Научное обоснование применения гидратированных порошков моркови и свеклы в технологии бараночных изделий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Тихий Антон Владиславович

• Тихий Антон Владиславович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Тихий Антон Владиславович

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ БАРАНОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРОШКОВ МОРКОВИ И СВЕКЛЫ

1.1 Способы повышения качества бараночных изделий

1.2 Применение овощных порошков в технологиях хлебобулочных, кондитерских и бараночных изделиях

1.3 Физико-химические, коллоидные и биохимические процессы при приготовлении опары и теста для бараночных изделий

1.4 Факторы, влияющие на жизнедеятельность хлебопекарных дрожжей

1.5 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Материалы исследования

2.3 Методы исследования

2.4 Отработка рецептуры и режимов приготовления опары и теста для контрольного образца баранок

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БАРАНОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРОШКОВ МОРКОВИ И СВЕКЛЫ

3.1 Определение химического состава порошков моркови и свеклы

3.2 Определение гранулометрического состава сырья

3.3 Определение влагосвязывающей и водоудерживающей способности порошков моркови и свеклы

3.4 Исследование растворения органических кислот в процессе гидратирования порошков моркови и свеклы

3.5 Исследование влияния органических кислот и нерастворимых в воде компонентов порошков моркови и свеклы на бродильную активность дрожжей129

3.6 Исследование влияния порошков моркови и свеклы на влажность и режим приготовлении опары

3.7 Исследование влияния порошков моркови и свеклы на количество и

качество клейковины

3.8 Исследование влияния порошков моркови и свеклы на режим приготовления теста и показатели качества бараночных изделий

3.9 Определение срока годности бараночных изделий с порошками моркови и свеклы

ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СЫРЬЕВОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ИЗДЕЛИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

РЕФЕРАТ

Актуальность темы. Хлебобулочные изделия относятся к продуктам ежедневного спроса, при этом более 5% от общего объема производства составляют именно бараночные изделия. Данный вид изделий изготавливается с пониженной влажностью, что обеспечивает им более длительный, чем у хлеба, срок хранения.

Для обеспечения конкурентоспособности продукции необходимо на протяжении всего срока хранения бараночных изделий сохранять показатели качества - набухаемость, аромат, не допускать чрезмерного повышения прочности изделий. Для удовлетворения современных пожеланий потребителей необходимо разрабатывать бараночные изделия функционального назначения, то есть изделия, содержащие биологически активные вещества, положительно влияющие на физиологическое состояние организма человека.

В настоящее время в рецептуры хлебобулочных изделий активно включаются ингредиенты, способные удерживать влагу, укреплять клейковину, повышать пищевую и биологическую ценность продукта. Такие ингредиенты содержатся в злаковых культурах, фруктах и овощах. Особый интерес представляют такие овощи, как морковь и свекла, а также порошки, приготовленные на их основе. Однако важным вопросом, требующим научного обоснования, остается вопрос о способе подготовки порошков перед внесением их в полуфабрикаты - в сухом или гидратированном виде.

Степень разработанности темы. Вопросам разработки новых рецептур бараночных изделий с целью расширения ассортимента, повышения пищевой ценности изделий и улучшения их потребительских свойств посвящены работы Грязиной Ф.И., Ямбулатовой М.А., Семенкиной Н.Г., Широковой Л.О., Еркинбаевой Р.К. В этих работах рассмотрены вопросы влияния семян подсолнечника, ядер арахиса, гречневой муки, ячменной муки, поверхностно-активных веществ, окислителей, фосфатов, ацидофильной закваски и других веществ на качество и сроки хранения бараночных изделий. Вопросам включения плодоовощного сырья в рецептуры хлебобулочных изделий посвящены работы

Корячкиной С.Я., Аллерт А. А., Русин И. М., Ухиной Е. Ю. Разработке технологии получения тонкодисперсных овощных порошков и включения их в рецептуры хлеба и макаронных изделий посвящены работы Годунова О.А. и Корячкиной С.Я. Исследований по применению порошков моркови и свеклы и способу подготовки порошков перед внесением их в опару и тесто при производстве бараночных изделий ранее не проводилось.

Цель работы - исследовать влияние способа подготовки порошков моркови и свеклы на технологические показатели при производстве бараночных изделий, показатели качества готовых изделий и разработать технологию бараночных изделий с гидратированными порошками моркови и свеклы.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать химический состав порошков моркови и свеклы;

- определить гранулометрический состав овощных порошков моркови и свеклы;

- определить влагосвязывающую и водоудерживающую способности порошков;

- исследовать растворение органических кислот в процессе гидратирования порошков моркови и свеклы;

- исследовать участие органических кислот и нерастворимых компонентов порошков моркови и свеклы в процессе спиртового брожения;

- исследовать влияние порошков моркови и свеклы на влажность и режим приготовления опары;

- исследовать влияние порошков моркови и свеклы на количество и качество клейковины пшеничной муки;

- исследовать влияние гидратированных и негидратированных порошков моркови и свеклы на влажность, режим приготовления и процесс созревания теста;

- определить срок годности бараночных изделий с порошками моркови и свеклы;

- определить экономические показатели при производстве бараночных изделий с добавлением порошков моркови и свеклы;

- разработать проект технической документации (ТУ, ТИ) на производство бараночных изделий с добавлением порошков моркови и свеклы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обоснование применения гидратированных порошков моркови и свеклы в технологии бараночных изделий»

Научная новизна работы.

Научно обоснована целесообразность гидратирования порошков моркови и свеклы перед внесением их в опару и тесто при производстве бараночных изделий. Предварительное гидратирование порошков повышает бродильную активность дрожжей, упругость клейковины и коэффициент набухаемости готовых изделий.

Показано, что в порошке моркови содержание яблочной, пропионовой и сорбиновой кислот больше, чем в порошке свеклы, а в порошке свеклы содержание фумаровой, лимонной, уксусной, молочной и бензойной кислот больше, чем в порошке моркови.

Выявлено, что фумаровая кислота значительно повышает бродильную активность дрожжей 8асскаготусв8 свгву181ав по сравнению с лимонной и янтарной кислотами, что расширяет область применения её не только как регулятора кислотности пищевых продуктов.

Доказано положительное влияние целлюлозы, входящей в состав пищевых волокон овощных порошков, на бродильную активность хлебопекарных дрожжей.

Получены эмпирические уравнения, описывающие зависимость влажности густой опары для бараночного теста от дозы внесения сухих порошков моркови и свеклы.

Теоретическая и практическая значимость.

Установлено, что внесение гидратированных порошков моркови и свеклы сокращает продолжительность брожения опары.

Доказано, что порошок моркови обладает большей влагосвязывающей и водоудерживающей способностью, чем порошок свеклы.

Разработана технологическая инструкция и проект технических условий на производство бараночных изделий с применением гидратированных порошков моркови и свеклы. Технология апробирована на производственной площадке ООО «НС-Продукт», г. Санкт-Петербург. Ожидаемый экономический эффект от

внедрения технологии с применением гидратированных порошков моркови и свеклы при производстве 180 т готовых изделий в год составит 610 тыс. руб. в год.

Научные положения, выносимые на защиту:

- исследован химический состав порошков моркови и свеклы и процесс растворения органических кислот, входящих в их состав, при их гидратировании;

- определено влияние органических кислот и нерастворимых компонентов порошков моркови и свеклы на бродильную активность дрожжей;

- обнаружена корреляция между дозой внесения порошков моркови и свеклы и количеством воды, вносимой при приготовлении опары и теста;

- выявлено влияние порошков моркови и свеклы на показатели качества клейковины и показатели качества готовых бараночных изделий.

Степень достоверности результатов и апробация работы.

Достоверность результатов проведенных исследований по обоснованию применения гидратированных порошков моркови и свеклы в технологии бараночных изделий подтверждена необходимым объемом теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены на международных научных, научно-технических и научно-практических конференциях, таких как: X Международная Научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2021), III Международная научная конференция «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» SEWAN-2021 (Санкт-Петербург, 2021), Пятидесятая научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2021), VIII Конгресс молодых ученых (КМУ) (Санкт-Петербург, 2019).

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 4 публикациях. Из них 3 публикации в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья опубликована в журнале, индексируемом в базе данных Scopus.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 223 страницах,

содержит 15 рисунков, 32 таблиц и 5 приложений. В список литературы включено 133 источника, из них 7 на иностранном языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, цель и задачи исследования. Отмечена научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, а также представлены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ отечественной и зарубежной литературы, посвященный способам повышения качества бараночных изделий, рассмотрены вопросы применения овощных порошков в технологиях хлебобулочных и бараночных изделий, а также факторы, влияющие на жизнедеятельность хлебопекарных дрожжей.

Во второй главе представлены объекты, материалы и методы исследования, приведена схема проведения экспериментов. В качестве объектов исследования были выбраны порошки моркови и свеклы, полученные конвективно-дезинтеграторным методом по ТУ BY 391346234.004-20017, ООО «Витбиокор», Республика Беларусь.

При проведении исследований использовались также мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта, произведенная по ГОСТ 26574-2017 «Мука пшеничная хлебопекарная. Технические условия», ОАО «Петербуржский мельничный комбинат»; масло подсолнечное рафинированное дезодорированное вымороженное, произведенное по ГОСТ 1129-2013 «Масло подсолнечное. Технические условия», ООО «МЭЗ Юг Руси»; сахар-песок произведенный по ГОСТ 33222-2015 «Сахар-песок. Технические условия», ООО «Продимекс». Дрожжи хлебопекарные прессованные (ОАО «Комбинат пищевых продуктов»), произведенные по ГОСТ Р 54731-2011 «Дрожжи хлебопекарные прессованные». Также использовали соль пищевую (АО «Аралтуз»), произведенную по ГОСТ Р 51574-2018 «Соль пищевая. Общие технические условия», воду питьевую, которая соответствовала нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические

требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

В качестве объектов исследования использовали нерастворенные компоненты порошков моркови и свеклы, полученные в процессе их гидратирования, а также образцы опары, теста и готовые изделия.

Влажность муки, порошков моркови и свеклы, опары, теста и готовых изделий определяли на приборе ЭЛЕКС-7, путем высушивания навески пробы до постоянной массы.

Массовую долю углеводов в порошках моркови и свеклы определяли по ГОСТ 8756. 13-87 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения сахаров».

Массовую долю жира в порошках моркови и свеклы определяли по ГОСТ 8756.21-89 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения жира».

Массовую долю пищевых волокон в порошках и готовых изделиях определяли по ГОСТ Р 54014-2010 «Продукты пищевые функциональные. Определение растворимых и нерастворимых пищевых волокон ферментативно-гравиметрическим методом».

Массовую долю сырой клетчатки определяли методом Кюршнера и Ганека.

Массовую долю каротиноидов определяли по ГОСТ Р 54058-2010 «Продукты пищевые специализированные и функциональные. Метод определения каротиноидов».

Массовую долю свободных форм бетаина в порошках моркови и свеклы определяли по инструкции ООО «Люмекс» - «Кормовые добавки. Определение бетаина методом капиллярного электрофореза с использованием капиллярного электрофореза Капель-105М».

Органические кислоты в порошках и растворах определяли по ГОСТ Р 563732015 «Определение массовой доли органических кислот методом капиллярного электрофореза».

Витамины А и Е определяли в форме полного транс-ретинола и а-токоферола методом ВЭЖХ с флуориметрическим детектированием.

