Научно-практические основы ресурсосберегающих технологий получения и применения биомодифицированных продуктов из овса и ячменя

Актуальность проблемы. Основами государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года (распоряжение Правительства РФ от 25 сентября 2010 № 1873-р) ставится задача модернизации и интенсификации перерабатывающей промышленности, ее ориентация на местные рынки сырья с целью обеспечения продовольственной безопасности страны за счет развития фундаментальных исследований в области современных биотехнологических и нанотехнологических способов получения новых источников пищи и оценки их качества и безопасности.

Существующие традиционные технологии переработки зерна в продукты питания предусматривают обязательные технологические операции шелушения и шлифования, в результате чего удаляются биологически ценные анатомические части зерна: зародыш, алейроновый слой и оболочки, являющиеся источником пищевых волокон, витаминов, минеральных, белковых веществ, жиров, что приводит не только к снижению пищевой ценности, но и выхода готового продукта, а сами операции отличаются большой энергоемкостью.

Вопросам интенсификации процессов зернопереработки посвящено большое количество исследований российских и зарубежных ученых: Атаназевича В. И, Гинзбурга М. Е., Егорова Г. А., Казакова Е. Д., Куприц Я.II., Трисвятского JI.A., Шевцова A.A., Baecker, H., Lestienne, I., Sowitt, R и других.

Одним из перспективных направлений совершенствования процессов переработки зерна является биоконверсия с использованием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, применение которых позволяет существенно повысить эффективность переработки зерна за счет частичной модификации плодовых и семенных оболочек, приводящей к размягчению его периферийных частей. Данные технологические решения обеспечивают использование нешелушеного зерна, увеличение выхода, повышение пищевой ценности готовой продукции, снижение энергозатрат и придают новым видам пищевых продуктов функционально-технологические свойства.

Обоснованию целесообразности применения ферментативного гидролиза при переработке зерновых культур посвятили свои работы Акопян Ю. Р., Андреев А. Н., Будаева В. В., Воронина Т. Ю., Головин А. В., Гулюк Н. Г., Данилина М. М., Донченко Л. В., Жушман А. И., Ладур Т. А., Логинова М. В., Пащенко Л. П., Попадич И. А., Фурманова И. Б., Ьепко М., Рапс1оШт Т. и другие. Результаты этих работ показали, что ферментативный гидролиз позволяет значительно повысить эффективность переработки зерна. Использование новых видов биомодифицированного сырья способно обеспечить формирование необходимых технологических, потребительских свойств создаваемых пищевых продуктов, повышать их пищевую ценность и экономичность технологического процесса.

Анализ литературных и производственных данных показывает, что применение промышленного биокатализа способствует интенсификации технологических процессов производства пищевых продуктов и их ингредиентов. Данной проблематике посвящены работы Антиповой Л. В., Войно Л. И. Гернет М.В., Ивановой Л. А., Кислухиной О. В., Рогова И. А., Ьепко М., РапёоШш Т., но они носят обобщающий характер.

Однако в литературе отсутствуют научно обоснованные подходы к использованию биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз при переработке целого зерна овса и ячменя для получения биомодифицировнных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами и их использование в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.

Исследованиям в области интенсификации технологического процесса хлебопекарного и кондитерского производства посвящены работы Аксеновой.

JIM., Богатыревой Т. Г., Гинзбурга А. Г., Дерканосовой Н. М., Зубченко A.B., Корячкиной С. Я., Кузнецовой Е. А., Кузнецовой Л. И., Магомедова Г. О., Матвеевой И. В., Нечаева А. П., Николаевой В. А., Пащенко Л. П., Пучковой Л. И., Рослякова Ю. Ф, Савенковой Т. В., Цыгановой Т. Б., Черных В. Я., Lees, R. и других.

Создание новых видов сырья для пищевой промышленностиобладающих необходимыми функционально-технологическими свойствами, структурные компоненты которого позволят интенсифицировать ход технологических процессов хлебопекарного и кондитерского производств, разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий переработки зерна овса и ячменя посредством биокатализа, обоснование целесообразности использования биомодифицированных продуктов при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий позволяющих, получить готовую продукцию высокого качества и пищевой ценности, и-обеспечивающих высокую экономическую эффективность, являются актуальными задачами.

Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи — разработку теоретических основ, и экспериментального обоснованиясоздания ресурсосберегающих технологий производства продуктов питания? на основе ферментно-гидролитической модификации зерна овса и ячменя с целью повышения экономической эффективности его переработки и создания продуктов, обладающих функционально-технологическими свойствами в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий.

