Совершенствование технологии хлебобулочных изделий повышенной биологической ценности с использованием белкового изолята подсолнечного шрота

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет»

Научный руководитель:	кандидат технических наук, профессор Кудинов Павел Игнатьевич
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, доцент Щербакова Елена Владимировна кандидат технических наук, доцент Бахмет Марина Петровна
Ведущая организация:	«Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 24 июня 2010 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», ауд. Г-251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 24 мая 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. техн. наук В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ^*

1.1 Актуальность работы. Недостаточная биологическая ценность хлеба является важной частью всеобщей проблемы дефицита белка в мире.

Разработке способов повышения биологической ценности хлебобулочных изделий посвящены работы российских и зарубежных исследователей – Поландовой Р.Д., Корячкиной С.Я., Пащенко Л.П., Матвеевой И.В., Цыгановой Т.Б., Патт В.А., Ведерниковой Е.И., F.S. Taha, Regitano-d'Arce M.A и других.

Для восполнения недостатка белка в рецептуру хлебобулочных изделий вносят белоксодержащие компоненты с высоким содержанием протеина и дефицитных аминокислот.

Перспективным источником белковых веществ являются вторичные ресурсы растительного сырья, значительное количество которых образуется в масложировой промышленности в виде подсолнечного шрота, используемого в основном для производства комбикормов.

Наиболее ценными свойствами подсолнечного шрота является высокое содержание белка, низкая себестоимость и отсутствие в нем токсичных и антипитательных веществ. Однако использование белковых продуктов, получаемых из подсолнечного шрота, в хлебопечении ограничивается высокой концентрацией в них фенольных соединений, которые придают хлебобулочным изделиям темную окраску и снижают биологическую ценность.

Многочисленность и разнохарактерность известных способов удаления фенольных соединений не могут быть без основательной доработки применены для получения светлых нетемнеющих белковых продуктов.

Кроме того, рекомендуемые дозировки внесения белкового изолята, полученного из подсолнечного шрота, уже вызывающие некоторое потемнение

*Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, канд.техн.наук доценту Л.К. Бочковой за оказанную помощь при выполнении данной работы

мякиша хлебобулочных изделий, не оказывают существенного влияния на их биологическую ценность.

Поэтому научные исследования по совершенствованию технологии производства хлебобулочных изделий, обогащенных белковым изолятом из подсолнечного шрота, позволяющие получить новые хлебобулочные изделия повышенной биологической ценности, являются актуальными.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР кафедры Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства КубГТУ «Совершенствование технологий производства хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий повышенной пищевой и биологической ценности» (№ госрегистрации 01200612961).

1.2 Цели и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы является совершенствование технологии хлебобулочных изделий повышенной биологической ценности с использованием белкового изолята подсолнечного шрота (далее БИП).

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- изучение, анализ и систематизация научно-технической и патентно-информационной литературы по теме диссертации;

- обоснование целесообразности использования БИП для повышения биологической ценности хлебобулочных изделий;

- совершенствование технологии получения белкового изолята с минимальным содержанием фенольных соединений;

- определение оптимальных условий осаждения белка янтарной кислотой, обеспечивающих в нем минимальное содержание фенольных соединений;

- исследование химического состава и основных показателей БИП;

- изучение влияния БИП на хлебопекарные свойства пшеничной муки, реологические свойства теста и качество хлебобулочных изделий;

- исследование способа приготовления теста с использованием БИП и способа его внесения;

- оценка биологической ценности хлебобулочных изделий с использованием БИП;

- разработка рецептур и технологии приготовления хлебобулочных изделий с БИП;

- разработка и утверждение технической документации на БИП и хлебобулочные изделия с БИП;

- опытно-промышленная апробация и дегустация хлебобулочных изделий с БИП;

- оценка экономической эффективности и внедрения в производство хлебобулочных изделий с БИП.

1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и эффективность применения белкового изолята подсолнечного шрота, полученного по усовершенствованной технологии, в качестве добавки при создании хлебобулочных изделий повышенной биологической ценности.

Выявлено, что БИП, полученный с использованием в качестве осадителя янтарной кислоты, отличается от белкового изолята, полученного по традиционной технологии, значительно меньшим (более чем в 3 раза) содержанием фенольных соединений, представленных хлорогеновой и кофейной кислотами.

Экспериментально установлены и математически подтверждены оптимальные условия осаждения белка янтарной кислотой, влияющие на содержание в нем фенольных соединений.

Впервые получены сведения об относительной биологической ценности и усвояемости, микробиальной и экологической безопасности белкового изолята подсолнечного шрота.

Выявлено дифференцированное влияние БИП на хлебопекарные свойства пшеничной муки, реологические свойства теста и качество хлебобулочных изделий.

Теоретически и экспериментально обоснованы рекомендуемые дозировки БИП, а также способы приготовления теста и способы внесения в него БИП.