Спектрофлуориметрический детектор для ВЭЖХ (типа «Джаско» 821-FP) с проточной кварцевой кюветой объёмом 16 мкл (длина оптического пути 10 мм).

Гранулометрический состав муки, порошков моркови и свеклы определяли на лазерном дифракционном анализаторе Malvern Mastersizer 2000.

Для определения влагосвязывающей и водоудерживающей способности порошков моркови и свеклы подбирали режимы центрифугирования, при которых масса твердого осадка порошков оставалась неизменной. Образцы центрифугировали на центрифуге ULAB.

Исследование процесса гидратации и набухания порошков моркови и свеклы в воде температурой 20 и 30 °C, проводили с гидромодулем 1:5. Растворы порошков выдерживали в течение 60 мин, отбор проб проводили каждые 10 мин, отобранные пробы центрифугировали при скорости вращения ротора центрифуги 6000 об/мин в течение 20 мин образцы с порошком моркови и в течение 15 мин образцы с порошком свеклы, рассчитывали массу поглощенной воды, строили график зависимости поглощенной порошками воды и временем выдержки порошка.

Количественной характеристикой процесса набухания порошков является степень набухания I, то есть относительное увеличение массы порошков, которое определяется по формуле:

/ = (m-mo) = m^ (^

m0 m0 '

где mo - масса сухого вещества, г; m - масса набухшего вещества, г; mж - масса поглощенной жидкости, г.

Процесс набухания компонентов, входящих в состав порошков, описывается уравнением первого порядка:

d = K(Imax - I) , (2)

dt

где — - скорость набухания (изменение набухания в единицу времени);

dt

K - константа скорости набухания; Imax - предельная степень набухания; I - степень набухания за время t. Решение уравнения (2) для константы скорости набухания имеет вид

k = --in /max (3)

Влияние компонентов порошков моркови и свеклы на бродильную активность хлебопекарных прессованных дрожжей проводили путем определения количества выделившегося диоксида углерода весовым методом.

Титруемую кислотность в опарах, порошках моркови и свеклы определяли методом потенциометрического титрования по ГОСТ ISO 750-2013 «Продукты переработки фруктов и овощей. Определение титруемой кислотности».

Рецептура опары и теста для приготовления контрольного образца представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Рецептура опары и теста контрольного образца баранки

Наименование сырья Опара Тесто

Опара, г - 30,5

Мука высшего сорта, г 20,0 80,0

Масло подсолнечное, г - 7,0

Дрожжи прессованные, г 0,5 -

Сахар, г - 9,0

Соль, г - 1,5

Вода, г 10,0 27,5

ИТОГО 30,5 155,5

Замес опары проводили в миксере марки KitchenAid 5KSM175PSECA в течение 3 мин на низкой скорости (60 об/мин) и 4 мин на высокой скорости (160 об/мин) вращения месильного органа. Замес теста проводили на миксере марки KitchenAid 5KSM175PSECA в течение 2 мин на низкой скорости и 4 мин на высокой скорости месильного органа. По окончании замеса тесто подвергали отлежке в течение 10 мин, затем тесто делили на заготовки весом 43±1г. Далее из заготовки формировали шарики, а затем придавали форму бараночных изделий. Сформованные бараночные изделия выкладывали на листы, которые отправляли в расстоечный шкаф. Расстойку и выпечку образцов проводили согласно параметрам, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры расстойки и выпечки контрольного образца теста

Наименование показателя Значения

Влажность воздуха в расстоечном шкафу, % 86 ± 1,0

Температура воздуха в расстоечном шкафу, °С 34 ± 1,0

Время выпечки, мин 11 ± 0,5

Температура печи, °С 214 ± 5,0

Температуру опары и теста определяли электронным термометром с точностью определения 0,1 0С.

Количество и качество клейковины в муке и в муке с добавлением порошков моркови и свеклы определяли по ГОСТ 27839-2013 «Мука пшеничная. Методы определения количества и качества клейковины».

Коэффициент набухаемости готовых изделий определяли по ГОСТ 7128-91 «Изделия хлебобулочные бараночные. Технические условия».

Определение количества токсичных элементов в бараночных изделиях проводили по ГОСТ EN 14084-2014 «Определение содержания свинца, кадмия, цинка, меди и железа с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии после микроволнового разложения» и ГОСТ Р 53183-2008 (ЕН 13806:2002) «Определение следовых элементов. Определение ртути методом атомно-абсорбционной спектрометрии холодного пара с предварительной минерализацией пробы под давлением».

Эксперименты проводили в трехкратной повторности. Данные обрабатывались методом математической статистики с нахождением доверительного интервала при вероятности 0,95, с использованием компьютерной программы Microsoft Excel.

Общая схема исследований представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема проведения экспериментов

Исследование химического состава порошков моркови и свеклы

Химический состав порошков моркови и свеклы будет влиять на технологические параметры производства бараночных изделий и их функциональность. Химический состав порошков моркови и свеклы представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав порошков моркови и свеклы

Наименование показателей Наименование образца

Порошок Порошок

моркови свеклы

Массовая доля углеводов, % 55,2 59,8

Массовая доля белков, % 10,0 9,9

Массовая доля жира, % 0,8 0,7

Массовая доля каротиноидов, мг/100 г 122,4 ± 0,3 —

Массовая доля бетаина (бета-цианин), мг/100 г — 114,6 ± 0,3

Общая массовая доля пищевых волокон, от 25,79 ± 0,12 23,83 ± 0,10

массы обезжиренного сухого вещества, г/100 г

в том числе сырой клетчатки, г/100 г 20,63 ± 0,23 15,06 ± 0,20

Титруемая кислотность, град 0,2 ± 0,01 0,7 ± 0,01

Минеральные вещества, мг/100 г

Калий, мг/100 г 2542 ± 2,1 3291 ± 2,5

Магний, мг/100 г 121 ± 1,1 273 ± 1,4

Кальций, мг/100 г 213 ± 1,3 114 ± 1,1

Фосфор, мг/100 г 344 ± 1,5 437 ± 1,6

Витамин А (в форме ретинола), мг/кг 0,2 ± 0,1 0,2 ± 0,1

Витамин Е (в форме альфа-токоферола), мг/кг 12,37 ± 2,97 2,36 ± 0,57

Витамин В1 (тиамина хлорид гидрохлорид), 0,379 ± 0,114 0,030 ± 0,009

мг/кг

Витамин В2 (рибофлафин), мг/кг 2,195 ± 0,527 2,680 ± 0,643

Витами С, мг/кг 2,64 ± 0,1 0,75 ± 0,1

Наличие в порошках моркови и свеклы минеральных веществ, витаминов, пищевых волокон, каротиноидов и бетаина говорит о целесообразности включения порошков в рецептуры бараночных изделий, что обеспечит им функциональную направленность.

Органические кислоты влияют на формирование белкового каркаса теста, жизнедеятельность дрожжей, а также участвуют в формировании вкуса и аромата хлебобулочных изделий. Содержание органических кислот в порошках моркови и свеклы представлено в таблице 4.

Таблица 4 - Содержание органических кислот в порошках моркови и

свеклы

Кислота Концентрация, мг/100г

Порошок моркови Порошок свеклы

Щавелевая 0,002 ± 0,001 18,328 ± 0,244

Муравьиная 0,337 ± 0,012 0,815 ± 0,021

Фумаровая 0,003 ± 0,001 0,303 ± 0,011

Янтарная 0,002 ± 0,001 0,092 ± 0,006

Яблочная 1,983 ± 0,046 0,342 ± 0,009

Лимонная 1,270 ± 0,052 3,654 ± 0,098

Уксусная 9,704 ± 0,124 39,131 ± 0,412

Пропионовая 2,106 ± 0,075 0,002 ± 0,001

Молочная 0,941 ± 0,033 2,898 ± 0,065

Бензойная 0,002 ± 0,001 0,031 ± 0,004

Сорбиновая 0,511 ± 0,021 0,002 ± 0,001

ИТОГО 16,855 86,694

Из таблицы 4 следует, что общее содержание титруемых кислот в порошке свеклы более чем в три раза выше, чем в порошке моркови. Существенное влияние на образование вкуса и аромата хлебобулочных изделий оказывают уксусная и молочные кислоты. В порошке свеклы их количество выше, чем в порошке моркови, поэтому обосновано полагать, что бараночные изделия с добавлением порошков свеклы будут обладать более выраженным вкусом и ароматом, чем с добавлением порошка моркови.

Определение гранулометрического состав порошков моркови и свеклы

Размер частиц порошков, вносимых в муку при замесе густой опары и теста для бараночных изделий, будет влиять на время вымешивания полуфабрикатов и усилия, прилагаемые при замесе, для получения их однородной консистенции.

Результаты гранулометрического состава муки и порошков представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Гранулометрический состав муки пшеничной высшего сорта и порошков моркови и свеклы

Размер частиц, мкм Доля частиц в исследуемых образцах, %

Мука Морковь Свекла

0...50 41,85 39,20 45,89

50...100 27,86 19,32 21,97

100.200 30,29 18,96 3,33

200.500 - 6,67 -

500.1000 - 8,21 -

1000.2000 - 7,64 28,81

Из таблицы 5 следует, что размер частиц муки пшеничной высшего сорта в диапазоне от 0 мкм до 200 мкм составляет 100%. Размер частиц в этом же диапазоне в порошке моркови составляет 77%, в порошке свеклы - 71%, что сопоставимо с размером частиц муки. Это позволит при внесении порошков в замес сформировать однородное по всей массе тесто.

Определение влагосвязывающей и водоудерживающей способности порошков моркови и свеклы

Для расчета влагосвязывающей и водоудерживающей способности порошков моркови и свеклы предварительно были установлены режимы центрифугирования порошков до постоянной массы. Для порошка моркови -6000 об/мин в течение 20 мин, для порошка свеклы - 6000 об/мин в течение 15 мин. Влагосвязывающую способность порошков определяли при гидромодуле 1:5. Полученные результаты представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Влагосвязывающая способность порошков моркови, свеклы и

муки пшеничной высшего сорта

Наименование образца Влагосвязывающая способность порошка, г/г

Порошок моркови 2,69 ± 0,21

Порошок свеклы 1,85 ± 0,14

Мука пшеничная высшего сорта 0,95 ± 0,08

Из данных, представленных в таблице 6, следует, что влагосвязывающая способность порошка моркови на 45,4% выше, чем влагосвязывающая способность порошка свеклы и на 64,5% выше, чем влагосвязывающая способность пшеничной муки высшего сорта. Влагосвязывающая способность порошка свеклы на 48,7% выше, чем влагосвязывающая способность муки пшеничной высшего сорта. Разное значение влагосвязывающей способности порошков будет влиять на скорость процессов, происходящих при гидратировании порошков, в частности при их набухании.

Процесс набухания компонентов порошков исследовали в течение 60 мин на образцах, приготовленных при смешивании порошков с водой (гидромодуль 1:5). В процессе набухания измеряли изменение массы набухающего порошка и по формуле (1) рассчитывали относительное увеличение массы порошков и строили график изменения степени набухания порошков от времени их выдержки. График зависимости представлен на рисунке 2.

5

Время гидратации, мин

• Морковь, вода 20°С • Свекла, вода 20°С

• Морковь, вода 30°С • Свекла, вода 30°С

Рисунок 2 - Изменение степени набухания компонентов порошков моркови и свеклы от времени при температуре 20 и 30 °С

Из графиков видно, что в первые 10 мин количество воды, поглощаемой порошками, происходит наиболее интенсивно. После 10 мин гидратирования

процесс замедляется. Предельные степени набухания порошков в воде температурой 20 и 30 °С отмечается на 40 мин гидратирования порошков.