Выполнение диссертационной работы проводилось в рамках научно-технических программ Минобрнауки России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по темам: «Теоретическое обоснование и разработка технологии и оборудования для производства зернового хлеба общего и специального назначения повышенного качества и пищевой ценности» и «Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания» (2000 — 2004 г. г.), а также Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009;2013 годы».

Работа выполнена на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет — учебно-научно-производственный комплекс» в период с 2000 по 2010 гг.

Цель и задачи исследования

Целью исследования являлась разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий биомодифицированных продуктов на основе ферментативной гидролитической модификации овса и ячменя с заданными функционально-технологическими свойствами и экспериментальное обоснование их применения в производстве хлебобулочных и кондитерских изделиях.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• теоретическое обоснование целесообразности использования целого зерна овса и ячменя для производства биомодифицированных продуктов;

• анализ химического состава различных сортов овса и ячменя для оценки функционально-технологического потенциала;

• обоснование технологических параметров биомодификации овса и ячменя с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз, разработка ресурсосберегающих технологий продуктов их переработки с повышенным выходом и заданными функционально-технологическими свойствами.

• выработка опытных партий, определение сроков хранения, исследование физико-химических, органолептических показателей качества и химического состава, разработанных биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;

• определение экономической эффективности технологических решений производства биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;

• исследование функционально-технологических свойств биомодифицированных продуктов овса и ячменя, предназначенных для производства хлебобулочных и кондитерских изделий;

• разработка технологии пшеничного хлеба с применением биомодифицированного продукта овса «Сахарок», исследование его качества и пищевой ценности;

• разработка технологии кондитерских масс пралине с использованием биомодифицированного продукта овса «Живица», исследование их качества и пищевой ценности;

• разработка технологии зефира с применениембиомодифицированного продукта ячменя"Целебник", исследование его качества и пищевой* ценности;

• опытно-промышленная^ апробация, разработка, утверждение технической документации и< внедрение основных результатов исследований взерноперерабатывающей, хлебопекарной и кондитерской промьпш1енности;

Научная концепция^ работы: В основу теоретического обоснования технологиибиомодифицированных продуктов переработки зерна овса и ячменя положена научная гипотеза направленного биокатализа с применением целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, с целью модификации структурных и запасных полисахаридов зерновки — для? получения продуктов гидролиза, придающих им заданные функционально-технологические. свойства (студнеи пенообразования, эмульгированияжиросвязывания, водопоглощениясахаро-,. газообразования! и, т.д.) и способствующих интенсификации технологических процессов при* использовании биомодифицированных продуктов в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.

Научная новизна работы. Научно обоснована перспективность биомодификации структурных и запасных полисахаридов зерна овса и ячменя с помощью целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, получения новых продуктов с заданными функционально-технологическими свойствамии обоснования выбора наиболее ценных сортов овса и ячменя, по содержанию природных гидроколлоидов, белков альбуминовой, глобулиновой фракций и крахмала.

Получены математические зависимости, характеризующие динамику ферментативного гидролиза структурных полисахаридов оболочек и запасных полисахаридов эндосперма зерна овса и ячменя, позволившие установить рациональные параметры процесса. Что позволило снизить прочность зерновки, энергозатраты на измельчение, увеличить выход готового продукта и при этом максимально сохранить природные гидроколлоиды: (3-глюкан и пектинпищевые волокна: целлюлозу и гемицеллюлозубелки альбуминовой и глобулиновой фракций, накопить легкоусвояемые сахара и аминный азот.

Установлено изменение морфологического строения зерна овса и ячменя в процессе ферментативного гидролиза под действием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов.

Определен химический состав разработанных продуктов биомодификации, овса и ячменя, доказывающий их технологический потенциал.

Установлена кинетика и динамика технологических процессов производства биомодифицированных продуктов овса и ячменя.

Показано, что разработанные продукты биомодификации зерна овса и ячменя за счет содержания [3-глюкана, пектина, пищевых волокон, целлюлозы, гемицеллюлозы, легкоусвояемых Сахаров, аминного азота, белков альбуминовой и глобулиновой фракций обладают жиросвязывающей способностью, улучшают хлебопекарные свойства пшеничной муки, бродильную активность хлебопекарных дрожжей, студнеобразующую способность пектиновых студней, пенообразующую способность яичного белка и меланжа, физические свойства масла какао.

