Современное состояние исследований в области технологии переработки зерна злаковых культур и производства зерновых продуктов (стр. 1 )

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………….8

1 Аналитический обзор………………………………………………..12

1.1 Современное состояние исследований в области технологии

переработки зерна злаковых культур и производства зерновых

продуктов……………………………………………………………….12

1.2 Целлюлолитические ферменты и их субстраты…………………25

1.3 Микрофлора зерна и способы снижения его

микробиологической обсемененности………………………………...37

2 Выбор и обоснование оптимального варианта направления

исследований……………………………………………………………48

3 План проведения экспериментальных работ………………………59

4 Экспериментальные исследования…………………………………62

4.1 Объекты исследования…………………………………………….62

4.2 Подбор оптимальных доз ферментных препаратов

целлюлолитического действия при производстве зерновых

хлебобулочных изделий………………………………………………..63

4.3 Влияние ферментных препаратов целлюлолитического

действия на динамику изменения влажности зерна в процессе

замачивания……………………………………………………………..81

4.4 Влияние ферментных препаратов на динамику

накопления редуцирующих сахаров в зерне злаковых культур……..94

Заключение………………………………………………………………99

Список используемых источников……………………………………..100

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Интенсивная хозяйственная деятельность человека постоянно создает антропогенные провинции, характеризующиеся нарушением сбалансированности биохимических циклов многих элементов. В результате усиления техногенных потоков происходит избыточная аккумуляция загрязнителей в хозяйственно полезных частях продукции растениеводства
. Результаты санитарного контроля свидетельствуют о высоких уровнях загрязненности сельскохозяйственных продуктов токсичными химическими соединениями, биологическими компонентами и микроорганизмами, обладающими способностью вызывать различные патологии.

Существующие технологии сортовых помолов, направленные на разделение анатомических частей зерна, казалось бы, решают проблему повышения безопасности зерновых продуктов. С отрубями удаляется большая часть загрязнителей, расположенных преимущественно в периферических частях зерновки и микроорганизмов, обитающих на ее поверхности. Однако вместе с вредными веществами и микроорганизмами теряется значительная доля биологически активных соединений: витаминов, биогенных микроэлементов, пищевых волокон, белков и липидов. Преобладание рафинированных продуктов в рационе населения экологически неблагополучных районов, в частности подверженных радиоактивному загрязнению (в том числе Брянской, Орловской и других областей), приводит к биохимическим нарушениям гомеостаза и заболеваниям населения. Для людей, проживающих в таких зонах, необходима разработка качественно новых пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми нутриентами.

В связи с этим большую популярность приобретают зерновые хлебобулочные изделия. Целые зерна злаковых культур содержат β-глюкан, пентозаны, целлюлозу, являются источником витаминов группы В, ниацина, минеральных веществ, белков и липидов. Известно, что употребление в пищу продуктов из целых зерен снижает уровень холестерина в крови, повышает перистальтику кишечника, улучшает процессы обмена веществ. Однако оболочки и алейроновый слой зерновки обладают повышенной прочностью, что затрудняет применение нешелушенного зерна в пищевых технологиях. Прочность оболочек зерна определяют β-глюкан, ксиланы и другие гемицеллюлозы, которые формируют поперечные сшивки в структуре матрицы клеточной стенки.

Взамен шелушения для размягчения перифирических частей зерна целесообразно применение биокатализаторов на основе целлюлаз. Целлюлолитические ферменты катализируют гидролиз целлюлозы, гемицеллюлоз, β-глюкана, входящих в состав матрикса клеточных стенок.

Локализация токсических элементов и радионуклидов в периферических частях зерна злаковых культур указывает на возможность их связи с полисахаридами и белками клеточных стенок. Модификация нативной структуры оболочек под действием ферментных препаратов может привести к высвобождению некоторого количества тяжелых металлов и в определенных условиях при замачивании зерна к миграции за пределы зерновки, обеспечив тем самым снижение их концентрации в зерне и повышение безопасности продуктов его переработки.

Применяемые в зерноперерабатывающей промышленности методы снижения микробиологической обсемененности предусматривают использование синтетических химических соединений, которые часто оказывают отрицательное влияние на технологические свойства зерна. Применение растительного сырья, обладающего антисептическим действием, в технологиях зерновых продуктов открывает возможности получения качественных и безопасных продуктов питания.

