Научные и практические основы технологии хлебобулочных изделий функционального назначения с использованием сбивных полуфабрикатов (13.07.2009)

Автор: Пономарева Елена Ивановна

Эффект ?-амилазы в сбивном бездрожжевом тесте состоит в гидролизе крахмала с результатирующим образованием, главным образом, декстринов и небольшого количества мальтозы, а также в высвобождении глюкозы в ?-аномерной форме. При интенсивном механическом разрыхлении теста, крахмальные зерна увеличиваются в объеме, становятся более рыхлыми и легко поддаются действию амилолитических ферментов. Линейная фракция крахмала – амилоза, образующая внутреннюю часть крахмального зерна, гидролизуется быстрее, чем амилопектин, составляющий его наружную часть и имеющий разветвленную структуру.

Основной реакцией, катализируемой протеолитическими ферментами, является расщепление белков и полипептидов по пептидной связи -CO-NH-. В результате гидролиза белков теста под действием протеиназы образуются пептоны, полипептиды и свободные аминокислоты. Пептидазы осуществляют гидролитическое расщепление полипептидов и дипептидов (рис. 4).

Рис. 4. Физическая модель процесса деструкции крахмала и белка пшеничной муки в бездрожжевом тесте: Д –декстрины; М – мальтоза; А – аминокислоты; Пол – полипептиды; Дип – дипептиды

Исследование влияния способа разрыхления на активность амилолитических и протеолитических ферментов в тесте показало, что при механическом способе ферментативная активность снижалась на 6 и 8 % соответственно. Однако введение ферментного препарата GC-106 в дозировке 0,2 % к массе муки в бездрожжевое тесто и интенсивное перемешивание компонентов в течение 10 мин при частоте вращения месильного органа 5 с-1 позволило увеличить амилолитическую активность на 9 %, протеолитическую - на 5 % по сравнению с биологическим способом разрыхления (рис. 5).

В молекулах белка содержатся реакционноспособные группы SH, которые способны окисляться под действием кислорода. При сбивании компонентов теста под давлением сжатого воздуха происходит интенсивное насыщение полуфабриката кислородом воздуха. При этом улучшается толерантность теста, его структурно-механические свойства, уменьшается его объемная масса. Это обусловлено снижением количества SH групп и образованием в структуре белка S-S связей, способствующих упрочнению структуры белка, а соответственно пленки пены.

Интенсивное перемешивание и сбивание теста с насыщением кислорода воздуха в присутствии ферментного препарата GC-106 ускоряют процессы гидролиза белков, при этом их растворимость повышается, что будет обеспечивать значительное увеличение пенообразования полуфабриката, снижение удельной мощности на замес, за счет чего уменьшатся энергозатраты, повысится эластичность пены, ее устойчивость.

На этой стадии под действием ферментов (?-амилазы и протеазы) формируется ряд продуктов ферментативного гидролиза белков и крахмала (низкомолекулярные азотистые вещества, полипептиды, пептиды, аминокислоты, карбонильные соединения), которые участвуют в формировании вкуса и аромата бездрожжевого изделия, а также вступающие в реакцию меланоидинообразования, протекающую при выпечке хлеба. В результате образуются меланоидины, придающие окраску корке, промежуточные и побочные продукты этой реакции, которые также участвуют в формировании вкуса и аромата изделий.

С целью определения влияния способа приготовления теста на протекание реакции меланоидинообразования по изменению цвета корки хлеба в процессе выпечки изучали формирование цветового спектра поверхности по цветовым моделям цифровых изображений.

Пробы теста готовили из муки пшеничной первого сорта, соли поваренной пищевой, кислоты лимонной, воды питьевой (образец № 1), внесения ферментного препарата GC-106 (образец № 2) путем механического разрыхления и биологическим способом разрыхления (образец № 3) – из муки пшеничной первого сорта, соли поваренной пищевой, дрожжей прессованных и воды питьевой. Сформованные тестовые заготовки помещали в печь при температуре 210-230 оС, в процессе выпечки через каждые 3 мин фотографировали поверхность выпекаемой тестовой заготовки с постоянными условиями освещения. Затем изучали цветовой спектр поверхности изделий.

