат« которых при этом повысится.

2.2.3. Ферментативный гидролиз детктинизированных яблочных

выжимок

Исходя из обобщенных литературных и экспериментальных данных о биохимическом составе депектинизированных яблочных выжимок для исследования были отобраны микробные ферментные препараты ксилогтоканофоетидин П10Х, пектофоетидин П10Х, целлови-ридин ГЗХ и целлобранин ГЗХ с активностями АФБ 44, 94, 34 и 37 сд/г соответственно.

Установлено, что глубина гидролиза сырья всеми препаратами достигала наибольшего уровня при среднем размере частиц не более 0,2 мм.

При исследовании влияния основных технологических параметров процесса ферментолиза (дозы ферментного препарата, продолжительности, гидромодуля и температуры процесса) на его эффективность применяли метод математического планирования эксперимента по плану ПФЭ45. По результатам реализации плана были построены точечные графики, характеризующие влияние каждого фактора на степень гидролиза (рис.4). Из рисунка следует, что наиболее эффективным для деструкции некрахмальных полисахаридов

Концентрация препаратов

"Гелицел" % Концентрация препаратов

"Гелицел", %

Рис.3.

Влияние дисперсности препаратов "Гелицел"с углеводно-фосфолипидным комплексом на удельный объем и формоустойчивость пшеничного хлеба

♦ Пектофоетидин в Ксилоглюканофо

СТИДО1Н

д Целлобранин х Целловиридин

Доза ферментного препарата, ед/г

10 24 32

Продолжительность,час

♦ Пектофоетидин

■ Ксилоглюканофо

етидин

* Целлобранин

х Целловиридин

80 100

1'и£р0М0ДуЛЪ

40 45 50

Температура,°С

♦ Пектофоетидин

■ Ксилоглюканофо

етидин 4 Целлобранин

х Целловиридин

Рис. 4. Влияние технологических параметров на степень гидролиза вторичных яблочных выжимок

депектшшзированных яблочных выжимок оказался ксилоглю-канофоетидин П10Х, для которого оптимизировали процесс гидролиза, используя обобщенное уравнение Протодьяконова.

Анализ биохимического состава ферментолизата (табл.4) свидетельствует о возможности его применения в качестве основы питательной среды для различных микроорганизмов, т. к. в нем содержится глюкоза в количестве 80% от общего количества РВ, а также широкий спектр аминокислот. В твердом осадке отмечено повышение концентрации легко- и трудногидролизуемых полисахаридов до 79 %, что указывает на более высокую степень очистки пищевых волокон и, следовательно, усиление их функциональных свойств.

Таблица 4

Биохимический состав ферментолизата денектинизированных яблочных выжимок

Показатели Содержание,%

Всего сухих веществ, 5,80

в том числе

редуцирующие вещества, мг/мл 22,30

общий фосфор, мкг/мл 80

общий азот, мг/мл 0,94

аминный азот, мг/мл 0,90

Таким образом, в результате эффективной биотрансформации депектииизированных яблочных выжимок был получен гидролизат с достаточно высоким содержанием питательных веществ, необходимых для различных микроорганизмов, в том числе хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бактерий. .

2.2.4. Исследование возможности применения гидролизата депектшшзированных яблочных выжимок для культивирования микроорганизмов, применяемых в хлебопечении

Различные технологии приготовления хлеба из пшеничной и ржаной муки включают в себя стадии, связанные с микробиологическими процессами, а именно, брожением, которое обусловлено присутствием в среде дрожжей и молочнокислых бактерий (МКБ), в частности, Ь.р1ап1ашт, Ь. Ьге\ах, Ь.сахе1, а также 8. сегеу]8)ае.

Изложенные в предыдущих главах факты о возможности получения различных пищевых добавок с функциональными ингредиентами - нерастворимыми волокнами яблок, а также о биохимическом составе ферментолизата депектииизированных яблочных выжимок, явились основанием для предположения о возможности введения фермен-

толизата в технологический процесс приготовления хлебопекарной закваски. Для этого необходимо было изучить влияние состава гид-ролизата на рост, жизнедеятельность и хлебопекарные свойства применяемых в хлебопечении культур.