Значительный вклад в решение отдельных аспектов проблемы производства зерновых хлебобулочных изделий внесли исследования отечественных ученых , , , и других.

Разработке новых технологий, способствующих повышению безопасности зерна и продуктов на его основе, посвящены работы , , , и других.

Однако в научно-технической литературе отсутствуют обоснованные подходы к использованию биокатализаторов на основе целлюлаз совместно с растительным сырьем, обладающим антимикробным действием, для разработки ресурсосберегающих технологий переработки зерна и продуктов на его основе, обладающих повышенным качеством, безопасностью и пищевой ценностью.

Цель данного исследования: разработка ресурсосберегающих технологий переработки зерна пшеницы, ржи, тритикале и производства экологически безопасных продуктов питания (хлебобулочных, мучных кондитерских и макаронных изделий).

Задачи исследования на I (отчетном) этапе выполнения НИР:

1. Анализ состояния проблемы, связанной с разработкой экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки зерна злаковых культур и зерновых продуктов с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз.

2. Обоснование и сравнительный анализ применения ферментных препаратов на основе целлюлаз в технологии переработки зерна злаковых культур и зерновых продуктов.

Тема исследований: «Разработка ресурсосберегающих технологий переработки зерна злаковых культур и производства экологически безопасных зерновых продуктов питания».

Объектами исследования является зерно пшеницы, ржи и тритикале, ферментные препараты: Целловиридин Г20х, комплексный препарат на основе фитазы, Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX, Biobake – 721, водные экстракты шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, измельченных цедры апельсина и корня хрена, типовые штаммы микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКМ-B-501, Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Aspergillus candidas ВКМ-F-3908, Aspergillus flavus ВКМ-F-1024, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Penicillium crustosum ВКМ-F-4080, Mucor mucedo ВКМ-F-1257, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541, Rhizopus stolonifer ВКМ - F-200, а также хлебобулочные и макаронные изделия на основе целого зерна, в технологии которых используются биокатализаторы на основе целлюлаз и водные экстракты приведенного растительного сырья.

Предметом исследования являются химический и микробиологический состав, биохимические и морфологические свойства зерна, антимикробные свойства водных экстрактов растительного сырья, органолептические, физико-химические и реологические свойства зерновых хлебобулочных изделий.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Современное состояние исследований в области технологии переработки зерна злаковых культур и производства зерновых продуктов

Дневная потребность человека в пище на одну треть удовлетворяется за счет хлебопродуктов, потребность в жизненной энергии – на 30-50%, в белке – на 30-40%, в витаминах группы В – на 50-60% [1, 2, 3]

В современном хлебопечении используется мука различных сортов. При производстве сортовой муки самые ценные в пищевом отношении части зерна - алейроновый слой и зародыш - удаляются. Удаляемые при помоле части зерна отличаются толстыми клеточными оболочками из целлюлозы и гемицеллюлозы, которые плохо расщепляются ферментами пищеварительного тракта человека и плохо поддаются диспергированию. Обойная мука незначительно увеличивает пищевую ценность хлеба. Наиболее ценной по химическому составу является обойная мука из зерна пшеницы и ржи. Зерно этих культур богато белками и витаминами В1, В2, РР и Е [4, 5].

В последние годы возрастает тенденция производства и потребления различных продуктов из целого зерна, которые частично заменяют хлеб в рационе питания населения промышленно развитых стран.

Совершенствованию технологии переработки зерна злаковых культур и производства зерновых продуктов посвящено много научно-исследовательских работ и патентоохранных документов. Предлагаемые технологии различаются параметрами подготовки зерна, способами его измельчения, рецептурой изделий, технологическими способами разрыхления теста и условиями выпечки хлеба.

Первые сообщения о производстве хлеба из целого зерна без предварительного размола в муку появились около 140 лет назад. Эта технология привлекала простотой изготовления продукта, увеличением припека, была экономически выгодна и повышала пищевую ценность хлеба. Впервые способ приготовления хлеба из целого зерна, называемый панификацией, был предложен во Франции в 60-х годах 19-го века А. Сесилем. В 70-90-х годах 19-го века панификацией зерна в России занимался технический комитет Главного интендантского управления. Получаемый хлеб имел низкое качество, содержал целые зерна, был более плотным, пресным и менее вкусным по сравнению с обычным.