Для решения поставленной задачи использовали представление изображения технологической поверхности в координатах Hue (цветовой тон) - Lightness (светлота) цветовой модели HSL, как наиболее информативных и удобных для анализа признаков.

Установили, что интенсивнее происходит изменение цвета в образце № 3, полученном биологическим способом, менее интенсивно – в образце № 1, и средней скоростью характеризуется образец № 2 (Рис. 6).

Это связано с тем, что на стадиях брожения теста и окончательной расстойки тестовых заготовок в результате спиртового и молочно-кислого брожения образуются конечные, промежуточные и побочные продукты, участвующие в реакции меланоидинообразования (сахара, аминокислоты, пептиды и т.д.) в большем количестве по сравнению с образцами № 2 и № 3.

При механическом способе разрыхления отсутствует спиртовое и молочно-кислое брожение, продолжительность контакта муки с водой меньше, однако, степень механической обработки ингредиентов гораздо выше по сравнению с биологическим способом разрыхления. Следовательно, изменение цвета корки менее интенсивно. Так, значение цветового тона через 30 мин выпечки в образце № 1 больше на 18о по сравнению с образцом № 3, что в цветовой модели HSL выражается смещением точки моды ближе к 60о, т.е. к области желтого цвета.

Применение ферментного препарата позволило интенсифицировать скорость реакции меланоидинообразования, так как его присутствие способствовало активному накоплению продуктов гидролитического распада белков и крахмала, участвующих в образовании цвета при выпечке. Цветовой тон корки хлеба через 30 мин в образце № 2 был меньше на 14о по сравнению с образцом № 3, т. е. цвет корки приближался к области более темного красного цвета.

Однако результаты исследования характера изменения цветового тона свидетельствовали о том, что после 30 мин выпечки скорость изменения цветового тона резко увеличивалась в образцах № 1 и 2, в образце № 3, наоборот, снижалась. В изделиях разница в значениях изучаемого параметра составила 4-5о.

Следовательно, определение цветового спектра поверхности хлебобулочных изделий позволило в режиме реального времени получить достаточно информации о цвете, которая представляется в цветовой модели HSL. Полученные данные позволяют утверждать, что способ разрыхления теста практически не влияет на цвет изделий.

С помощью мультисенсорной системы «электронный нос» установили, что внесение ферментного препарата GC-106 в тесто при механическом разрыхлении способствовало формированию аромата хлеба, схожего с изделием, полученным биологическим способом. Площади их «визуальных образов» отличались на 5-6 услов. ед.

Применяя механическое разрыхление полуфабриката, возможно, создать такие условия приготовления, которые будут благоприятствовать интенсивному накоплению продуктов, необходимых для протекания реакции меланоидинообразования, обеспечивающей цвет корки, а также способствующей формированию вкуса и аромата хлеба. Таким образом, ферментативный гидролиз основных компонентов муки при механическом способе разрыхления и его форсирование позволит получить тесто и изделие с оптимальными структурно-механическими свойствами и полноценным вкусом и ароматом.

В целях изучения влияния биологического и механического разрыхления на состояние и изменение основных компонентов теста – крахмала и белка, исследовали структурные характеристики полуфабриката и хлеба методом электронной сканирующей микроскопии. Для сравнения изучали образцы теста из пшеничной муки первого сорта, полученные биологическим (образец № 1) и механическим (образец № 2) разрыхлением. Эксперимент выполняли на растровом микроскопе Tesl 500 BS при увеличении 100.

На микрофотографии структуры теста, полученного биологическим способом разрыхления (после 2х ч брожения), видно, что крахмальные зерна и белковые глобулы образуют неравномерно разрыхленную структуру с уплотненным межпоровым пространством (рис. 7).