По формуле (2) определены предельные скорости набухания и по формуле (3) константы скорости набухания компонентов, входящих в состав порошков. Результаты представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Предельные степени набухания компонентов порошков моркови и свеклы при температуре 20 и 30 °С

Из результатов следует, что предельная степень набухания порошка моркови при 20 °С равна 3,79 г/г, а при 30 °С - 4,28 г/г. Предельная степень набухания порошка свеклы при 20 °С равна 2,77 г/г, а при 30 °С - 3,23 г/г.

По формуле (3) рассчитаны константы скорости набухания компонентов порошка моркови и свеклы равны: Км= 0,297, с-1; Кс= 0,269, с-1.

Предельная степень и скорость набухания компонентов порошка моркови выше, чем степень и скорость набухания компонентов порошка свеклы. Из графиков следует, что при соотношении порошков и воды 1:5 максимальная водоудерживающая способность порошков была отмечена после 40 мин выдержки и составила для порошка моркови 428%, а для свеклы - 323%.

Коэффициент динамической вязкости порошка моркови и порошка свеклы определяли при гидромодуле 1:5, на Вискозиметре Thermo Viscotester 7Lplus. При шпинделе R4 и количестве оборотов n-12 об/мин вязкость порошка моркови составила 520 мПа^с, а порошка свеклы - 120 мПа^с.

4,5

4,28

0

■ Imax морковь, 30°С

■ Imax морковь, 20°С

■ Imax свекла, 30°С

■ Imax свекла, 20°С

Исследование растворения органических кислот в процессе гидратирования порошков моркови и свеклы

Органические кислоты влияют на структурно-механические свойства теста, на процесс брожения, на формирование вкуса и аромата хлебобулочных изделий. Гидратирование порошков моркови и свеклы проводили при соотношении 1:5 и температуре 30 °С в течение 40 мин. В процессе выдержки порошков с водой проводили отбор проб жидкой фракции и определение в ней содержание органических кислот, результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Растворение органических кислот во время гидратирования

порошков моркови и свеклы

Концентрация, мг/дм3

Кислота Время гидратирования Время гидратирования

порошка моркови, мин порошка свеклы, мин

10 20 30 40 10 20 30 40

Щавелевая 0,004 0,019 0,020 0,002 13,672 13,401 14,934 18,639

Муравьиная 0,245 0,130 0,002 0,378 0,899 0,002 0,028 2,630

Фумаровая 0,002 0,050 0,002 0,002 0,076 0,021 0,331 0,338

Янтарная 0,002 0,177 0,427 0,135 0,002 0,002 0,446 0,002

Яблочная 0,002 0,046 0,002 0,668 0,002 0,002 0,791 0,002

Лимонная 4,708 0,255 2,262 1,197 0,874 0,002 1,614 0,002

Уксусная 35,295 11,263 40,723 15,798 59,857 65,649 118,205 4,877

Пропионовая 0,002 1,784 0,091 2,370 7,574 8,888 10,094 11,768

Молочная 5,567 1,687 0,704 2,272 1,212 6,367 0,002 1,556

Бензойная 0,002 0,057 0,002 0,006 0,048 0,015 0,001 0,002

Сорбиновая 17,746 7,688 7,393 2,709 0,002 0,497 0,002 0,464

ИТОГО 63,569 23,156 51,61 23,263 84,21 94,341 161,108 44,456

Из таблицы 7 следует, что в процессе гидратирования порошков меняется профиль растворов по содержанию органических кислот. Органические кислоты вступают в реакцию с металлами, образуются соли и суммарное количество органических кислот уменьшается.

Исследование влияния органических кислот и нерастворимых в воде компонентов порошков моркови и свеклы на бродильную активность

дрожжей

Для понимания вопроса, как нерастворенные компоненты порошков будут влиять на процесс спиртового брожения во время приготовления опары и теста, был проведен эксперимент по определению количества органических кислот, выделяемых дрожжами в процессе брожения. Были приготовлены модельные растворы, состоящие из 100 см3 воды (температура 25°С), 20 г глюкозы, 4,5 г прессованных хлебопекарных дрожжей и 0,3 г нерастворенных в воде компонентов порошков моркови и свеклы. Нерастворенные компоненты порошков моркови и свеклы получали после гидратирования порошков (гидромодуль 1:5) в течение 40 мин, далее массу фильтровали на вакуум-фильтре, отделяли фильтрат с растворенными сухими компонентами, а осадок с нерастворенными компонентами промывали водой и высушивали при температуре 40 °С в течение 16 ч.

В силу того, что основным компонентом, входящим в состав осадка является целлюлоза, был подготовлен контрольный образец с микрокристаллической целлюлозой. Брожение проводили при температуре 30 °С в течение 180 мин. По окончании брожения в растворах было определено содержание органических кислот, результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Органические кислоты, выделяемые в процессе брожения в

модельных растворах с нерастворенными компонентами порошков

Содержание кислоты, мг/100г

Наименование Нерастворенные Нерастворенные Микро целлюлоза

кислоты Контроль компоненты порошка моркови компоненты порошка свеклы

0,002 0,002 0,773 0,582

Щавелевая ± 0,001 ± 0,001 ± 0,017 ± 0,031

1,816 ± 0,813 3,394 0,002

Муравьиная 0,024 ± 0,022 ± 0,128 ± 0,001

0,116 0,130 2,791 0,045

Фумаровая ± 0,006 ± 0,009 ± 0,105 ± 0,003

Янтарная 28,225 16,729 10,120 19,493

± 0,312 ± 0,284 ± 0,164 ± 0,238

2,100 15,789 0,699 0,002

Яблочная ± 0,041 ± 0,276 ± 0,054 ± 0,001

2,293 1,641 3,774 27,267

Лимонная ± 0,053 ± 0,045 ± 0,103 ± 0,542

14,564 103,181 143,56 89,448

Уксусная ± 0,224 ± 2,341 ± 2,136 ± 1,245

0,223 ± 10,276 5,955 6,216

Пропионовая 0,021 ± 0,135 ± 0,125 ± 0,147

8,072 9,374 12,185 0,002

Молочная ± 0,142 ± 0,122 ± 0,412 ± 0,001

0,002 0,072 0,022 0,002

Бензойная ± 0,001 ± 0,005 ± 0,002 ± 0,001

0,688 10,387 10,603 2,927

Сорбиновая ± 0,084 ± 0,132 ± 0,271 ± 0,021

ИТОГО 58,097 168,392 193,880 145,98

Из таблицы 8 следует, что дополнительное включение в модельный раствор микрокристаллической целлюлозы увеличивает количество органических кислот в среде в 2,5 раза. Внесение нерастворенного компонента порошка моркови увеличило количество органических кислот в 2,9 раза. Внесение нерастворенного компонента порошка свеклы увеличило количество органических кислот в 3,3 раза. Полученный результат обосновывается тем, что в процессе брожения, под действием выделяемых дрожжами органических кислот (контрольный образец) происходит частичный гидролиз целлюлозы до глюкозы, дрожжи получают дополнительное углеводное питание, активизируются биохимические процессы.

Далее был проведен эксперимент - процесс брожения при внесении в модельные растворы нерастворенных компонентов порошков и 100% и 50% растворы органических кислот: фумаровой, лимонной, яблочной. Оценку действия компонентов на хлебопекарные дрожжи проводили по количеству выделившегося диоксида углерода весовым методом, отбор проб проводили каждые 30 мин. Брожение проводили при температуре 30 °С в термостате, 180 мин, результаты представлены на рисунке 4.

Микроцеллюлоза

Нерастворенный остаток свеклы ^■

Нерастворенный остаток моркови ^■ Яблочная кислота 100% Яблочная кислота 50% Лимонная кислота 100% Лимонная кислота 50%

Фумаровая кислота 100% ^■

Фумаровая кислота 50% ^■ Контроль

0 1

■ 30 мин и60 мин

23456789 10

Количество С02, ед

90 мин ■ 120 мин ■ 150 мин 180 мин

Рисунок 4 - Количество выделившегося диоксида углерода в процессе брожения

Из полученных результатов можно сделать вывод, что наибольшее влияние на процесс брожения оказывает фумаровая кислота, при этом, концентрация в 100% сопоставима по количеству выделившегося диоксида углерода с образцом высушенного остатка свеклы. При этом, заметно, что выделившегося диоксида углерода в образцах с разной концентрацией - 100% и 50%, для яблочной кислоты и лимонной кислоты сопоставимо. Процесс брожения в образцах с лимонной кислотой концентрацией 100% и 50% протекал незначительно лучше, чем в контрольном образце. Также заметно, что процесс брожения образцов с яблочной кислотой в 1,15 раза активней, чем в контрольном образце и образцах с лимонной кислотой. Помимо этого, отмечено, что в образце с микроцеллюлозой происходило выделение диоксида углерода в 1,47 раза больше, чем в контрольном образце, это означает то, что в процессе брожения под действием органических кислот, продуцируемых дрожжами происходит частичный гидролиз пищевых волокон с образованием глюкозы.

Установлено, что в процессе брожения образца, приготовленного с нерастворенными компонентами порошка моркови, количество выделившегося диоксида углерода было зафиксировано в 1,44 раза больше, чем в контрольном

образце, а в образце, приготовленном с нерастворенными компонентами свеклы в 1,63 раза больше, чем в контрольном образце.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тихий Антон Владиславович, 2022 год

Литература

1 Зубкова Т.В., Захаров B.JI. Использование тонкодпсперсных порошков из моркови и тыквы в технологии хлебопечения // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2016. № 1. С. 84-89.

2 Невская Е.В.. Зуева А.Г., Беляев А.Г. Использование экстракта и порошка кипрея узколистного в рецептуре хлебобулочных изделий // Техника и технология пшцевых производств. 2020. Т.50 № 1. С. 61-69.

3 Домбровская Я.П., Аралова СЛ., Текугьева Ю.А., Денисова А.А. Перспективы применения нетрадиционного растительного сырья для повышения биологической ценности мучных кондитерских изделий // Пищевая промышленность. 2017. № 7. С. 19-21.

4 Кононенко В В.. ЧерныхВ.Я., Годунов О.А., Гербел Д. Калориметрические методы исследования состояния биополимеров растительных порошков // Вестник Юр ГУ. Серия «Пищевые и биотехнолопш». 2019. Т. 7. С. 39-54.

5 Грязина Ф.П., Данилова О.А.. Емельянова Т.Н. Применение натуральных обогатителей в технологии хлебобулочных изделий пониженной влажности // Вестник Марийского государственного университета 2016. Т.2. №2(6). С. 15-19.

6 Seo Е.О., Ко S.H. Quality characteristics of muffins containing beet powder // Culinary science and hospitality research. 2014. V. 20. №. 1. P. 27-37.

7 Douglass I.. Harrowell P. Kinetics of Dissolution of an Amorphous Solid// J. Phys Chem B. 2018. V. 122(8). P. 2425-2433. doi: 10.1021/acs.jpcb.7bl2243

8 Drake A.C., Lee Y., Burgess E.M., Karlsson J.O.M. et al. Effect of water content on the glass transition temperature of mixtures of sugars, polymers, and penetrating cryoprotectants in physiological buffer// PLoS One. 2018. V 13.1. doi: 10.1371/journal.pone.0190713.