В конце 19-го – начале 20-го века в научных кругах сложилось убеждение, что отруби вредны для здоровья человека, так как они не перевариваются, раздражают желудочно-кишечный тракт и ухудшают усваиваемость остальных частей хлеба и других продуктов при смешанном питании. Считалось, что наилучшей для здоровья человека является рафинированная пища. Отруби были отнесены к балластным веществам. Потребление пищевых волокон в России и других странах в этот период уменьшилось примерно в 2 раза, что привело к развитию многих болезней “цивилизации” (ожирение, диабет, атеросклероз и другие). Была предпринята попытка создать схему помола зерна, в которой в максимальной степени были бы отделены оболочки, содержащие балластные вещества, и вместе с тем полностью были бы направлены в муку зародыш и алейроновый слой - части, наиболее богатые витаминами, минеральными веществами и полноценными по аминокислотному составу белками.

Мука по этой схеме была получена ВНИИЗОМ, ее назвали “витаминной”. Однако из-за быстрого прогоркания эта мука не получила широкого распространения.

С 70-ых годов 20-го столетия, когда было доказано, что растительные волокна, содержащиеся в зерновых культурах, оказывают положительное воздействие на оздоровление человеческого организма, во всем мире неуклонно растет ассортимент продуктов, вырабатываемых из целого зерна [6, 7, 8, 9]. В России и других странах из целого зерна вырабатывают зерновые продукты для завтраков, хлопья из пшеницы, ячменя, кукурузы; расплющенное и термически обработанное зерно гороха, овса (крупа “Геркулес”), воздушная кукуруза, рис и другие продукты.

В некоторых странах получили распространение продукты из замоченного зерна, которое вначале превращают в пасту, затем формуют в виде пластины и поджаривают в различных жирах. Большое распространение за рубежом находит продукт из зародышей пшеницы, которые покрывают тонкой протеиновой оболочкой (глазируют) и высушивают. Этот продукт применяют для засыпки в жидкие блюда и каши. Все указанные продукты имеют высокую пищевую ценность, в них содержится повышенное количество белка, минеральных веществ и витаминов В1, В2, В6, РР и Е [10].

Продолжает пополняться ассортимент хлеба из целого зерна или с добавлением дробленного целого зерна.

В Западных странах и России вырабатываются хрустящий хлеб из муки разового обойного или обдирного помола. Общим недостатком технологии производства зерновых продуктов является явно недостаточное диспергирование клеток алейронового слоя и зародыша. Это снижает усвояемость организмом человека биологически ценных веществ периферийных частей зерна.

В ФРГ предложен способ производства хлеба из цельносмолотого зерна, по которому для приготовления хлеба используют зерно, прошедшее гидротермическую активацию. Зерно, увлажненное до 40%, подвергают длительному кондиционированию, после чего подсушивают до влажности 20%. Недостатком указанного способа подготовки цельного зерна путем замачивания является значительная длительность технологического процесса [11].

В ФРГ запатентован способ, по которому зерно, используемое для выпечки хлеба, смешивают с холодной водой, затем смесь нагревают, при перемешивании, в течение одного часа при 85°С. Замоченное зерно выдерживают при этой температуре 45 мин и быстро охлаждают [12]. Усовершенствована технология приготовления Вестфальского ржаного хлеба «Пумперникель» на основе пшеничного или ржаного шрота и цельного зерна ржи. Предназначенную для замеса воду нагревают до кипения, смешивают с шротом и зерном при одновременной аэрации и подвергают механической обработке в течение одного часа. Полученную смесь охлаждают до 30°С и выдерживают. Перед выпечкой добавляют закваску, смесь перемешивают, а затем выпекают, минуя стадию расстойки.

Значительное место в ассортименте хлебобулочных изделий занимает хлеб из целого зерна, который готовят после гидрошелушения зерна с удалением семенной и плодовых оболочек.

В ФРГ перед шелушением зерна применяют смачивание его щелочью, эмульгированной с растворителем жира, затем зерно используют для выпечки хлеба. Во Франции для снятия зерновых оболочек применяют пневматическое устройство. Вызванное пневматическим эффектом напряжение между ядром зерна и оболочками способствует их легкому отделению.