Для эксперимента были отобраны гомоферментативные МКБ Ь.р1агПагит 11/16, гетероферментативные Ь.Ьгеу1Б 13,а также чистая культура 8.сегеу151ае, выделенная из товарных прессованных дрожжей ТУ 171-81. Для того, чтобы строго определить влияние состава ферментолизата на рост и жизнедеятельность МКБ, культивирование проводили без дополнительных источников питания.

В ходе эксперимента снимали динамику роста культур, в частности, наблюдали за изменением титруемой кислотности среды для МКБ (рис.5) и за приростом биомассы для дрожжей (рис. 6).

Анализ динамики роста культур Ь.Ьгсу1з 13 и Ь.р1апгагиш 11/16 на фермептолизате (рис.5) позволяет сделать вывод о целесообразности культивирования их в течение 9 и 20 часов соответственно, т. к. в этот период наблюдается наибольшая активность метаболических процессов в исследуемых культурах.

Рис. 6 показывает, что за 24 часа культивирования прирост биомассы дрожжей составил 175 млн.кл./мл., что позволяет заменить часть прессованных дрожжей при приготовлении закваски.

Полученные результаты дают возможность конструирования новой комплексной функциональной добавки для хлебопечения на основе сброженного ферментолизата, содержащей, наряду с пищевыми волокнами , хлебопекарную закваску. Логически следует заключить, что введение в состав закваски дополнительных сбраживаемых Сахаров положительно скажется на процессе брожения. Данное предположение было подтверждено экспериментально.

Таким образом, разработан биотехнологический способ получения комплексной добавки, содержащей функциональные ингредиенты и хлебопекарную закваску.

2.2.5. Использование ферментолизата депектинизированных яблочных выжимок для биосинтеза целлюлолитических ферментов

На стадии гидролиза выжимок был использован комплекс ферментов целлюлолигического действия. Анализ состава гидролизата указывает на возможность его использования для биосинтеза этой группы ферментов. Исследования, подтверждающие данное предположение , были выполнены на примере штамма T.longibrachiatum 7-26.

В результате исследований, представленных в этой главе, была обоснована целесообразность и показана принципиальная

13

-е- Ь.р1аШашт 11/16

Продолжительность, час

Рис.5. Динамика роста молочнокислых бактерий на ферментолизате денектинизироваиных яблочных выжимок

_ 180 ^ 160 «140

Щ 120 Э-юо В 80

.-з

I 60

Д 40 20

0

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Продолжительность, час

" - /

- . "' ч - " - У

, -..-Г-.' -Х-

- • . ■ ч У-.

~ 1

- - 1

Рис.6. Динамика роста хлебопекарных дрожжей 5.сеге\ч$1ае на

ферментолизате депектипизированных яблочных выжимок

возможность культивирования продуцентов целлюлолитических ферментов с использованием среды, содержащей ферментолизат депектинизированных яблочных выжимок. Было уточнено значение гидромодуля, обеспечивающее такую коцентрацию РВ в гидролизате, при которой целлюлазы синтезируются продуцентом наиболее активно. Использование нового основного сырья для конструирования питательной среды потребовало выяснения необходимости дополнительных источников питания. Исследовали целесообразность введения дополнительных компонентов, входящих в состав известных питательных сред, которые применяют обычно для культивирования выбранного продуцента - КН2РО4 , МШЫОз, солодовых ростков, пшеничных отрубей.

Подбор состава питательной среды и его оптимизацию проводили с помощью метода математического планирования эксперимента. В результате реализации плана ПФЭ41 было обнаружено, что применение ферментолизатов депектинизированных яблочных выжимок позволяет отказаться от трех из четырех проверенных компонентов. Оптимальный состав питательной среды предусматривает введение только одного дополнительного компонента- КШКОз.