9 Аллерт A.A., Адыневская M.H. Научное обоснование применения овощных масс свеклы, моркови, петрушки в технологии хлебобулочных изделий // Известия КГТУ. 2017. № 45. С. 125-135.

ЮКорячкнна С.Я., Ладнова О.Л., Лобок II.C., Мнкаелян А.В. Обоснование создания функциональных хлебобулочных изделий с применением смеси порошков тыквы и моркови // Хлебопродукты. 2018. С. 60-62.

11 На S.R., Choi J.S., Jin S.K. The physicochemical properties of pork sausages with red beet powder // Journal of Life Science. 2015. V. 25. №. 8. P. 896-902.

12 Gong Y., Deng G., Han C., Ning X. Process optimization based on carrot powder color characteristics // Engineering in agriculture, environment and food. 2015. V. 8. №. 3. P. 137-142. doi: 10.1016/j.eaef.2015.07.005

13 Kassymov S„ Rebezov M., Ikonnikova A., Fedin I. et al. Using of pumpkin and carrot powder in production of meat cutlets: effect on chemical and sensoiy properties // International Journal of Psychosocial Rehabilitation. 2020. V. 24. №. 4. P. 1607-1613. doi: 10.37200/IJPR/Y24I4/PR201274

14 Alvarado-Ramirez M., Santana-Galvez J., Santacruz A., Carranza-Montealvo L.D. et al. Using a functional carrot powder ingredient to produce sausages with high levels of nutraceuticals // Journal of food science. 2018. V. 83. №. 9. P. 2351-2361. doi: 10.1111/1750-3841.14319

15 Jalgaonkar K., Jha S.K., Mahawar M.K. Influence of incorporating defatted soy flour, carrot powder, mango peel powder, and moringa leaves powder on quality characteristics of wheat semolina-pearl millet pasta // Journal of Food Processing and Preservation. 2018. V. 42. № 4. P. el3575. doi: 10.111 l/jfpp.13575

16 Sule S., Oneh A.J., Agba I.M. Effect of carrot powder incorporation on the quality of pasta // MOJ Food Process Technol. 2019. V. 7.№. 3. P. 99-103.

17 Ozturk-Kerimoglu В.. Kara A., Urgu-Ozfflrk M., Serdaroglu M. A new inverse olive oil emulsion plus carrot powder to replace animal fat in model meat batters // LWT. 2021. V. 135. P. 110044. doi: 10.1016/j.lwt.2020.110044

18 Salehi F., Kashaninejad M., Akbari E., Sobhani S.M. et al. Potential of sponge cake making using infrared-hot air dried carrot // Journal of texture studies. 2016. V. 47. №. 1. P. 34-39. doi: 10. Ill 1/jtxs. 12165

19 Santana-Galvez J., Perez-Carrillo E., Velazquez-Reyes H.H., Cisneros-Zevallos L. et al. Application of wounding stress to produce a nutraceutical-rich carrot powder ingredient and its incorporation to nixtamalized com flour tortillas // Journal of Functional Foods. 2016. V. 27. P. 655-666. doi: 10.1016/j.jff.2016.10.020

20Phebean I.O.. Akinyele O., Toyin A., Folasade O. et al. Development and quality evaluation of carrot powder and cowpea flour enriched biscuits // International Journal of Food Science and Biotechnology. 2017. V. 2. №. 2. P 67-72. doi: 10.11648/j.ijfsb.20170203.15

References

1 Zubkova T.V., Zakharov V.L. The use of finely dispersed powders from carrots and pumpkins in bakeiy technology. Bulletin of the Michurinsk State Agrarian University. 2016. no. 1. pp. 84-89. (in Russian).

2 Nevskaya E.V., Zueva A.G., Belyaev A.G. The use of extract and powder of fireweed angustifolia in the recipe of bakery products. Technique and technology of food production. 2020. vol. 50. no. 1. pp. 61-69. (in Russian).

3 Dombrovskaya Ya.P., Aralova SI., Tekutyeva YuA.. Denisova AA. Prospects for the use of non-traditional vegetable raw materials to increase the biological value of flour confectionery. Food industry. 2017. no. 7. pp. 19—21. (in Russian).

4 Kononenko V.V., Chernykh V.Ya., Godunov O.A.. Gerbel D. Calorimetric methods for studying the state of biopolyniers of plant powders. Vestnik Yur GU. Series "Food and Biotechnology". 2019. vol. 7. pp. 39-54. (in Russian).

ТЩауXV et аС (Proceedings of VS1>ET, 2022, voC 84, no. 1, pp. 12S-130

post&vestni^jvsuet. ru

5 Gryazina F.I., Danilova O.A., Emelyanova T.N. The use of natural enrichers in the technology of low-moisture bakery products. Bulletin of the Mari State University. 2016. vol. 2. no. 2(6). pp. 15—19. (in Russian).

6 Seo E.O.. Ko S.H. Quality characteristics of muffins containing beet powder. Culinary science and hospitality research. 2014. vol. 20. no. 1. pp. 27-37.

7 Douglass L, Hanowell P. Kinetics of Dissolution of an Amorphous Solid. J. Phys Chem B. 2018. vol. 122(8). pp. 2425-2433. doi: 10.1021/acs.jpcb.7bl2243 (in Russian).

8 Drake A.C., Lee Y., Burgess E.M., Karlsson J.O.M. et al. Effect of water content on the glass transition temperature of mixtures of sugars, polymers, and penetrating cryoprotectants in physiological buffer. PLoS One. 2018. vol. 13.1. doi: 10.1371/joumal.pone.0190713 (inRussian).

9 Allert A. A., Adshevskaya M.N. Scientific substantiation of the use of vegetable masses of beets, carrots, parsley in the technology of bakery products. Izvestiya KSTU. 2017. no. 45. pp. 125-135. (in Russian).

lOKoryachkina S.Ya., Ladnova O.L., Lobok I.S., Mikaelyan A.V. Substantiation of the creation of functional bakery products using a mixture of pumpkin and carrot powders. Khleboprodukty. 2018. pp. 60-62. (in Russian).

11 Ha S.R.. Choi J.S., Jin S.K. The physicochemical properties of poik sausages with red beet powder. Journal of Life Science. 2015. vol. 25. no. 8. pp. 896-902.

12 Gong Y., Deng G., Han C., Ning X. Process optimization based on carrot powder color characteristics. Engineering in agriculture, environment and food. 2015. vol. 8. no. 3. pp. 137-142. doi: 10.1016/j.eaef.2015.07.005

13 Kassymov S., Rebezov M., Ikonmkova A., Fedin I. et al. Using of pumpkin and carrot powder in production of meat cutlets: effect on chemical and sensory properties. International Journal of Psychosocial Rehabilitation. 2020. vol. 24. no. 4. pp. 1607-1613. doi: 10.37200 IJPR Y24I4/PR201274

14 Alvarado-Ramírez M., Santana-Gálvez J., Santacruz A., Carranza-Montealvo L.D. et al. Using a functional carrot powder ingredient to produce sausages with high levels of nutraceuticals. Journal of food science. 2018. vol. 83. no. 9. pp. 2351-2361. doi: 10.1111/1750-3841.14319

15 Jalgaonkar K., Jha S.K., Mahawar M.K. Influence of incorporating defatted soy flour, carrot powder, mango peel powder, and moringa leaves powder on quality characteristics of wheat semolina-pearl millet pasta. Journal of Food Processing and Preservation. 2018. vol. 42. no. 4. pp. el3575. doi: 10.111 l/jfpp.13575

16 Sule S., Oneh A.J., Agba I.M. Effect of carrot powder incoiporation on the quality of pasta. MOJ Food Process Teclmol. 2019. vol. 7. no. 3. pp. 99-103.

17 Óztiirk-Kerimoglu B., Kara A., Urgu-Óztürk M., Serdaroglu M. A new inverse olive oil emulsion plus carrot powder to replace animal fat in model meat batters. LWT. 2021. vol. 135. pp. 110044. doi: 10.1016/j.lwt.2020.110044

18 Salehi F., Kashaninejad M., Akbari E., Sobhani S.M. et al. Potential of sponge cake making using infrared-hot air dried carrot. Journal of texture studies. 2016. vol. 47. no. 1. pp. 34-39. doi: 10.1111/jtxs.l2165

19 Santana-Gálvez J., Pérez-Carrillo E., Velázquez-Reyes H.H., Cisneros-Zevallos L. et al. Application of woimding stress to produce a nutraceutical-rich carrot powder ingredient and its incoiporation to nixtamalized com flour tortillas. Journal of Functional Foods. 2016. vol. 27. pp. 655-666. doi: 10.1016/j.jff.2016.10.020

20 Phebean I.O., Akinyele O., Toyin A., Folasade O. et al. Development and quality evaluation of carrot powder and cowpea flour enriched biscuits. Interaational Journal of Food Science and Biotechnology. 2017. vol. 2. no. 2. pp. 67-72. doi: 10.11648/j.ijfsb.20170203.15

Сведения об авторах

Антон В. Тихий аспирант, факультет биотехнологий. Санкт-Петербургскнй национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, ул. Ломоносова. 9. Санкт-Петербург. 197101. Россия, [e-mail] ; ЬЬПр8://ога&ог21'0000-0002-0890-3728 Надежда В. Баракова к.т н.. доцент, факультет биотехнолопш, Санкт-Петербургсюш национальный псследовательсюш университет информационных технологий, механики и оптики, ул. Ломоносова. 9. Санкт-Петербург. 197101. Россия. [e-mail]

ФШрв^/'ога&о^'ОООО-0001-7296-8609 Евгений А. Самоделкии ведущий специалист, Национальный исследовательсыш центр «Курчатовсюш пнсппут». Центральный научно-псследовательсюш пнспгтут конструкционных материалов «Прометей», ул. Шпалерная. 49. Санкт-Петербург. 191015, Россия, [e-mail] '%«р8://о^.ог£'0000-0001-9576-4940 Вклад авторов

Все авторы в равной степени принимали участие в написании рукописи и несут ответственность за плагиат

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Information about authors

Anton V. Tikhiv graduate student, faculty of biotechnology. Saint Petersburg National Research University of Information Technologies. Mechanics and Optics. 197101. Russia. St. Peters-buig. Lomonosova ave. 9. [e-mail] ^https^/orcid. org/0000-0002-0890-3728

Nadezhda V. Barakova Cand Sei. (Engin.), associate professor, faculty of biotechnology. Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 97101, Russia, St. Petersburg. Lomonosova ave. 9, [e-mail]

!https://orcidorgf'0000-0001-7296-8609 Evgeny A. Samodelkin leading specialist. Research Institution Research Center 'Kurchatov Institute'. Central Research Institute for Engineering Materials Prometheu", st. Shpalernaya 49, St. Petersburg. 191015. Russia, [e-mail] 1https://orcid. or gf'0000-0001-9576-4940

Contribution

All authors are equally involved in the writing of the manuscript and are responsible for plagiarism

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

Поступила 06/12/2021 После редакции 27/12/2021 Принята в печать 25/01/2022

Received 06'12/2021 Accepted in revised 27/12/2021 Accepted 25/01/2022

•ЭДК 664.8.037

Влагосвязывающие свойства порошков моркови и свеклы и их влияние на влажность опары для бараночных изделий