В ПНР предложен непрерывный способ получения зерна, лишенного части неусваиваемых организмом гемицеллюлоз, клетчатки. После очистки и отволаживания 1/4 наружного слоя зерна удаляется. Пшеницу повторно увлажняют и отволаживают, затем обрабатывают паром под давлением 1,Н/м в течение 3-4 мин. После сушки на прессе получают плоские зерна толщиной 1,5- 2,5 мм [13].

Вырабатывается также хлеб, содержащий размолотые зерна или добавки в виде смеси зерновых культур («Корн-микс», «Затенмикс», «8 злаков») [14]. В Голландии созданы зерновые смеси: «Dekmix» , «Zemax» , «Uldo jogging bread mix». «Dekmix» получают смешиванием зерен пшеницы, ржи, ячменя, подсолнечника, сезама, льняного семени. «Zemax» - натуральная многозерновая смесь, обогащенная белком, кальцием, витаминами A, D, E и группы B. «Uldo jogging bread mix» состоит из картофельной муки, соевой крупки, семян подсолнечника. Чешской фирмой «Энзима» разработаны многозерновые смеси: «Цериал 2001», «Цериал микс», «Цериал соевый», «Цериал многозерновой», повышающие пищевую ценность изделий и придающие им отличный вкус, запах и хрустящую корочку [15].

Анализируя работы отечественных авторов в области технологии зернового хлеба, можно выделить следующие особенности.

С точки зрения улучшения санитарно-гигиенических показателей производства и технологичности процесса важным этапом является шелушение зерна. Вместе с оболочками удаляется вредная микрофлора, пыль, загрязнения. Кроме того, сокращается процесс замочки зерна за счет лучшего проникновения влаги. Распространенным способом подготовки зерна к шелушению является гидротермическая обработка.

В качестве воздействующих факторов гидротермической обработки используют изменение влажности зерна и его температуры. Размер преобразований структуры и биохимических свойств зерна, происходящих при гидротермической обработке, зависит от режимов обработки. К способам гидротермической обработки зерна при подготовке к производству зернового хлеба относится пропаривание зерна с последующей сушкой. Обработка паром способствует быстрому увлажнению и прогреву зерна, при котором в результате физико-химических изменений преобразуется структура эндосперма, происходит его пластификация, снижается хрупкость, повышается сопротивляемость разрушению. Благодаря неравномерному увлажнению составных частей зерна ослабевает связь оболочек и ядра. При последующей сушке и охлаждении зерна оболочки обезвоживаются, возрастает их хрупкость, и они легко отделяются при шелушении. В ряде работ по зерновому хлебу предусматривается стадия шелушения зерна без уточнения количества удаляемых оболочек [16, 17, 18, 19]. Некоторые авторы удаляют 50-80% плодовых оболочек, с сохранением зародышей и алейронового слоя [20, 21, 22, 23]. и др. предлагают удаление плодовых оболочек в количестве 3-7% от общей массы зерна [24]. установлена оптимальная степень шелушения зерна, заключающаяся в удалении оболочек в количестве 4-5% [25]. Однако при любом шелушении теряется основное назначение зернового хлеба, которое заключается в сохранении как можно большего количества периферийных частиц зерна. Ряд авторов предлагает способы производства зернового хлеба с использованием нешелушенного зерна злаковых культур [26, 27, 28, 29, 30].

При подготовке зерна к производству зернового хлеба всегда используется такой технологический прием, как замачивание, его режимы варьируют в различных работах в широких пределах. Температура замачивания, как правило, колеблется от 8 до 40°С до влажности зерна 30-50%, продолжительность процесса от 3 до 48 часов.

Замачивание зерна в воде обусловлено необходимостью изменения механических свойств зерна, направленного на снижение энергетических затрат при диспергировании, а также на перевод зерна из состояния покоя в состояние биологической активности – начальную фазу прорастания, когда начинается активизация бихимических процессов (синтез новых белков, витаминов, гормонов, перестройка ферментов).