Рис. 7. Микрофотографии структуры теста, полученного биологическим (а) и механическим разрыхлением (б):1 – крахмальные зерна, 2 - белковые глобулы, 3 - пузырьки воздуха

В образце № 2 можно четко различить пленку из мелких белковых глобул, которая обволакивает крупные зерна крахмала, имеющие круглую или эллиптическую форму, что способствует прочной связи между белковой матрицей и зернами крахмала и придает системе устойчивость. Такая микроструктура свидетельствует о возможном замедлении процесса ретроградации крахмала мякиша хлеба при хранении, т. е. о снижении его черствения. В исследуемых образцах микроструктура характеризовалась наличием воздушных пузырьков. Однако, в тесте, полученном механическим разрыхлением, они были в большем количестве и небольших размеров, что будет способствовать образованию равномерной мелкопористой структуры мякиша хлеба.

Таким образом, исследование основных компонентов теста крахмала и белка методом электронной микроскопии, дало возможность более полного понимания структурной характеристики теста, полученного разными методами разрыхления. При механическом и биологическом способах наблюдается связь белка с поверхностью крахмальных зерен, что свидетельствует о единой структурной природе теста. Однако можно утверждать, что механический способ разрыхления оказывает положительное влияние на формирование устойчивой микропористой структуры теста, что обеспечивается образованием белково-углеводной матрицы за счет равномерного обволакивания пленкой клейковины крахмальных зерен.

Для установления оптимальных параметров сбивания теста путем математического моделирования, в качестве основных факторов были выбраны: частота вращения месильного органа Х1 (3,3 – 10 с-1), давление сжатого воздуха Х2 (0,3 – 0,5 МПа) и продолжительность сбивания теста Х3 (6 – 12 мин). Критериями оценки оптимизации процесса сбивания определены - объемная масса полуфабриката (Y1) и пористость хлеба (Y2). Тесто из пшеничной муки первого сорта влажностью 52 % готовили на экспериментальной сбивальной лабораторной установке периодического действия. Применяя центральное композиционное рототабельное униформ-планирование, получили уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс сбивания теста из пшеничной муки первого сорта, под влиянием изучаемых факторов:

У1 = 0,61 – 0,06Х2 + 0,053 – 0,06Х1Х3 – 0,06Х22+0,01Х32; (1)

У2 = 61,94 + 1,74Х1 – 1,08Х3 + 0,36Х1Х3 – 2,53Х12 – 2,15Х32 (2)

Воспроизводимость опытов, значимость регрессионных коэффициентов и адекватность уравнений подтверждена статистическими критериями Кохрена, Стьюдента, Фишера. Методом оптимизации Лагранжа определили оптимальные параметры сбивания рецептурных компонентов теста из муки пшеничной первого сорта: частота вращения месильного органа – 6,67 с-1, давление сжатого воздуха – 0,4 МПа, продолжительность сбивания - 9 мин.

Для прогнозирования и регулирования параметров приготовления сбивного теста получены аналитические зависимости эффективной вязкости теста от давления сбивания (p), частоты вращения месильного органа (?) и влажности полуфабриката (w), при различных скоростях сдвига. Изучали касательное напряжение сдвига и эффективную вязкость полуфабриката влажностью 50-56 % из муки пшеничной первого сорта на приборе «Реотест-2» при скорости сдвига 0,33-1,0 с-1 и температуре теста 30 оС.

По полученным экспериметальным данным строили кривые течения (рис. 8), прологарифмировав и получив зависимость ln ? от ln ? (рис. 9), получили серию прямых, пересекающихся в одной точке для теста разной влажности, %: 1 – 50; 2 – 52; 3 – 54; 4 – 56.