16 т--—- , . ..., - , --—, , : , -——

В 14 . Г'II Г- ^'ДУЧ-^

■I -—-р-г-^?—--———

и 10 —' - .

6 . ■ - - : ^ о , - г.,,,-^"^ ^ ' ' | ' ^ 1

0 24 48 72 96 120 144

Продолжигельность, час

Рис. 7. Динамика накопления целлюлаз на среде с ферментолиза-том депектинизированных яблочных выжимок

Па оптимизированной питательной среде исследовали динамику процесса биосинтеза целлюлаз (рис.7). Полученные данные свидетельствуют о достаточно высоком уровне целлюлазной

; г?

'-г;'--■•': -

.. . / / _

/ ' - , 7 ■ : - " .

- ; 'А V .". ' ' /•• 1;:

.'Г

———— —з-_ г" ■' •' \ --:-ч

активности, несколько превышающем аналогичные значения для традиционных сред.

Таким образом, результаты экспериментов подтвердили возможность биосинтеза целлюлаз на гидролизатах депектинизированных яблочных выжимок.

За отдельными технологическими аспектами использования депектинизированпых яблочных выжимок просматривается единая система, что позволяет в рамках системного подхода разработать на их основе технологическую систему получения комплексных добавок с функциональными свойствами.

2.2.6 Разработка технологической системы производства и применения комплексных пищевых добавок на основе депектинизированных яблочных выжимок

Результатом экспериментальных исследований явилась разработка технологических способов получения из депектинизированных яблочных выжимок нескольких добавок и продуктов, предназначенных для использования в хлебопечении: препаратов волокон "Гелицел", комплексных пищевых добавок на основе препаратов "Гелицел" и хлебопекарных улучшителей, ферментных препаратов иеллюлоотпического действия. Все рассмотренные процессы основаны на применении одного и того же сырья - депектинизированных яблочных выжимок с использованием типового оборудования. Применение системного подхода к анализу каждого из предложенных технологических процессов показало их соответствие признакам элементов целостной системы и позволило создать операторную модель производства и применения комплексных добавок на основе депектинизированных яблочных выжимок (рис.8).

Данная единая система включает подсистему получения препаратов ПВ (на рисунке - подсистема Е), которая представляет собой технологический процесс сушки, измельчения и фракционирования выжимок, остающихся после выделения пектина из яблок; подсистему В - технологические процессы получения дисперсий фосфолипндов на гидрофильных носителях, а также хлебопекарной закваски с пищевыми волокнами, в том числе стадии подготовки чистых культур микроорганизмов; подсистему Д, представляющую собой биотехнологический процесс, состоящий из целого ряда стадий; подсистему С, которая предусматривает технологические этапы приготовления питательной среды, культивирования микроорганизмов-продуцентов, выделения и очистки фермента; подсистему А, в которую входят технологические этапы получения готового пшеничного и ржано-пшеничпого хлеба с функциональными свойствами

В то же время рассматриваемая система производства и применения комплексных пищевых добавок на основе депектинизированных

яблочных выжимок является подсистемой общей схемы переработки яблок, а в более широком плане - системы переработки растительных ресурсов.

Целостность системы подтверждается возможностью непрерывного изменения состояния ее элементов без изменения графической модели структуры, что связано с совершенствованием способов приготовления добавок с функциональными ингредиентами, расширением их ассортимента за счет разнообразия дополнительных компонентов, использованием более эффективного оборудования и высокоактивных штаммов микроорганизмов и ферментных препаратов, расширением сферы применения комплексных добавок.

При этом расширение фушсциональных возможностей элементов данной системы не вызовет ее усложнения и, следовательно, снижения надежности.

Использование системного подхода к результатам экспериментальных исследований позволило создать единую систему производства и применения комплексных добавок и некоторых продуктов для хлебопечения на основе депектинизированных яблочных выжимок.