Общим недостатком технологии производства зерновых продуктов и хлеба из целого зерна является явно недостаточное измельчение клеток алейронового слоя и зародыша. Это снижает усвояемость организмом человека биологически ценных веществ периферийных частей зерна.

От степени измельчения зависит сенсорная оценка готового продукта: внешний вид, разрыхленность мякиша, ощущение при разжевывании. Для измельчения зерна используют коллоидные мельницы, экструдеры, плющильные установки. При измельчении зерна с помощью экструзии применяют различные режимы этого процесса: температура 20-35°С и давление 2-10 МПа в течение 10-20 сек [31], давление 10-15 МПа и температура 140-190°С в течение 20-30 сек до дисперсности 10-100 мкм [32]. В работах зерно подвергается многоступенчатому измельчению резанием, разрывом и экструдированием в системе нож-матрица 5-300 сек на специально разработанных диспергаторах [33, 34]. проведены исследования по оптимизации параметров диспергирования зерна и оценке реологических свойств диспергированной массы [35]. По мнению выработать хлеб из тонкоизмельченного зерна можно более рациональным путем - на основании применения общеизвестного эффекта , который заключается в быстром адсорбционном понижении прочности твердых тел с помощью малого количества добавок поверхностно-активных веществ.

Этими явлениями объясняется более легкий путь достижения мелких дисперсных систем при мокром помоле, когда такой пластификатор, как вода, оказывает расклинивающее действие в поврежденных частицах размалываемого твердого материала.

Исходя из этих представлений, предложен метод получения теста из целого зерна или зерна, предварительно подвергнутого гидрошелушению. Набухшее зерно измельчают в диспергаторе, рабочими органами которого являются шнек, лопастной нож-измельчитель и матрица с круглыми отверстиями, через которые экструдируется тонкодиспергированное тесто. При диспергировании вносят поверхностно-активные вещества, что позволяет улучшить качество и усвояемость зернового хлеба. В качестве ПАВ используют лецитин или жиросахара в количестве 0,5% к массе муки [36, 37].

Вопрос использования различных улучшителей качества при производстве зернового хлеба привлекает к себе внимание многих исследователей. предлагает вносить в раствор для замачивания зерна улучшители качества хлеба в количестве 0,0,0% к массе сухих веществ зерна [38] или в тесто - инклюзионные комплексы биологически активных веществ с циклодекстринами или их производными в количестве 0,001-5,0% к массе зернового продукта [39]. При участии циклодекстринов создаются дополнительные связи в белковых молекулах, удерживаются легколетучие вещества, что улучшает структурно-механические и органолептические свойства хлеба.

Биологически активные вещества, отсутствующие или содержащиеся в муке в недостаточном количестве, вносят в виде синтетических препаратов (витамины, провитамины, аминокислоты, ненасыщенные жирные кислоты, гормоны) или в составе продуктов растительного и животного происхождения (молочные продукты, белковые изоляты, фруктовые порошки) [40]. При замесе теста для дополнительного повышения пищевой ценности хлеба из целого зерна рекомендуют добавлять йодированные дрожжи [41], экстракты лекарственных растений [42, 43], молочную сыворотку, минерализованную воду [44], зерно или муку ржи, овса, ячменя, гречихи, проса и других зерновых и бобовых культур [45, 46, 47, 48, 49], льняное семя [50], сок облепихи или экстракт чистотела, или экстракт люцерны [51], хлопья, полученные плющением предварительно замоченного целого зерна [52]. С целью придания диетических и лечебно - профилактических свойств и повышения сохранности хлебобулочных изделий при замесе теста дополнительно вводят минеральную цеолитовую муку размерами компонентов до 0,09 мм в количестве 1-4 % от массы зернового компонента [53]. В качестве улучшителей используют сухую пшеничную клейковину и аскорбиновую кислоту для улучшения физико-химических показателей качества [54].

В нашей стране и за рубежом расширяется ассортимент хлебобулочных изделий, в рецептуру которых входит проросшее зерно. Одно из направлений повышения качества хлеба из целого зерна – регулирование параметров замачивания, при котором зерно переходит из состояния покоя в фазу биологической активности. Проросшие зерна злаков и их экстракты рекомендуются диетологами для диетического и лечебного питания, так как они обладают бактерицидными свойствами, высокой биологической активностью, способствуют улучшению пищеварения, эвакуаторной функции кишечника, оптимизируют обмен веществ, стабилизируют нервную систему, стимулируют, повышают физическую работоспособность [55].