А. В. ТИХИЙ1, канд. техн. наук Н. В. БАРАКОВА1, Е. А. САМОДЕЛКИН2

1 Университет ПТМО 2НИЦ «Курчатовский институт» — ЦШШКМ «Прометей» Е-шаИ: [e-mail]

Исследована влагосвязывающая способность порошков моркови и свеклы и установлено их влияние на влажность густой опары для бараночных изделий. Показано, что порошки моркови обладают большей влагосвязывающей способностью, чем порошки свеклы, что, в свою очередь, влияет на количество воды, которое необходимо дополнительно внести в рецептуру опары перед началом процесса брожения. Получены эмпирические уравнения зависимости влажности опары от дозы внесения порошков моркови и свеклы. Предложена методика определения режимов центрифугирования смеси порошков и воды для определения влагосвязывающих свойства овощных порошков. Влагосвязывающие свойства порошков рекомендуется проводить при вращении ротора 6000 об/мин' в течение 20 мин для порошков моркови и в течение 15мин для порошков свеклы. Для проведения экспериментов использовали порошки моркови и свеклы кампании ООО «Витбиокор». В порошке моркови: содержание белков — 10%, жиров — 0,8%, углеводов — 55%, клетчатки — 2,4%, влажность — 8%, гранулометрический состав — 85-95мкм; в порошке свеклы: содержание белков — 9,9%, жиров — 0,7%, углеводов — 59,7%, клетчатки — 2,5% влажность — 8,2 %, гранулометрический состав — 95-105мкм. Для определения режима центрифугирования смеси порошков и муки при определения их влагосвязывающей способности использовали центрифугу марки 1ЛАВ. Опару готовили по рецептуре: 100 г пшеничной муки высшего сорта с влажностью 12%, 2,5 г прессованных дрожжей и 50 см1 воды. В опытные образцы опары для бараночных изделий дополнительно к 100 г муки вносили порошки моркови и свеклы в количестве: 1,5; 3,0; 6,0 и 9,0% от массы муки. Влажность порошков, муки, опары определят методом высушивания до постоянной массы. Полученные результаты показывают необходимость разработки математической модели, учитывающей показатели свойств и качества различных видов муки и различных видов овощных порошков, включаемых в рецептуры бараночных изделий, что позволило бы быстро выполнять расчеты необходимого катчества добавляемой воды в опару и вносить корректировки при производстве бараночных изделий, что является особенно актуальным вопросам при цифровизации производства. Ключевые слова: порошок моркови, порошок свеклы, ачагосвязывакяцая способность, бараночные изделия, густая опара, расход воды, математическое моделирование.

Информация о статье:

Поступила в редакцию 11.01.2022, принята к печати 25.01.2022 DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-1-61-67 Язык статьи — русский Для цитирования:

Тихий А. В., Баракова Н. В., Самоделкин Е. А. Влагосвязывающие свойства порошков моркови и свеклы и их влияние на влажность опары для бараночных изделий // Вестник Международной академии холода. 2022. № 1. С. 61-67. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-1-61-67

Water binding capacity of carrot and beet powders, and their influence on the humidity of sourdough for round cracknel products

A. B. TIKHIY Ph. D. N. V. BARAKOVA1, E. A. SAMODELK3N:

ЧТМО University

'Research Institution Research Center 'Kin-chatov Institute'— Central Research Institute for Engineering Materials Prometheu

E-mail: [e-mail]

The water binding capacity of carrot and beet powders has been investigated, and the effect of the powders on the moisture content of dense sourdough for round cracknel products has been established. The study found that the carrot powder has a higher water binding capacity than the beet powder, which in its turn affects the amount of water that must be added to the dough before the fermentation process begins. The obtained empirical equations establish the correspondence between the dough moisture content and the amount of the carrot and the beet powders taken. In this study, the method of choosing the appropriate centrifugation modes of powders and water mixture to deter/nine the water binding capacity of

vegetable powders is proposed. It is recommended to carry out the moisture binding properties of powders when the rotor rotates at 6000 rpm1 within 20 minutes for carrot powder, and 15 minutes — for beet powder. In this study, we used Mtbiokor (the Republic of Belarus) carrot and beet powders. Carrot powder contains: protein content —10 %,fat — 0.8%, carbohydrates — 55 %, fiber — 2.4%, moisture content — 8%, particle size distribution — 85-95 micron. Beet powder contains:protein content— 9.9%, fat — 0.7%, carbohydrates — 59.7%, fiber — 2.5%, moisture — 8.2%,particle size distribution — 95-105 micron. A ULAB centrifuge was used to choose the mode of centrifugation of a powder and water mixture when determining their water binding capacity. The dough was prepared according to the following recipe: 100 g ofpremium wheat flour (Predportovaya flour, produced by Saint Petersburg Mil! Plant, JSC) with the moisture content at 12.9%, 2.5 g ofpressed yeast, and 50 cm3 of water. In experimental samples of sourdough for round cracknel products, in addition to 100 g of flour, carrot and beet powders were added: 1.5; 3.0; 6.0; and 9.0% by flour weight. The moisture content ofpowders, flour, and the dough was determined by means of drying to constant mass. The results show the need to develop a mathematical model that takes into account indicators of the properties and quality of various types offlour and vegetable powders included in the recipes of round cracknel products. The model would allow to calculate the required amount of water added to the quickly dough and to make adjustments in the production of round cracknel products. Thus, digitalization is a significant part of the production process.

Keywords: carrot powder, beet powder, water-binding capacity, round cracknel products, dense sourdough, water c onsiunption, mathematical modeling.

Article info:

Received 11/01/2022, accepted 25/01/2022 DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-1-61-67 Article in Russian For citation:

Tikhiy A. B„ Barakova N. V, Samodelkin E. A. Water binding capacity of carrot and beet powders, and their influence on the humidity of sourdough for round cracknel products. Journal of International Academy of Refi-igeration. 2022. No 1. p. 61-67. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-1-61-67

Введение

Перспективным направлением в технологиях хлебобулочных изделий является применение улучшителей на основе овощного и плодово-ягодного сырья [1, 2, 3], особенно в виде порошков [4].

В технологию бараночных изделий входит технологическая операция — приготовление густой опары [5]. В рецептуру опары входит мука, вода и дрожжи. Весь объем дрожжей вносится на стадии приготовления опары, то есть основное брожение происходит на этой технологической стадии [6].

При включении в рецептуру бараночных изделий порошков моркови и свеклы добавляется сырая клетчатка (пищевые волокна), которая представляет собой части оболочек растительной клетки, в состав которой входят целлюлоза, теми целлюлоза и лигнин. Одним из свойств клетчатки является способность переводить свободную влагу в связанную. Это свойство клетчатки объясняется наличием первичных и вторичных гидрок-сильных групп (фенольных, карбоксильных) обуславливает межмолекулярное взаимодействие (водородные связи), способностью сорбировать воду и другие полярные молекулы, ионы. Вода поглощается клетчаткой в результате сорбции, накапливаясь на их поверхности, далее под действием диффузии вода распределяется по всему объему [7].

Влагосвязывающая способность порошков будет определяться количеством связанной влаги, находящейся на поверхности порошков, то есть сразу же после смешивания порошков и воды, а водоудерживающая способность порошков — количеством влаги, которое накопится в порошках по окончании процесса набухания клетчатки.

В работе [8] влагосвязывающую способность порошков определяли методом центрифугирования и было показано, что влагосвязывающая способность овощных порошков зависит от вида сырья, из которых они приготовлены и от количества воды, с которым сырье смешивается (гидромодуль), а водоудерживающая способность зависит от времени набухания порошков.

Однако в работе Корячкиной С. Я. [9] и других аналогичных работах, при определении влагосвязывающей и водоудерживающей способности овощных порошков приводятся разные режимы, при которых определяются эти показатели, но не обоснован выбор скорости вращения ротора и времени центрифугирования образцов. Режимы центрифугирования должны быть подобраны таким образом, чтобы максимально отделить воду от нерастворимой части порошков [10].

В зависимости от влагосвязывающих способностей порошков необходимо будет вносить разное количество воды и делать корректировки в рецептуру опары.

Цель данных исследований: разработать методику определения влагосвязывающей способности овощных порошков, определить влагосвязывающую способность порошков моркови и свеклы, рассчитать количество дополнительно вносимой в опару воды, в зависимости от дозы внесения порошков.

Материалы и методы

Для проведения экспериментов применены порошки моркови и свеклы компании ООО «Витбиокор» (Республика Беларусь). В порошке моркови: содержание белков составило 10%, жиров — 0,8%, углеводов — 55%, клетчатки — 2,4%, влажность — 8%, гранулометрический состав — 85-95 мкм; в порошке свеклы: содержание

белков — 9,9%, жиров — 0,7%, углеводов — 59,7%, влаж-ноеть — 8,2%, гранулометрический состав — 95-105 мкм.

Использована мука высшего сорта «Предпортовая» производителя АО «Петербургский мельничный комбинат», влажностью 12,9%. Дрожжи хлебопекарные прессованные высокоактивные производителя ОАО «Комбинат пищевых продуктов», влажностью — 77%.

Для проведения экспериментов были приготовлены образцы порошков моркови и свеклы с гидромодулем 1:10. При таком гидромодуле будет обеспечена возможность всех гидроксильных групп клетчатки связать внесенную воду.

Образцы готовили следующим образом: в предварительно взвешенную пробирку вносили воду в количестве 10 см5 температурой 30 °С. Далее взвешенный 1 г порошка (свеклы, моркови или муки) вносили в пробирку с водой. Пробирку закрывали крышкой и перемешивали путем встряхивания в течение 30 с. После встряхивания образцы без выдержки ставили в центрифугу. Время центрифугирования образцов составляло 10 мин при заданном количестве скорости вращения ротора. По окончании центрифугирования пробирки с суспензиями взвешивали, затем сливали выделившуюся воду и взвешивали остаточную массу порошка. Количество воды, вносимой в порошки сухой моркови и свеклы и количество воды, полученной после центрифугирования, измеряли мерным цилиндром 1 класса точности, у которого погрешности точности при измерении в цилиндре на 10 см3 составляет ± 0,1 [5]. Влагосвязывающую способность порошков рассчитывали, как процент объема выделившейся после центрифугирования воды от объема внесенной в порошки воды.

Результаты и обсуждение

Для определения количества воды, которое необходимо было добавить в образцы с порошками для достижения влажности, равной влажности контрольного об-

разца, готовили образцы с разным количеством вносимой воды.

Исходя из полученных результатов можно сделать вывод о том, что с увеличением скорости вращения ротора центрифуги, масса осадков уменьшается, следовательно уменьшается и количество воды в них, что говорит о том, что в осадках содержится свободная, не связанная вода.

Из данных, представленных на рис. 1, также следует, что при одинаковых скоростях вращения ротора масса осадка моркови больше, чем масса осадка свеклы, следовательно, порошок моркови обладает лучшей вла-госвязывающей способностью, чем порошок свеклы.

Если сравнить массу осадка в образце с мукой и массы осадков в образцах с порошками свеклы и моркови, то видно, что способность связывать воду у порошка свеклы больше, чем у пшеничной муки высшего сорта в 1,43-1,87 раза, а у порошка моркови — более чем в 1,983,30 раза.

Чтобы определить время вращения ротора, которое необходимо, чтобы масса осадка порошков и воды не изменялась, образцы с порошками моркови и свеклы центрифугировали в течение 30 мин с интервалом в 5 мин. при скорости вращения ротора 6000 об/мин1.