Выводы

1. В рамках системного подхода разработана комплексная технология пищевых добавок с функциональными ингредиентами для хлебопечения на основе некрахмальных полисахаридов депектинизи-роваиных яблочных выжимок.

2. Проведено исследование биохимического состава депектини-зированных яблочных выжимок. Обоснована их перспективность как источников функциональных ингредиентов и других пищевых добавок, предназначенных для использования в хлебопечении.

3. Получены пищевые добавки "Гелицел" с высоким содержанием функциональных ингредиентов - нерастворимых волокон яблок. Разработаны ТУ на полученные препараты.

4. Показана эффективность использования препаратов "Гелицел" для приготовления хлеба из пшеничной муки и ее смеси с ржаной.

5. Разработаны комплексные хлебопекарные добавки различного состава, включающие пищевые волокна, фосфолипиды, белки или углеводы. Для каждого вида добавок подобраны оптимальные концентрации, позволяющие сохранить баланс между функциональными и потребительскими свойствами хлеба из пшеничной муки.

6. Разработан биотехнологический способ получения комплексной добавки, содержащей функциональные ингредиенты и хлебопекарную закваску. С помощью методов математического планирования эксперимента выбран ферментный препарат и условия гидролиза выжимок, обеспечивающие наибольшую степень биоконверсии. Определен биохимический состав ферментолизата.

7. Показана принципиальная возможность биосинтеза ферментов для получения комплексной хлебопекарной добавки в рамках единой схемы переработки депектинизированных яблочных выжимок. С помощью методов математического планирования эксперимента сконструирована питательная среда для продуцента целлголаз.

8. Предложена единая схема переработки вторичных яблочных выжимок, предусматривающая получение комплексных хлебопекарных добавок функционального назначения на основе некрахмальных полисахаридов этого сырья. Обобщены результаты исследований и показана целесообразность применения к их анализу системного подхода, позволяющего выявить перспективы развития системы производства и применения комплексных хлебопекарных добавок.

Список работ по теме диссертации

1. Ипатова Л.Г., Бетева Е.А.,Кочеткова A.A.,Стародубова Н.Г. Некоторые перспективы использования вторичных яблочных выжи-мок.//Тез. докл. Всерос. конф. "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, нромышленности."-М.-1994.-ч.1 .-с.96.

2. Ипатова Л.Г., Лукьянченко А.Н. Струйно-вихревая мельница для получения кормовых добавок.// Комбикормовая промышленность.-1995.-JS62.-c.25.

3. Ипатова Л.Г., Бетева Е.А., Стародубова Н.Г., Кочеткова A.A. Исследование возможности получения ферментолизата депектинизи-рованных яблочных выжимок с целью дальнейшего использования в качестве питательных сред.// Тез. докл. Междунар: конф. "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК."-1995,-

4. Ипатова Л.Г., Бетева Е.А., Чижикова Е.В., Кочеткова A.A., Гернет М.В. Исследование возможности биосинтеза целлюлолитических ферментов с применением ферментолизата депектинизированных яблочных выжимок. .// Тез. докл. Междунар. конф. "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК."-1995.-

5. Ипатова Л.Г., Лазарева Л.В., Э.В. Томашевич Пищевая добавка для мучных изделий.// Тез. докл. Междунар. конф. "Пища. Экология. Человек."-1995.-с.23.

6. Галатенко O.A., Зименок И.А., Ипатова Л.Г., Бетева Е.А. Перспективная среда для продуцентов антибиотиков.// Хранение и переработка сельхозсырья.-1996.-№4.-с.32.

In this dissertation presents results of researches, devoted creation on the basis of the system approach of complex technology of the food additives with functional ingredients for bread baking on basis of functional apple waste without pectin.

Additives with the high contents of food fibres and their composite mixes with baking accelerators are received.

Biotechnological method of reception of the complex additive, containing functional ingredients and baking ferment is developed.

Opportunity of biosynthesis of enzymes for reception of the complex additive within the framework of the uniform circuit of processing apple waste without pectin is shown.

c.69.

c.68.

SUMMARY