Существуют различные способы проращивания зерна пшеницы. К некоторым из них относятся: замачивание предварительно промытого зерна в воде при 8-30 0С в течение 24-72 ч в зависимости от сорта зерна и его качества до состояния полного набухания зерна и до появления ростков, расход воды на замачивание зерна 1,5-2,0 л на 1 кг зерна [56, 57]; замачивание зерна с последующей переработкой в конечную продукцию в воде с присутствием в ней серебра в форме ионов с концентрацией 0,15-0,35 мг/л [58], и другие.

Многие авторы предлагают проращивание зерна до появления ростков размером до 1-1,5 мм, используя при этом замачивание зерна в воде и его выдержку во влажной атмосфере [59, 60]. Способность зерна к прорастанию связана с блокированием ферментного комплекса зерна жёлтыми пигментами флавонового типа, которые сосредоточены в периферической части зерна. Эти пигментные вещества нестойки и разрушаются при повышении температуры. Когда зерно поглощает воду, оно выделяет эти антиокислительные и абиотические вещества, что защищает его от действия микроорганизмов и способствует его прорастанию.

В свежих ростках пшеницы заключена огромная энергия ферментов, стимулирующая кровообращение и омоложение организма на клеточном уровне [61].

Одним из недостатков хлеба из целого нативного зерна является высокое содержание фитиновой кислоты, которая затрудняет усвоение кальция, железа и других минеральных веществ. В прорастающих зернах фитин подвергается гидролитическому расщеплению под действием фитазы, которая сильно активизируется в проросшем зерне [62].

Однако, с увеличением длины проростков, образуется большое количество ферментов, нарушающих нормальную функцию желудочно - кишечного тракта человека. Поэтому рекомендуются использовать в питании зерно пшеницы с проростками не более 1,5 мм [63].

По мнению некоторых ученых, для получения зернового хлеба наилучшего качества целесообразно увлажнять зерно до эмбрионального пробуждения, не допуская появления видимых ростков. При этом повышается биологическая ценность зерна, но активность гидролитических ферментов не достигает своего максимального значения. Таких параметров замачивания зерна придерживаются [64], [65], [51], [66].

В условиях влажности зерновки набухают, увеличиваются в размерах. Происходит набухание белка и крахмала, что ведет к определенным изменениям пространственной структуры высокомолекулярных соединений. Нарушается ультраструктурная организация клеточных органелл, целостность крахмальных зерен и белковых тел. В этих условиях происходит реактивация гидролитических ферментов, в первую очередь β - амилазы и протеаз [67].

Начинается распад крахмала и белковых молекул с одновременным увеличением интенсивности дыхания и активности окисленных ферментов. Усиливается гликолитический путь распада углеводов. Возникает так называемое «холодное горение». При повышенной температуре этот процесс ускоряется. Длительное воздействие влаги и температуры приводит к межмолекулярной перестройке, процессам разрыва межатомных химических связей тепловыми флуктуациями. Возникающие при этом свободные радикалы располагаются в поверхностных слоях разрушенного материала и легко реагируют с О2, образуя перекисные радикалы [68].

Ученые из Алтайского государственного технического университета предлагают уменьшить активность протеиназы в тесте, снизить температуру инактивации ά-амилазы при выпечке хлеба и повысить качество готового продукта с помощью применения заквасок из диспергированного зерна пшеницы [69]. предлагает замешивать тесто одновременно с измельчением зерна, дозируя все сырье в диспергаторе.

предлагает при производстве зернового хлеба использовать в качестве специальной закваски смесь заквасок из хмеля (4-10 %) и диспергированного, предварительно замоченного шелушенного зерна овса (90-96 %).