Из диаграммы, показанной на рис. 2, видно, что с увеличением времени центрифугирования в образце с порошком свеклы после 15 мин центрифугирования масса осадка снижается незначительно, в среднем на 0,038 г, следовательно, для определения влагосвязывающей способности порошка свеклы необходимо образцы центрифугировать при скорости вращения ротора 6000 об/мин4 и времени центрифугирования 15 мин.

Из диаграммы также следует, что с увеличением времени центрифугирования в образце с порошком моркови после 20 мин центрифугирования масса осадка снижается незначительно, в среднем на 0,035 г, следовательно, для определения влагосвязывающей способности порошка моркови необходимо образцы центрифугировать при скорости вращения ротора 6000 об/мин4 и времени

о 4

го 3

11111 L

1000

2000 ЗООО 4000

□ Свекла ■ Морковь ВМука

5000 6000

об/мин1

Рис. 1. Изменение количества воды в осадках, содержащих порошок и вод\>, муку и воду, в зависимости от скорости вращения ротора центрифуги Fig. 1. The changes of water content in the precipitate ofpowder, flow and water depending on the centhfitge bowl rotation speed

Шш

4,5

3,5

2,5

1,5

0,5

10 15 20

■ Свекла ■ Морковь

25 30

об/мин-1

Рис. 2. Изменение количества воды в осадках, содержащих порошок и воду, в зависи мости от времени вращения ротора

центрифуги при скорости вращения 6000 об/мин1 Fig. 2. The changes of water content in the precipitate ofpowder and water depending on the time of centrifuge bowl wtation

at the speed of6000 rev/min'1

центрифугирования 20 мин. В дальнейшем, для определения водоудерживающей способности порошков необходимо использовать эти режимы центрифугирования.

При установленных режимах центрифугирования для порошка моркови масса осадка, состоящего из связанной (адсорбированной на порошке) воды и порошка (1 г) составила для моркови — 2,85 г, для свеклы — 3,69 г. Для муки пшеничной в/с масса осадка, состоящего из связанной (адсорбированной) воды и порошка (1 г) масса составила для свеклы 1,95 г.

Для расчета влагосвязывающей способности порошков моркови, свеклы и муки пшеничной в/с. необходимо от массы осадка отнять количество внесенного порошка (1 г), и получить количество связанной воды, полученные результаты представлены в табл. 1.

Из данных, представленных в табл. 1, следует, что влагосвязывающая способность порошка моркови на 38% выше, чем у свеклы.

При приготовлении бараночных изделий предпочтение отдается технологии бараночных изделий на густой опаре, то есть влажность опары должна быть в районе 40% [1].

В рецептуру густой опары для бараночных изделий входят мука, дрожжи и вода. При включении в рецептуру опары порошков моркови и свеклы в силу того, что порошки обладают влагосвязывающей способностью, то для достижения влажности опары как в образце без добавления порошков, необходимо будет дополнительно

вносить количество воды до достижения требуемой влажности.

Для исследования влияния порошков моркови и свеклы на влажность опары и влияния дополнительного количества вносимой воды на изменение влажности опары, в зависимости от количеств, был проведен эксперимент.

Образцы опары готовилась по рецептуре: 100 г муки, 2,5 г прессованных дрожжей, порошки моркови или свеклы вносились в количестве от 1,5% до 9,0% и вносилась вода в количестве 50-55 г. Приготовление опары для каждого образца проводилось в чаше миксера: к 2,5 г дрожжей добавляли воду в количестве 50-55 г, затем добавляли муку или смесь муки и порошка. Замес проводили в миксере, в течение 3 мин на низкой скорости и 4 мин на высокой скорости. Затем определяли влажность опары. На основании полученных результатов были построены графики, представленные на рис. 3.

Исходя из полученных результатов, влажность опары контрольного образца (без внесения овощных порошков) составила 40,83±0,01 %. Показано, что в зависимости от количества вносимых порошков, влажность опары уменьшается, причем, влажность опары с порошками моркови, по сравнению с аналогичными образцами опары с порошком свеклы, ниже, что обусловлено влагосвязывающей способностью порошков, определенной ранее.

При внесении порошка моркови в количестве 1,5% к массе муки влажность опары относительно контроль-

Таблица 1

Влагосвязывающая способность порошков моркови, свеклы и муки пшеничной высшего сорта

Table 1

Water-binding capacity of the carrot and beat powders and premium wheat flour

Наименование образца Масса осадка (вода и порошок), г Влагосвязывающая способность порошка, %

Порошок моркови 3,69± 26,90

Порошок свекты 2,85± 18,50

Мука пшеничная в/с 1,95± 9,50

Функции зависимости влажности опары от дозы внесения воды Equations for the dependency of the sourdough humidity on water dosage

Таблица 2 Table 2

Наименование графика Функция кривой

Контроль (без порошка) Yt=0,0943x:+0,4338x+40,805

Порошок свеклы в количестве 1,5 % от массы муки Yi. 5=0.0156x40,3211 х+40,833

Порошок свеклы в количестве 3,0% от массы муки Yj=-0,0113x2+0,4758x+40,315

Порошок свеклы в количестве 6,0% от массы муки Y6=—0,0032х2+0,3573х+39.96

Порошок свеклы в количестве 9,0% от массы муки Y,=-0,0071х:+0,4503х+39.01

Порошок моркови в количестве 1,5% от массы муки Y, 5=0,0188х:+0,23 55х+40,785

Порошок моркови в количестве 1,5% от массы муки Y3=0.0069x2+0,3154x+40,317

Порошок моркови в количестве 1,5 % от массы муки % Y6=-0.0073x2+0,3662x+ 39,841

Порошок моркови в количестве 1,5% от массы муки Y,=0,002x2+0,4161x+38,873

незначительно — до 39,85%, а при внесении порошка свеклы 6,0% к массе муки — до 39,01 %.

Для установления зависимости, как меняется влажность в опаре при внесении большего, чем было предусмотрено рецептурой (50 см3), количеством воды, были приготовлены образцы опары, определена влажность образцов и рассчитано изменение влажности опары.

В сравнении влажности опары без порошков и влажности опары с порошками 9%, при внесении 50 см3 воды, получили что влажность опары со свеклой на 4,47% ниже, чем в контроле, а в случае с влажностью опары с морковью — ниже на 4,78%.

При добавлении в опару (в контрольный образец и с порошками моркови и свеклы) количества воды больше на 1 см3, чем предусмотрено рецептурой (50 см3), в полученных образцах была определена влажность опары и рассчитано изменение влажности в опаре, относительно предыдущего образца.

По полученным данным были построены графики зависимости влажности опары от дозы внесения воды и дозы внесения порошков моркови и свеклы (см. рис. 3). Были получены уравнения зависимости влажности опа-

ры от дозы внесения воды. Уравнения представлены в табл. 2.

Для полученных графиков были подобраны функции зависимостей, с величиной достоверности не менее Л:=0,990. Функции кривых влажности представлены в табл. 2.

По уравнениям, представленным в табл. 2, в рамках условий проведенного эксперимента (для данного вида муки, и данных порошков) можно определить, какова будет влажность опары, в зависимости от количества вносимых порошков и дозы внесения воды.

Заключение

Полученные результаты показывают необходимость разработки математической модели, учитывающей показатели свойств и качества различных видов муки и различных видов овощных порошков, включаемых в рецептуры бараночных изделий, что позволило бы быстро выполнять расчеты необходимого количества добавляемой воды в опару и вносить корректировки при производстве бараночных изделий, что является особенно актуальным вопросом при цифровизации производства.

Литература

Широкова Л. О. Технология бараночных изделий улучшенного качества и функционального назначения. Пищевая промышленность. Техника и технология. 2009. № 12. С. 62-63. GranatoD., Barba F. J., Bursac Km acevic D., Lorenzo J. M., Cruz A. G., PutnikP. Functional Foods: Product Development. Technological Trends. Efficacy Testing, and Safety. // Annual Review of Food Science and Technology, 2020. 11, pp. 93-118. doi: 10.1146/annurev-food-032519-051708 ZainM. Z. M„ ShoriA. В., BabaA. S. Potential functional food ingredients in bread and their health benefits. //Biointerface Research in Applied Chemistry. 2022. 12 (5), c. 6533-6542 Аллерт А. А., Ачыиевская M И. Научное обоснование применения овощных масс свеклы, моркови, петрушки в технологии хлебобулочных изделий. // Известия КГТУ 2017. №45. с. 125-135.

References

Shirokova L. O. Technology of lamb products of improved quality and functional purpose. Food industry. Technique and technology. 2009. No. 12. pp. 62-63. (in Russian) Granato D.. Barba F. J.. Bursac Kovacevic D., Lorenzo J. M., Cruz A G.. Putnik P. Functional Foods: Product Development. Technological Trends. Efficacy Testing, and Safety. Annual Review of Food Science and Technology, 2020. 11, pp. 93-118. doi: 10.1146/annurev-food-032519-051708 ZainM. Z. M.. Shori A. B.. Baba A. S. Potential functional food ingredients in bread and their health benefits. Biointerface Research in Applied Chemistry. 2022. 12 (5), c. 6533-6542 Alert A A, Olshevskaya M. I. Scientific substantiation of the use of vegetable masses of beets, carrots, parsley in the technology of bakery products. News ofKSTU. 2017. No. 45. pp. 125-135. (in Russian)

5. Грязина Ф. И., Данилова О. А., Емельянова Т. Н. Применение натуральных обогатителен в технологии хлебобулочных изделий пониженной влажности. // Вестник Марийского государственного университета. 2016. Т. 2. №2 (б). С. 15-19.

6. Джахангирова Г. 3. Применение натуральных пищевых добавок для активации хлебопекарных дрожжей. // Хранение н переработка сельхозсырья. 2017. № 2. С. 22-26.

7. ТипсинаН. Н.. ТипсинаЕ. Н. Использование порошка моркови и свеклы в пищевой промышленности. // Вестиник КрасГАУ. 2014. № 4. с. 257-261.

8. Корячкина С. Я. Использование тонкодисперсных овощных и фруктовых порошков в технологии макаронных изделий / С. Я. Корячкина, Е. Н. Холодова. В. Я. Черных. О. Л. Лад-нова // Современные науки и инновации. 2015. № 1. С. 57-62.

9. ЮрчокВ., МаникВ., ВолощукГ. Влияние овощных порошков на качество макаронных изделий. // Хлебопродукты. 2005. № 12. с. 44-46.

10. Лооосова Л. А., Оженеръева И. В. Новый желейно-фрукго-вый мармелад для пнтання школьников. // Современные инновации в науке и технике: материалы конференции. 2014. С. 392-395.

5. Gryaziua F. I., Danilova O. A., Emelyanova T. N. The use of natural fortifiers in the technology of bakery products of low humidity. Bulletin of the Mal i State University. 2016. Vol. 2. No. 2 (6). pp. 15-19. (in Russian)

6. Jahangirova G. Z. The use of natural food additives to activate baking yeast. Storage and processing of agricultural raw materials. 2017. No. 2. pp. 22-26. (in Russian)

7. Tipsina N. N.. Tipsina E. N. The use of carrot and beet powder in the food industry. Bulletin ofKiasGAU. 2014. No. 4. pp. 257261. (in Russian)

8. Koryachkina S. Ya. The use of finely dispersed vegetable and fruit powders in pasta technology / S. Ya. Koryachkina, E. N. Kholodova, A". Ya. Chernykh. O. L. Ladnova. Modern science and innovation. 2015. No. 1. pp. 57-62. (in Russian)

9. Yurchuk V., Manik V., Yoloshchuk G. The influence of vegetable powders on the quality of pasta. Bread products. 2005. No. 12. pp. 44^16. (in Russian)

10. Lobosova L. A.. Ozheneryeva I. V. A new jelly-fruit mar malade for feeding schoolchildren. Modern innovations in Science and Technology: conference proceedings. 2014. pp. 392-395. (in Russian)

Сведения об авторах

Тихий Антон Владиславович

Аспирант факультета биотехнологий Университета ИТМО. 191002, Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова. 9. [e-mail]

Information about authors Tikhiv Anton V.