Теоретически рассчитан и экспериментально установлен аминокислотный состав хлебобулочных изделий с БИП. Произведен расчет степени удовлетворения суточной потребности в белке и незаменимых аминокислотах для разных возрастных групп населения при употреблении хлебобулочных изделий с БИП.

Новизна разработанных технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2340203 от 10.12.2008 г «Способ получения пищевого белкового изолята из подсолнечного шрота» и подана заявка № 20091181125 от 12.05.2009 г в Роспатент на предполагаемое изобретение «Способ приготовления хлебобулочного изделия».

1.4 Практическая значимость. Усовершенствована технология получения белкового изолята из подсолнечного шрота с минимальным содержанием фенольных соединений. На основе анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована технология и разработаны рецептуры хлебобулочных изделий повышенной биологической ценности с БИП.

1.5 Реализация результатов исследования. Разработана и утверждена техническая документация на белковый изолят подсолнечного шрота: технические условия (ТУ 9146−267−02067862−2009) и технологическая инструкция (ТИ ТУ 9146−267−02067862).

Разработана и утверждена техническая документация на новые хлебобулочные изделия повышенной биологической ценности: хлеб «Гелиос» (ТУ, ТИ, РЦ 9114−269−02067862−2009) и булочку сдобную «Малютка» (ТУ, ТИ, РЦ 9114−270−02067862−2009).

Опытно-промышленные испытания разработанных новых хлебобулочных изделий проведены в производственных условиях ПО «Хлеб» Тбилисского РПС Краснодарского КПС (Краснодарский край, Тбилисский район, ст. Тбилисская).

1.6 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены и обсуждены на: I и II Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2007 г., 2008 г.),
II Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (г. Владивосток, 2007г.), Х Международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2007 г.), III Международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (г. Ставрополь, 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (г. Краснодар, 2009 г.).

1.7 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, получен патент РФ на изобретение.

1.8 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников, приложений и представлена на 119 страницах компьютерного текста, в 29 таблицах, 22 рисунках. Список литературных источников включает 137 наименований, в том числе 109 отечественных и 28 зарубежных авторов. Приложение к диссертации изложено на 26 страницах.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по теме диссертационной работы проводили на кафедрах Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства и Биохимии и технической микробиологии Кубанского государственного технологического университета.

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований служили шрот подсолнечный тостированный (ГОСТ 11246−96)
(ОАО МЖК «Краснодарский») и белковый изолят (ТУ 9146−267−02067862-2009), полученный из шрота подсолнечного.

При проведении исследований также использовали муку пшеничную общего назначения типа М75-23 (ГОСТ Р 52189 − 2003) и другие виды сырья, отвечающие требованиям соответствующих нормативных документов на сырье.

2.2 Методы исследований. В работе применяли общепринятые и специальные методы анализа, используемые при биохимических исследованиях и в технологическом контроле хлебопекарного производства.

Качественный и количественный состав фенольных соединений, аминокислот, содержащихся в БИП и хлебобулочных изделиях, определяли методом капиллярного электрофореза на анализаторе «Капель 103Р».

Оценку результатов экспериментальных исследований проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью программ Microsoft Office Excel 2007 и Statistica 8.0 for Windows.

Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 – Структурная схема исследований

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Совершенствование технологии получения белкового изолята подсолнечного шрота. Классическая технология получения белкового изолята из подсолнечного шрота заключается в экстракции белка диспергирующим агентом с последующим осаждение его в изоэлектрической точке соляной кислотой. Однако полученный белок имеет высокое содержание фенольных соединений (хлорогеновой и кофейной кислот). Фенольные соединения снижают биологическую ценность белка и придают ему темную окраску, что ограничивает его использование в хлебопечении.

Получение белкового изолята подсолнечного шрота, содержащего минимальное количество фенольных соединений, возможно с использованием янтарной кислоты.

Для обоснования применения янтарной кислоты в технологии получения белкового изолята из подсолнечного шрота была поставлена серия экспериментов. В результате математической обработки экспериментальных данных с помощью модуля множественной регрессии было получено уравнение регрессии и построены пространственные поверхности, позволяющие прогнозировать содержание белка в готовом продукте с минимальным количеством фенольных соединений при любом сочетании изученных факторов в исследуемом диапазоне:

Y=81,96−0,06·X₁–0,18·X₂+0,06·X₃+0,11·X₄+0,07·X₅, (1)

где: Y – содержание белка в готовом продукте, %;

X₁ – концентрация хлористого натрия, %; X₂ − концентрация янтарной кислоты, %; X₃ − гидромодуль «экстракт белка − янтарная кислота»;

X₄ − продолжительность обработки экстракта янтарной кислотой, мин;

X₅ − температура обработки экстракта янтарной кислотой, °С.