Разрыхленность мякиша, вкус и аромат хлеба существенно влияют на его усвояемость. Существуют несколько способов разрыхления теста для зернового хлеба: использование хлебопекарных дрожжей, химических разрыхлителей, а также механическим путем (посредством продува теста углекислым газом). Разрыхление теста механическим путем, по мнению авторов, позволяет освободить хлеб от вредной для человека микрофлоры и от неблагоприятных для его здоровья продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Некоторые ученые включают в рецептуру зернового хлеба хлебопекарные дрожжи, но либо исключают из технологического процесса стадию брожения теста, либо совмещают ее со стадией расстойки. предлагает подвергать тесто брожению посредством его вторичного диспергирования. Для улучшения качества дрожжей применяют экстракт из зеленых ростков пшеницы. Способ производства бездрожжевого хлеба из проросшего зерна пшеницы предложен и другими [70, 71].

Предлагаемые технологии производства зернового хлеба различаются также тем, что в некоторые рецептуры входит мука пшеничная высшего сорта, вносимая в составе опары, или в составе закваски [72].

Замачивание зерна в некоторых технологиях зернового хлеба производится в различных растворах. , и др. используют солевой раствор для замачивания зерна. предлагает использовать специально приготовленный раствор. Для этого воду предварительно замораживают до содержания не более 70 % от общей ее массы прозрачных кристалликов льда. Оставшуюся воду удаляют, а кристаллы льда смешивают с карбидом кремния в количестве не менее 50 г на 1 литр воды, полученной после таяния этих кристаллов, и смесь выдерживают в течение не менее 5 суток, а затем в этом растворе замачивают зерно. Для улучшения вкуса и аромата измельченное зерно выдерживают в меду с орехами (грецкими и/или арахисом). осуществляет замачивание зерна одновременно с его проращиванием в яблочном соке [62, 73].

предлагает дополнительно обеззараживать зерно 3 %-ной перекисью водорода при температуре 16-20 ºС с экспозицией 40-50 минут [41].

В Воронежской государственной технологической академии разработан способ производства зернового хлеба с использованием католитных растворов для замачивания зерна. Католитные растворы получают в установке для электрохимической активации водных сред «Эсперо-1». Вода, подвергнутая электролизу и отобранная из катодной зоны активатора (рН 9,5) поглощается зерном быстрее и в большем количестве [74].

Разработан ускоренный способ подготовки биоактивированного зерна пшеницы и ржи с применением ультразвука. Установлено, что озвучивание их 15 минут при плотности звуковой энергии 15 кДж/м3 и частоте 21 кГц позволяет сократить продолжительность подготовки зерна пшеницы на 16 часов, ржи – на 23 часа.

выявлена целесообразность замораживания заготовок из диспергированной зерновой массы до температуры в центре (-15) °С с целью регулирования активности амилолитических ферментов и стабилизации свойств полуфабрикатов [25].

Фирмой «Русский хлеб» разработана технология производства хлеба «Витязь».

В Санкт-Петербургском филиале ГосНИИХПа разработан ряд сортов хлеба с применением в рецептуре микронизированного зерна ржи, пшеницы, овса, ячменя или их смеси в виде хлопьев, крошки или крупки. К таким сортам хлеба относятся хлеб «Изобильный» и «Богатырский».

Метод микронизации зерна основан на интенсивной обработке зерна инфракрасным облучением, микроволновой обработкой. При этом используют волны длиной 1...4 мкм. В результате такой обработки происходит клейстеризация крахмала, его термомеханическая деструкция, заметно повышается содержание декстринов, а также происходит денатурация белков: все это обеспечивает возрастание питательной ценности зерна.

Разработана технология хлеба из целого зерна пшеницы с предварительной ИК-обработкой зерна перед замачиванием. Зерно пшеницы обрабатывают на установке УТЗ-4, промывают водой не менее двух раз, замачивают в течение 22-26 часов при температуре 18-20 ºС, излишки воды удаляют на ситах. Подготовленное зерно измельчают на диспергаторе. На основе диспергированной зерновой массы готовят тесто безопарным способом [75].

Перспективной культурой для создания зерновых продуктов является тритикале. Во многих странах тритикале используется как кормовая культура, которая характеризуется большой урожайностью и высоким содержанием белка с хорошо сбалансированным аминокислотным составом. Особенностью тритикалевой муки является повышенная автолитическая активность и низкое качество клейковины. Вероятно, по этой причине зерно и мука из зерна тритикале еще не находят достаточно широкого применения в качестве сырья для хлебопекарной промышленности. Необходимость улучшения хлебопекарных свойств зерна этой культуры обусловливает поиск новых технологий производства хлеба, которые позволили бы умеренно инактивировать амилазы и обеспечить производство хлеба хорошего качества. Исследователи предлагают при приготовлении хлеба из муки тритикале использовать пектиновый экстракт, молочнокислую закваску или улучшители окислительного действия [76] в сочетании с жировым продуктом.