Postgraduate of Faculty of Biotechnology (BioTech). ITMO University, 191002. Russia. St. Petersburg. Lomonosov str., 9, [e-mail]

Баракова Надежда Васильевна

К. т. н., доцент факультета биотехнологии Университета ИТМО. 191002. Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова. 9. п.Ьагако \'а@ гпа il.ru

Barakova Nadezhda V.

Ph. D., Associate Professor of Faculty ofBiotechnologies (BioTech). ITMO University, 191002, Russia, St. Petersburg. Lomonosov str., 9, [e-mail]

С'амоделкин Евгений Александрович

НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей», 191015, Россия, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная 49, [e-mail]

Samodelkin EvgenyA.

Research Institution Research Center 'Kurchatov Institute'— Central Research Institute for Engineering Materials "Proinetheu", 191015, Russia. St. Petersburg, st. Shpalemaya 49, [e-mail]

27-я международная выставка «Оборудование, технологии, сырье и ингредиенты для пищевой и перерабатывающей промышленности» 10-14 октября 2022 г.

«Агропродмаш» - международная выставка оборудования, машин и ингредиентов для пищевой и перерабатывающей промышленности - на протяжении двух десятилетий демонстрирует лучшие мировые достижения, способствуя внедрению новых современных технологий российскими предприятиями пищевой и перерабатывающей промышленности.

Организатор выставки:

ЦВК «Экспоцентр», 123100, Россия, Москва, Краснопресненская набережная, 14

Телефон: [phone]

Факс:[phone]

E-mail: [e-mail]

Web: https://www.agroprodmash-expo.ru/

Научная статья УДК 664.66

DOI: 10.17586/2310-1164-2022-15-3-46-52

Влияние бетаиносодержащих добавок на реологические свойства теста

из пшеничной муки

A.A. Герасимов1-2, Н.В. Баранова1*, A.B. Тихий1

1Университет ИТМО, Россия, Санкт-Петербург ЮОО «САФ-НЕВА», Россия, Воронеж *n.barakova@maü.ru

Аннотация. Исследовано влияние бетаина синтетического происхождения (бетаин гидрохлорид (HCl), концентрация 99%) и «Бетаинекс» (содержание органического бетаина - 23% на а.с.в.) на реологические свойства пшеничного теста. Дозировку внесения опытных ингредиентов рассчитывали с учетом рекомендуемых норм суточного потребления хлебобулочных изделий (263 г/сут), норм суточного потребления биологически активного вещества - бетаина (3 г/сут) и требований стандартов по количеству физиологически активного компонента, содержащегося в конечном продукте питания (не менее 15% от суточной потребности человека). Проводили исследования четырех образцов теста: контрольный образец - без внесения бетаиносодержащих добавок, второй и третий образцы - с внесением бетаин HCl в количестве 1,2 и 0,18% к массе муки соответственно. Четвертый образец - с внесением добавки «Бетаинекс» в количестве 1,08% к массе муки. Реологические характеристики теста определяли с помощью приборов фаринограф (Brabender) и альвеограф (Chopin). Зарегистрировали следующие показатели: водопоглотительная способность (ВПС) муки, устойчивость теста в процессе замеса, а также его упруго-деформационные свойства (упругость, эластичность и растяжимость). Установлено различное влияние бетаиносодержащих добавок на свойства пшеничного теста. Бетаин, полученный синтетическим способом, укрепляет тесто, а «Бетаинекс», наоборот, несколько расслабляет. Полученные результаты говорят о перспективности применения в хлебопечении бетаиносодержащих добавок в качестве ингредиентов, не только повышающих пищевую ценность продукта, но и улучшающих реологические свойства пшеничного теста. Расширение области применен™ добавки «Бетаинекс», полученной из вторичного сырья производства хлебопекарных дрожжей, обеспечит предприятию-производителю хлебопекарных дрожжей технологическую и экологическую устойчивость.

Ключевые слова: хлебопечение; реология; бетаиносодержащие добавки; винасса; бетаин гидрохлорид; «Битаинекс»

Original article

Betaine-containing additives influence on wheat dough rheological properties

Anton A. Gerasimov1'2, Nadezhda V. Barakova1*, Anton V. Tikhii1

'ITMO University, St. Petersburg, Russia -OOO "SAF-NEVA", Voronezh, Russia

*[e-mail]

Annotation. Influencing synthetic betaine of synthetic origin (betaine hydrochloride (HC1), 99% concentration) and Betainex additive (organic betaine content - 23% per a.d.w.) on the rheological properties of wheat dough was studied. Calculating the dosages of experimental ingredients was based on the recommended norms for daily consumption of bakery products (263 g/day), the norms for daily consumption of the biologically active substance - betaine (3 g/day), and the requirements for functional food producing (not less than 15% of a person's daily requirement). Four test samples were studied: control sample - without the addition of betaine-containing additives, the second and third samples - with the addition of betaine HC1 in the amount of 1.2% and o .18% by weight of flour, respectively. The fourth sample - with Betainex additive in 1.08% dosage by weight of flour. The rheological characteristics of the dough were determined using farinograph (Brabender) and alveograph (Chopin) equipment. During the experiment, the following indicators were recorded: water absorption capacity (WAP) of flour, dough stability during kneading, and its elastic-deformation properties. Carried out tests allowed to conclude that betaine-containing additives influence wheat dough properties in different ways. Betaine, obtained synthetically, strengthens the dough, while Betainex, on the contrary, relaxes it. Moreover, the usage of betaine-containing additives in baking as an ingredient could not only increase the nutritional value of the product, but also improve the rheological properties of wheat dough. Expanding the scope for the application of Betainex additive, obtained from the secondary raw materials of baker's yeast production, will provide the enterprise producing baker's yeast with technological and environmental sustainability.

Keywords: baking; rheology; betaine; betaine-containing additives; vinasse; betaine hydrochloride; Betainex

Введение

Значительная часть современных исследований в области пищевых биотехнологий направлена на поиск решений, связанных с переработкой вторичных сырьевых материалов, пригодных для применения в пищевой промышленности. Наибольшую ценность представляют выделенные из побочных продуктов вещества с высокой пищевой ценностью.

Одним из таких физиологически активных веществ является бетаин. Бетаин - это Ы-метилированная аминокислота глицин, которая в системах живых организмов выполняет несколько функций [1]. В обзорных материалах [2-4] из множества позитивных свойств бетаина отмечена его осмотическая функция, обеспечивающая защиту растительных или животных клеток от обезвоживания, высокого содержания соли в питательной среде и чрезмерного температурного стресса [5, 6]. Не менее значимая функция бетаина — участие в метаболическом процессе трансметилирования гомоцистеина [7]. В организме человека бетаин способен также повысить стабильность молекул белка, эффективно ослабив денатурирующее влияние мочевины [8]. Рядом исследований установлена значимая положительная роль бетаина в организме человека, а именно, способность сокращать риск возникновения некоторых форм рака, продление срока выживаемости онкологических больных [9], а также защита от аллергии [ю] и снижение резистентности к инсулину [11].

Для бетаина можно отметить следующую классификацию: существуют бетаины синтетического происхождения (бетаин гидрохлорид), бетаины органического происхождения, содержащиеся в продуктах повседневного рациона (пшеничные отруби - 1339 мг/юо г, пшеничный зародыш - 1241 мг/юо г, шпинат - 6ООН-645 мг/юо г, свекла - 114^297 мг/юо г и пр.). Источником органического бетаина может служить вторичное сырье пищевых производств, например, винасса — переработанная послеспиртовая мелассная барда или вторичное сырье производства хлебопекарных дрожжей [12].

В настоящее время винасса используется в качестве подкормки для скота или как удобрение, но после проведения таких дополнительных технологических операций, как сепарирование, сушка и другие виды подработки, винасса используется в качестве основного питания для кормовых дрожжей [13,14]. Отдельный вид винассы благодаря высокому содержанию бетаина (более 20% на с.в.), получил название «Бетаинекс», который имеет в своем составе такие важные минеральные компоненты, как калий (о,9%), магний (0,4%), кальций (о,2%) и натрий (1,7%), отмечается высокое содержание сырого протеина (более 35%).

В работе [15] были проведены исследования влияния бетаиносодержащих добавок на качество хлеба пшеничного. По результатам пробной лабораторной выпечки при внесении добавки «Бетаинекс» выявлено увеличение удельного объема готовых изделий. По результатам оценки органолептических свойств изделий образец, приготовленный с «Бетаинекс», был отмечен высокими потребительскими свойствами в виду специфического вкусо-ароматического профиля [15]. Показатели, полученные при выпечке хлебобулочных изделий с применением бетаиносодержащих добавок, подтверждают целесообразность проведения дальнейших исследований по изучению влияния данных ингредиентов на параметры технологических процессов и свойства продуктов хлебопечения.

Цель данной работы - исследование влияния бетаина, входящего в состав добавок, на реологические показатели пшеничного теста.

Объекты и методы исследований

Для проведения лабораторных испытаний использовали бетаин содержащие добавки:

бетаин гидрохлорид (бетаин НС1): порошок, концентрация бетаина 99%, рН 2,08, производитель БигЬоиуЙа.руВю-ТесЬ Со. 1ЛЮ., Китай;

^ « Бетаинекс» - вязкая жидкость, влажностью 25%, содержание бетаина на сухое вещество (с.в.) 23%, рН 3,64, производитель ООО «САФ-НЕВА», Россия.

Реологические исследования проводили на образцах теста, приготовленного из юо г муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта с добавлением 40 г 2,5% солевого раствора, дистиллированной воды и добавлением бетаиносодержащих добавок. Дозировки добавок бетаин НС1 и «Бетаинекс» рассчитывали на основании рекомендаций Минздрава РФ (Приказ № 614 от 19.08.2015) по рациональным

нормам потребления хлебобулочных изделий — 263 г/сут и рекомендуемой нормой потребления бетаина — 3 г/сут, с учетом содержания бетаина в добавках (Методические рекомендации MP 2.3.1.1915-04).

Для обеспечения суточной нормы потребления бетаина вносили 1,2% бетаин HCl. Для обеспечения 15% от суточной нормы потребления бетаина вносили о,18% бетаин HCl и 1,06% «Бетаинекс».

Исследовались четыре образца теста, приготовленных с бетаиносодержащими добавками в различных дозировках {% по отношению к массе муки):

• образец 1 - контроль, без внесения бетаиносодержащей добавки;

• образец 2 - бетаин гидрохлорид (бетаин HCl) в дозировке 1,20%;

• образец з - бетаин гидрохлорид (бетаин (HCl) в дозировке 0,18%;

• образец 4 - «Бетаинекс» в дозировке 1,08% (0,18% органического бетаина). Водопоглотительную способность муки и реологические свойства теста, замешиваемого из нее,

определяли с помощью прибора фаринограф (Brabender, Германия) в соответствии с ГОСТ ISO 5530-1-2013. Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Часть 1.