Исходя из уравнения Оствальда – де – Виля, наиболее адекватно описывающего вязкое течение теста, и определив тангенс наклона прямых, рассчитали темп разрушения структуры (n-1), зависящий от давления сбивания (p), частоты вращения месильного органа (?) и влажности полуфабриката (w). Методом многофакторного регрессионного анализа получены следующие уравнения:

где ? –эффективная вязкость теста, Па?с; ? – скорость сдвига, с-1; ?оw, ?о?, ?оp – эффективная вязкость полуфабриката при ?=1,0 с-1 и w, ?, p =const, Па?с; ?о – единичная скорость сдвига, с-1.

Рецептурные компоненты при приготовлении теста влияют на процессы, происходящие в нем. При этом изменяются реологические свойства полуфабриката, кислотонакопление в нем, в результате все это отражается на форме, объеме и окраске выпеченных изделий. В литературе отсутствуют данные по исследованию влияния рецептурных компонентов на свойства полуфабриката, полученным путем механического разрыхления под давлением сжатого воздуха. В связи с этим изучали роль и отношение к массе муки соли поваренной пищевой, лимонной кислоты с целью расширения знаний о возможности прогнозирования и регулирования поведения теста при механическом разрыхлении, его пенообразующей способности.

На первом этапе приготовления сбивного теста осуществляется перемешивание рецептурных компонентов. В работе применяли муку пшеничную первого сорта, воду питьевую, соль поваренную пищевую (0,5-2,0 г на 100 г муки) и лимонную кислоту (0,1-0,4 % на 100 г муки). Тесто готовили с массовой долей влаги 52 % в камере сбивальной установки периодического действия. Смешивание рецептурных компонентов осуществляли в течение 10 мин при частоте вращения месильного органа 5 с-1. По завершении перемешивания определяли массовую долю сырой клейковины теста и ее гидратационную способность в зависимости от дозировки соли и кислоты.

Установили, что значения исследуемых показателей с увеличением дозировок соли поваренной пищевой и лимонной кислоты уменьшались. Следовательно, белковые фракции теста при перемешивании реагируют на присутствие рецептурных компонентов.

На втором этапе приготовления теста - сбивании выявили, что совместное введение изучаемых электролитов и увеличение их дозировок способствовали снижению значения удельной мощности и соответственно вязкости дисперсной системы благодаря уменьшению сил межчастичного трения в результате действия кулоновских сил взаимного отталкивания между частицами. Наименьшей объемной массой характеризовался полуфабрикат без соли и с 0,2 % лимонной кислоты – 0,32 г/см3, наибольшей – образец с 2 % NaCl и без кислоты – 0,7 г/см3. С увеличением концентрации соли и лимонной кислоты пенообразующая способность теста ухудшалась.

Таким образом, введение электролитов в систему при механическом способе разрыхления влияет на гидратную оболочку как растворимых так и нерастворимых в воде белковых фракций и тем самым на формирование двойного электрического слоя на поверхности частиц дисперсной фазы. Диффузный слой при этом сжимается, отталкивающая сила исчезает, что способствует стремлению системы к коагуляции.

Следовательно, добавлением лимонной кислоты и соли поваренной, влияющих на заряд или гидратационную оболочку белковой глобулы, можно изменить ее состояние, т. е. создать условия, благоприятные для пенообразования, при которой они обладают максимальной пенообразующей способностью.

3.2 Разработка технологий и рецептур хлеба функционального назначения на основе сбивных полуфабрикатов

Качество и ассортимент питания во многом определяют состояние здоровья человека. Лечение и профилактика ряда заболеваний требуют широкого использования продуктов, в том числе и хлебобулочных изделий, которые не несут негативных последствий, отвечают современным медицинским требованиям, характеризуются хорошими органолептическими и физико-химическими показателями и лечебно-профилактической направленностью.

При разработке хлебобулочных изделий, отвечающим этим требованиям, в работе применяли доступное, недорогое, экологически безопасное сырье - фруктовое пюре, отруби пшеничные, молочную сыворотку, специализированные жиры, способствующее обогащению биологически активными нутриентами хлеба из пшеничной муки первого сорта и обусловливающие его вкус и аромат.


загрузка...