Научно обоснованы технологии высококачественных хлебобулочных, пастильных и пралиновых кондитерских изделий с применением биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в работе, базируется на анализе теоретических основ изучаемой проблемы и подтверждается согласованностью результатов исследований и внедрением результатов в производство.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 152 печатных работ, из них 19 статей в реферируемых ВАК журналах, 4 монографии и 8 патентов РФ.

Практическая значимость работы.

Экспериментально обоснован выбор овса сорта «Скакун» и «Юбиляр», ячменя сорта «Якобинец», ориентированными на получение биомодифицированных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами.

Экспериментально обосновано практическое применение ферментных препаратов на основе целлюлаз и амилаз в технологии переработки зерна овса и ячменя на стадии гидротермической обработки, позволяющее существенно повысить ее экономическую эффективность за счет снижения полной себестоимости товарной продукции.

Разработаны и предложены новые ресурсосберегающие технологические схемы переработки овса и ячменя на основе принципов биокатализа, обеспечивающие интенсификацию технологии переработки целого зерна, получение биомодифицированных продуктов овса и ячменя высокой пищевой ценности и обладающих заданными функционально-технологическими свойствами.

Установлены сроки и условия хранения биомодифицированных продуктов овса и ячменя.

Разработаны и утверждены пакеты технической документации (ТД) на производство биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя: гидролизата овса «Живица» (ТУ 9295−208−2 069 036−2006, ТИ 2 069 036−128, РЦ 2 069 036−238 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.223.08.07) — гидролизата ячменя «Целебник» (ТУ 9295−211−2 069 036−2006, ТИ 2 069 036−133, РЦ 2 069*036240, СЭЗ 57.01.01.000.Т.226.08.07) — гидролизата овса «Сахарок» (ТУ 9295.

213−2 069 036−2006, ТИ 2 069 036−129, РЦ 2 069 036−239 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.224.08.07). Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных биомодифицированных продуктов на ОАО «Нива-Плодоовощ» и ОАО «Этанол» г. Ливны.

Использование гидролизата овса «Сахарок» при производстве пшеничного хлеба привело к увеличению выхода готового хлеба, повышению показателей его качества и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на хлеб пшеничный «Добрыня» с гидролизатом овса «Сахарок» ТУ 9114−226−2 069 036−2008, получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.79.02.08. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного хлеба пшеничного «Добрыня» на ООО «Нива-Хлеб», хлебокомбинат «Юность» г. Орел и ЗАО «Железногорский хлебозавод».

Показана — целесообразность применения гидролизата ячменя «Целебник» при производстве зефира. Установлено, что использование гидролизата ячменя. «Целебник» приводит к снижению рецептурного количества пектина и яичного белка, повышению показателей качества^ и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на зефир «Новинка» ТУ 9128−209−2 069 036−2006, ТИ 2 069 036−132, РЦ 2 069 036−242- получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.222.08.07. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного зефира «Новинка» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.

Установлена эффективность замены сахара песка гидролизатом овса «Живица» при производстве конфет с пралиновыми корпусами, что приводит к интенсификации производства, снижению энергетической и повышению пищевой ценности. Разработана ТД на конфеты с пралиновыми корпусами «Русское поле». Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.

Разработанные автором научные положения и практические решения нашли применение при организации научно-исследовательской работы студентов и аспирантов, результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» ФГОУ ВПО «Государственный университет — учебно-научно-производственный комплекс» при изучении дисциплин: «Технология хранения зерна», «Биокаталитические процессы в пищевых технологиях», «Экологические основы производства и хранения зерна», «Технология круп», «Физиолого-биохимические основы хранения и переработки зерна», «Технология хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий».

Новизна научно-практических концепций ряда технических решений подтверждена 8 патентами РФ на изобретение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Конфеты «Русское поле», полученные с применением биомодифицированного продукта овса «Живица», выработаного в количестве 2500 кг, по органолептическим и физико-химическим показателям соответствуют ГОСТ 4570–93.

По результатам производственных испытаний технологию конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» можно рекомендовать для производства в условиях как крупных, так и малых предприятий кондитерской промышленности периодическим способом или на поточно-механизированных линиях.

Доцент кафедры ТХКиМП ОрелГТУ.

И.о. главного технолога.

Лобанова С. В. Кузнецова Е.А.

Доцент кафедры ТХКиМП ОрелГТУ Инженер технолог кафедры ТХКиМП ОрелГТУ.

Ковач Н.М.