Упруго-деформационные характеристики теста определяли с помощью прибора альвеограф (Chopin, Франция) в соответствии с ГОСТ Р51415-99 (ИСО 5530-4-91) Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Определение реологических свойств с применением альвеографа.

Результаты и обсуждение

Результаты испытаний образцов теста на приборе фаринограф представлены в виде графиков на рисунке 1.

600

о

1 г 3 5 6 7 8 9 11 12 13 14 16 17 18 19

Продолжительность, мин Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец Л

Рисунок 1 -Изменение консистенции теста в образцах с разной дозировкой внесения бетаин HCl и «Бетаинекс» Figure l. Changes in the dough consistency in the samples with various dosage of HCl betaine and Betainex additive

Графики изменения консистенции теста опытного образца з и образца 4 на протяжении всего времени проведения испытания по характеру кривой приближены к графику контрольного образца. Количество бетаина, внесенного в образцы 3 и 4 одинакова и составляет 0,45 г/юо г муки. При увеличении количества вносимого бетаина до 2,3 г/юо г муки (образец 2) график изменения консистенции теста значительно отличается от графика изменения консистенции теста контрольного образца, при этом характер отличия меняется в зависимости от времени испытания.

Основные показатели, полученные по результатам обработки графических материалов, представлены в таблице 1.

Таблица 2. Реологические показатели по алъвеографу, характеризующие свойства пшеничного теста с разной дозой внесения бетаин НС1 и «Бетаинекс»

Table 2. Rheological characteristics of the wheat dough with various dosage of HCl betaine and Betainex additive determined by alveograph

Наименование показателя Образец l Образец 2 Образец з Образец 4

Р, мм. вод. ст. 86 97 104 71

L, мм 82 31 63 83

P/L 1,05 3,13 1,65 о,86

1е (индекс эластичности), % 47 — 52,3 48,7

W (энергия деформации), lo*tJ 218 116 242 187

В образце 2 (дозировка внесения бетаин НС1 -1,2%, количество внесенного бетаина - 2,3 г/юо г муки) отмечается значительное повышение показателя P/L (до 3,13 против 1,05 в контрольном образце), что в последствии, при приготовлении хлеба с добавлением бетаина в таком количестве, приведет к невозможности выработки хлебобулочных изделий с требуемыми показателями качества. Такое сильное укрепление теста может быть востребовано при использовании пшеничной муки с пониженными хлебопекарными свойствами или при использовании хлебопекарной пшеничной муки высшего сорта, полученной из мягких сортов пшеницы взамен пшеницы твердых сортов для приготовления теста для макарон [16].

Заключение

Анализ реологических показателей теста, приготовленного из муки пшеничной с добавлением бетаиносодержащих добавок, показал перспективность применения данного вида добавок в хлебопечении. В зависимости от задач, которые ставятся перед хлебопеками, можно использовать бетаин либо синтетического, либо органического происхождения. В силу того, что качество пшеницы, выращиваемой в настоящее время в России, значительно ухудшилось (по многим объективным на то причинам, в том числе и климатическим), потребность в хлебопекарных улучшителях, которые укрепляют пшеничную клейковину, растет. Особый интерес, конечно, представляет бетаиносодержащая добавка «Бетаинекс», полученная из вторичного сырья производства хлебопекарных дрожжей - винассы. Ее применение в качестве хлебопекарного улучшителя позволит обеспечивать технологическую и экологическую устойчивость предприятиям-производителям хлебопекарных дрожжей.

Литератур а

1. Betaine. Monograph. Altera Med Rev. 2003, V. 8, no. 2, pp. 193-196.

2. Полонский В.И. Биологическая роль и польза для здоровья бетаина в зерновых культурах (обзор) // Вестник КрасГАУ. 2020. Вып. 154. № 1. С. 53-61. DOI: 10.36718/1819-4036-2020-1-53-61

3. Полонский В.И., Сумина А.В. Повышение содержания бетаинов в зерне как перспективное направление селекции для получения функциональных продуктов питания (обзор) // Вестник КрасГАУ. 2020. Вып. 155. № 2. С. 18-23. DOI: 10.36718/1819-4036-2020-2-18-23

4. Craig S.A. Betaine in human nutrition. American Journal of Clinical Nutrition. 2004, V. 80, no. 3, pp. 539-549. DOI: i0.i093/ajcn/80.3.539

5. Petronini P.G., De Angelis E.M., Borghetti P., Borghetti A.F., Wheeler K.P. Modulation by betaine of cellular responses to osmotic stress. Biochem. J. 1992, V. 282, pp. 69-73. DOI: 10.1042/1^2820069

6. Kappes R.M., Kempf В., Bremer E. Three transport systems for the osmoprotectant glycine betaine operate in Bacillus subtilis: characterization of OpuD. JBacteriol. 1996, V. 178, pp. 5071-5079. DOI: 10.1128/^.178.17.5071-5079.1996

7. Cholewa J.M., Newmire D.E., Rossi F.E., Guimaraes-Ferreira L., Zanchi N.E. An Overview of betaine supplementation, sports performance, and body composition, nutrition and enhanced sports performance. London, San Diego, CA, Academic Press, 2019. Ch. 60, pp. 691-706. DOI: 10.1016/B978-0-12-813922-6.00060-6

8. Day C.R., Kempson S.A.Betaine chemistry, roles, and potential use in liver disease. BiochimBiophys Acta.2016, V. i860, no. 6, pp. 1098-1106. DOI: I0.l0i6/j.bbagen.20i6.02.00l

9. Youn J., Cho E., Lee J.E. Association of choline and betaine levels with cancer incidence and survival: A meta-analysis. Clinical Nutrition. 2019, V. 38, no. 1, pp. 100-109. DOI: I0.l0l6/j.clnu.20l8.0l.042

ю.

12.

13-

14-

15-

16.

Sharma S., Litonjua A. Asthma, allergy, and responses to methyl donor supplements and nutrients. Journal of Allergy Clinical Immunology. 2014, V. 133, no. 5, pp. 1246-1254. DOI: i0.ioi6/j.jaci.20l3.l0.039

Gao X., Wang Y., Sim G. High dietary choline and betaine intake is associated with low insulin resistance in the Newfoundland population. Nutrition. 2017, V. 33, no. 1, pp. 28-34. DOI: I0.i0i6/j.nut.20i6.08.005 Zeisel S.H., Mar M.H., Howe J.C., Holden J.M. Concentrations of cholinecontaining compounds and betaine in common foods. JNutr. 2003, V. 133, pp. 1302-1307. DOI: 10.1093/^/133.5.1302

Андросов АЛ., Елизаров И А., Третьяков АЛ. Промышленные технологии переработки послеспиртовой барды // Вестник Тамбовского гос. техн. ун-та. 2010. Т. 16. № 4. С. 954-963.

Кузнецов И.Н., Ручай Н.С. Анализ мирового опыта в технологии переработки послеспиртовой барды // Труды БГТУ. Серия «Химия, технология органических веществ и биотехнология». 2010. Т. 1. № 4. С. 294-301. Герасимов А А., Баракова Н.В. Применение бетаина в хлебопечении / / Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: сб. тр. СПб.: Изд-во ун-та ИТМО, 2022. С. 363-369.

Гришина Е.С., Ступаченко КА. Изучение влияния растительного ингредиента на качество макаронных изделий, вырабатываемых из муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта // Ползуновский вестник. 2019. № 4. С. 24-28. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.04.006

References

1. Betaine. Monograph. Altera Med Rev. 2003, V. 8, no. 2, pp. 193-196.

2. Polonsky V.I. Biological role and health benefits of betaine in cereals (Review).77ie Bulletin ofKrasGAU. 2020, V. 154, no. 1, pp. 53-61. DOI: 10.36718/1819-4036-2020-1-53-61 (In Russian)

3. Polonsky V.I., Symina A.V. The increase of betain content in grain as a promising direction of selection for receiving functional food (Review). The Bulletin of KrasGAU. 2020, V. 155, no. 2, pp. 18-23. DOI: 10.36718/18194036-2020-2-18-23 (In Russian)

4. Craig S A. Betaine in human nutrition. American Journal of Clinical Nutrition. 2004, V. 80, no. 3, pp. 539-549- DOI: 10.1093/ ajcn/80.3.539

5. Petronini P.G., De Angelis E.M., Borghetti P., Borghetti A.F., Wheeler K.P. Modulation by betaine of cellular responses to osmotic stress. Biochem. J. 1992, V. 282, pp. 69-73. DOI: 10.1042/1^2820069

6. Kappes R.M., Kempf B., Bremer E. Three transport systems for the osmoprotectant glycine betaine operate in Bacillus subtilis: characterization of OpuD. JBacteriol. 1996, V. 178, pp. 5071-5079. DOI: 10.1128/^.178.17.5071-5079.1996

7. Cholewa J.M., Newmire D.E., Rossi F.E., Guimaraes-Ferreira L, Zanclii N.E. An Overview of betaine supplementation, sports performance, and body composition, nutrition and enhanced sports performance. London, San Diego, CA, Academic Press, 2019. Ch. 60, pp. 691-706. DOI: 10.1016/B978-0-12-813922-6.00060-6

8. Day C.R., Kempson S.A.Betaine chemistry, roles, and potential use in liver disease. Biochim Biophys Acta.2016, V. i860, no. 6, pp. 1098-1106. DOI: I0.i0i6/j.bbagen.20i6.02.00l

9. Youn J., Cho E., Lee J.E. Association of choline and betaine levels with cancer incidence and survival: A meta-analysis. Clinical Nutrition. 2019, V. 38, no. 1, pp. 100-109. DOI: io.loi6/j.clnu.20i8.oi.042

10. Sharma S., Litonjua A. Asthma, allergy, and responses to methyl donor supplements and nutrients. Journal of Allergy Clinical Immunology. 2014, V. 133, no. 5, pp. 1246-1254. DOI: I0.i0i6/j.jaci.20i3.i0.039

11. Gao X., Wang Y., Sun G. High dietary choline and betaine intake is associated with low insulin resistance in the Newfoundland population. Nutrition. 2017, V. 33, no. 1, pp. 28-34. DOI: I0.i0i6/j.nut.20i6.08.005

12. Zeisel S.H., Mar M.H., Howe J.C., Holden J.M. Concentrations of cholinecontaining compounds and betaine in common foods. JNutr. 2003, V. 133, pp. 1302-1307. DOI: 10.1093/^/133.5.1302

13. Androsov A.L., Elizarov I.A., Tret'yakov AA. Industrial technologies of vinasse processing. Transactions of the Tambov State Technical University. 2010, V. 16, no. 4, pp. 954-963. (In Russian)

14. Kyznecov I.N., Rychai N.S.The analysis of world experience in processing of alcohol stillage. Proceedings ofBSTU. Section TV. Chemistry, organic materials, and biotechnology. 2010, V. 1, no. 4, pp. 294-301. (i>i Russian)

15. Gerasimov A.A., Barakova N.V. Betaine usage in bakery industry. Low-Temperature and Food Technologies in XXI Century. Collection of work. St. Petersburg, ITMO University Publ. 2022, pp. 363-369. (In Russian)

16. Grishina E.S., Stupachenko K.A. Vegetable ingredient influence on the pasta quality produced from bakery wheat flour. Polzunovskiy vestnik. 2019, V. 4, pp. 24-28. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.04.006 (In Russian)