Анализ уравнения регрессии позволяет сделать вывод, что на содержание белка в готовом продукте в большей степени оказывает влияние гидромодуль, продолжительность и температура обработки экстракта янтарной кислотой.

В результате обработки уравнения регрессии определены оптимальные параметры процесса осаждения белка из подсолнечного шрота: гидромодуль «экстракт белка – янтарная кислота» 1:11; оптимальная продолжительность обработки экстракта янтарной кислотой 25 мин и температура обработки экстракта янтарной кислотой 50ºС.

Технологическая схема получения БИП по предлагаемой усовершенствованной технологии представлена на рисунке 2.



Рисунок 2 – Технологическая схема получения белкового изолята по

усовершенствованной технологии

Для оценки эффективности выбранных оптимальных параметров экстракции определяли содержание хлорогеновой и кофейной кислот в БИП, полученном с использованием янтарной кислоты и традиционным способом – соляной кислоты.

Установлено, что БИП, полученный с использованием янтарной кислоты, содержит хлорогеновой кислоты на 30% меньше и кофейной кислоты почти в 4 раза меньше, чем белковый изолят, полученный с использованием соляной кислоты.

3.2 Исследование химического состава и основных показателей белкового изолята подсолнечного шрота. Полученный белковый изолят подсолнечного шрота имел пастообразную нежную консистенцию, белый со слегка сероватым оттенком цвет, чистый обезличенный запах, кисловатый вкус; влажность не более 70%, рН 4,6 − 4,9. Анализ химического состава БИП показал, что в нем содержится на а.с.в. 94,9% белкового азота, 1,71% экстрактивных веществ, в том числе 1,4% зольных элементов, 0,1% сырой клетчатки, 1,29% сырого жира.

Аминокислотный состав белкового изолята подсолнечного шрота (таблица 1) характеризуется наличием всех незаменимых аминокислот и содержит лизина, а также суммарное количество лейцина и изолейцина в среднем на 94%, треонина и валина – в 1,1 и 1,7 раза, метионина, триптофана и фенилаланина – в среднем в 2,2 раза, гистидина и аргинина, считающиеся незаменимыми в детском возрасте, в 1,6 и 3,5 раза соответственно больше, чем пшеничная мука первого сорта.

Лимитирующими аминокислотами в БИП, как и для большинства растительных белков, являются лизин и метионин. Аминокислотные скоры остальных незаменимых аминокислот приближаются к стандарту ФАО/ВОЗ. Белковый изолят подсолнечного шрота содержит в 2 раза больше незаменимых аминокислот, чем мука пшеничная первого сорта.
Таблица 1 − Аминокислотный состав БИП

Аминокислоты	БИП		Мука пшеничная первого сорта
	мг/100г продукта	Скор, %	мг/100г продукта	Скор, %
Незаменимые аминокислоты
Лизин	563	52	290	49
Лейцин+изолейцин	2720	-	1410	-
Валин	1380	129	510	96,2
Треонин	713	89	330	77,7
Метионин	521	49	160	42,8
Триптофан	264	94,4	120	113
Фенилаланин	1257	118	580	91,1
Общая сумма	7417	-	3400	-
Биологическая ценность,%	55,1		43,5
Лимитирующая аминок-та	Лизин-52%, метионин-49%		Лизин-49%, метионин-42,8%
Заменимые аминокислоты
Гистидин	1089	-	420	-
Аргинин	2252	-	500	-
Аланин	1088	-	370	-
Серин	881	-	560	-
Глютаминовая кислота	5011	-	3220	-
Аспарагиновая кислота	2482	-	480	-
Пролин	1097	-	1050	-
Глицин	1072	-	420	-
Тирозин	834	-	300	-
Общая сумма	15806	-	7320	-

Следует отметить, что относительная биологическая ценность белкового изолята подсолнечного шрота, определенная с помощью тест-организма Тетрахимена пириформис, в среднем в 2,5 раза выше муки пшеничной первого сорта.

Белковый изолят подсолнечного шрота отличается более высокой (в среднем в 3 раза) атакуемостью ферментами желудочно-кишечного тракта in vitro по сравнению с белками пшеничной муки первого сорта, что может быть обусловлено специфическими свойствами самой добавки, содержащей глобулины, более доступные протеолизу пищеварительными ферментами.

При изучении функциональных свойств БИП установлено, что он обладает высокой жиро- и водоудерживающей способностью (в среднем на 32% больше) по сравнению с пшеничной клейковиной.

Микробиологические и токсикологические показатели белкового изолята подсолнечного шрота отвечают требованиям СанПиН − 2.3.2.1078, предъявляемым к изолятам растительных белков.

Белковый изолят подсолнечного шрота следует хранить при температуре от плюс 2ºС до плюс 4ºС и относительной влажности воздуха не более 75% не более 7 суток со дня его изготовления.