Таким образом, в последние десятилетия научно доказана целесообразность использования в пищу продуктов из целого зерна, обладающих повышенной пищевой и биологической ценностью. Разработано большое количество различных сортов зернового хлеба, многие из них внедрены в производство в России и за рубежом. Однако при разработке технологий зернового хлеба недостаточно внимания уделяется анализу качества и безопасности исходного зернового сырья. В современную эпоху глобального загрязнения окружающей среды зольный состав зерна должен рассматриваться как один из существенных показателей качества, который нельзя не учитывать при разработке технологий зерновых хлебобулочных изделий.

1.2 Целлюлолитические ферменты и их субстраты

Ферментные препараты являются улучшителями, функциональная особенность которых состоит в форсировании биохимических процессов, катализируемых ферментами, содержащимися в них [71].

Ферменты целлюлолитического действия катализируют гидролиз комплекса некрахмальных полисахаридов клеточных стенок. Основными микроорганизмами, продуцирующими целлюлазы, являются грибы, а также различные виды аэробных и анаэробных бактерий. Начиная с середины прошлого века, во многих странах мира стали проводиться исследования целлюлаз. Целлюлазы используются для конверсии растительной биомассы в глюкозу, которая служит сырьем для микробиологических процессов получения различных видов топлива (этанола, бутанола, этилена и других), получения органических кислот, аминокислот и многих других продуктов микробиологического синтеза. Целлюлазы применяют для получения удобрений и кормовых добавок в процессе биоконверсии растительных остатков. Используют эти ферменты также и в некоторых пищевых производствах совместно с ксиланазами, β-глюканазами, пектиназами и другими карбогидразами. С конца 1980-х годов обнаружились новые перспективные возможности применения целлюлаз, связанные со способностью некоторых ферментов мягко воздействовать на поверхность целлюлозных волокон без их глубокой деструкции.

В отличие от ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих материалов, где ферменты должны обладать максимальной «агрессивностью» по отношению к субстратам сырья, для обработки зернового сырья с целью использования в хлебопечении необходимы целлюлазы, способные мягко воздействовать на поверхность волокон, не приводя к глубокой деструкции целлюлозной матрицы («тополитические» ферменты).

В зерне злаковых культур одну из основных частей зерновки представляют собой оболочки. Они различаются по структуре и свойствам. Оболочки выполняют защитную функцию, их делят на плодовые и семенные. По мнению Хинтона в оболочках сосредоточено до 70 % клетчатки и большая часть золообразующих элементов. По данным (1999) клеточная стенка оболочек зерна злаков (пшеничное зерно) содержит 64 % арабиноглюкуронксилана, 29% целлюлозы, 6% нецеллюлозного глюкана, 8,3 % лигнина и 9,2 % белка [77, 78].

Целлюлоза составляет основу оболочек зерна злаковых культур и является основным структурообразующим компонентом клеточных стенок. Общее число глюкозных остатков в макромолекуле целлюлозы порядка , что соответствует молекулярной массе 1-2 млн. единиц [79]. Целлюлоза представляет собой линейный полисахарид, состоящий из остатков β- D глюкопиранозы, основным повторяющимся структурным элементом полисахарида является целлобиоза. Элементарные звенья макромолекул целлюлозы имеют конформацию кресла, то есть гидроксильные группы у первого и четвертого атомов глюкозы отличаются расположением относительно плоскости кольца. Остатки глюкозы в ангидроглюкозной цепи повернуты относительно друг друга на 180º. Ангидроглюкозные цепи стабилизированы внутримолекулярными водородными связями между остатками глюкозы при взаимодействии гидроксильной группы ОН – при шестом, втором и третьем углеродных атомах, и кислорода кольца. Следовательно, β-1-4 глюкан представляет собой жесткую ленту. Конформация целлюлозы дает возможность реализации внутри - и межмолекулярных взаимодействий [80, 81].

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8