НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
НаціональниЙ університет харчових технологій
Шаран Лариса Олександрівна
УДК 664. 664:661.47
Обґрунтування та розробка раціональної технології йодування хлібобулочних виробів
05.18.01 – Технологія хлібопекарських
продуктів та харчових концентратів
автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Національному університеті харчових технологій
Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент
Арсеньєва Лариса Юріївна,
Національний університет харчових технологій,
кафедра технології хліба, кондитерських, макаронних виробів і харчоконцентратів, доцент
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Сирохман Іван Васильович,
Львівська комерційна академія,
завідувач кафедри товарознавства продовольчих товарів
кандидат технічних наук, доцент
Лебеденко Тетяна Євгеніївна,
Одеська національна академія харчових технологій,
кафедра технології хліба, кондитерських виробів і громадського харчування, доцент
Провідна установа: | Інститут харчової хімії та технології НАН України
(м. Київ)
Захист відбудеться “ 2 ” листопада 2006 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська 68, аудиторія
А – 311.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.
Автореферат розісланий “ 29 ” вересня 2006 р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.т.н. |
С.І. Воронцова
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Дефіцит йоду є причиною багатьох хвороб: порушення синтезу гормонів щитовидної залози, затримки розумового та фізичного розвитку дітей, глухонімоти, погіршення зору, неврологічного кретинізму. Йоддефіцитні захворювання широко розповсюджені в усьому світі. За оцінкою ВООЗ і ЮНІСЕФ, в світі близько мільярда людей мають ризик розвитку йоддефіцитних захворювань, збільшення щитовидної залози спостерігається у 300 млн. осіб, а в 30 млн. виявлено кретинізм. Саме це стало причиною створення та реалізації міжнародних програм з профілактики та контролю за йоддефіцитними захворюваннями наряду з програмами боротьби зі СНІДом, поліомієлітом, туберкульозом.
Результати досліджень йодної забезпеченості населення України за останні десять років свідчать про наявність на території країни йодної недостатності різного ступеня - від легкої до важкої. На ендемічних щодо зобу територіях проживає близько третини населення. Проблема посилюється негативними наслідками аварії на Чорнобильській АЕС, змінами в структурі харчування українців, особливо соціально незахищених груп населення. Незважаючи на наявність в країні доступу до моря, в нових економічних умовах споживання багатих на йод риби та морепродуктів різко зменшилось. Тому однією з нагальних задач харчової промисловості є забезпечення населення продуктами, що містять йод в необхідних кількостях. В першу чергу це стосується хлібопекарської галузі, оскільки хліб є одним з щоденних основних продуктів харчування людини.
В сучасному хлібопекарському виробництві проблема збагачення хліба йодом повністю не вирішена, незважаючи на розроблені хлібобулочні вироби з йодвмісними продуктами органічної та неорганічної природи.
Питанню вибору форми внесення йоду приділяється багато уваги вітчизняними та закордонними дослідниками, але проблема й досі вивчена недостатньо. Не визначено втрати йоду з різних носіїв під час технологічного процесу виробництва хліба. Не проведено порівняльну оцінку носіїв йоду з урахуванням не лише технологічних, але й медико-біологічних та економічних аспектів збагачення. У зв’язку з цим неможливо вважати ці вироби гарантованими носіями 10...25 мкг йоду в 100 г продукту, як цього вимагають принципи збагачення продуктів харчування.
Таким чином, необхідним є визначення вмісту йоду в природних і синтетичних носіях, втрат цього елемента на окремих стадіях технологічного процесу приготування хліба, масової частки йоду в готових виробах і ступеня його засвоюваності людиною. Проведення такого комплексу досліджень дасть змогу рекомендувати фізіологічно безпечні носії йоду з мінімальними втратами цього мікронутрієнта в технологічному процесі приготування хліба та удосконалити технологічні режими виробництва йодованих хлібобулочних виробів для отримання продукції з гарантованим вмістом йоду та традиційними органолептичними показниками.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались відповідно до:
- “Угоди про профілактику йоддефіцитних станів у населення держав-учасниць СНД” від 31.05.2001 р.;
- постанови Кабінету Міністрів України № 1418 від 26.09.2002 р. “Державна програма профілактики йодної недостатності у населення на 2002-2005 роки”;
- науково-дослідної роботи за договором Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва з Північним відділенням Полярного НДІ морського рибного господарства та океанології (м. Архангельськ, Росія) “Наукове обґрунтування та розробка засобів профілактики патології тиреоїдної, імунної та кровотворної систем у людей, що зазнали радіаційного та ендемічного впливу”, № держреєстрації 0103U005108;
- гранту Президента України для обдарованої молоді “Розробка раціонального способу для збагачення хліба йодом” (розпорядження Президента України від 14.12.2005 р. № 1276/2005).
Автор особисто брав участь у проведенні досліджень, розробці нових видів йодованих хлібобулочних виробів і відповідної нормативної документації.
Мета і завдання досліджень. Метою дослідження було системне проведення вибору збагачувача хлібобулочних виробів, який містить йод у легкозасвоюваній, фізіологічно безпечній та термостабільній формі, а також удосконалення технології йодування хліба для отримання продукції високої якості з гарантованим вмістом йоду в межах 10...25 мкг/100 г.
Відповідно до поставленої мети було сформульовано такі завдання:
- обрати спектр носіїв йоду, використання яких у складі харчових продуктів підтверджено дозволом санітарно-епідеміологічної служби;
- визначити масову частку йоду в обраних носіях органічної та неорганічної природи;
- визначити дозування збагачувачів хліба йодом на основі принципів збагачення продуктів харчування мікронутрієнтами, орієнтовної добової норми вживання хлібобулочних виробів населенням України та з урахуванням втрат йоду під час технологічного процесу;
- з’ясувати оптимальний гранулометричний склад і спосіб внесення порошків із фукусових водоростей в хлібобулочні вироби;
- дослідити вплив носіїв йоду на основні процеси в тісті під час його дозрівання;
- встановити органолептичні та фізико-хімічні показники якості готових виробів з обраними носіями йоду;
- проаналізувати ступінь збереження йоду в готових виробах;
- провести клінічні дослідження з метою визначення біологічної ефективності використання обраних носіїв йоду у складі хлібобулочних виробів;
- розробити раціональну технологію йодованого хліба з традиційними показниками якості та гарантованим вмістом йоду;
- здійснити апробацію лабораторних розробок у виробничих умовах і розробити нормативну документацію.
Об’єкт досліджень – технологія хлібобулочних виробів підвищеної мінеральної цінності.
Предмет досліджень – йодовані хлібобулочні вироби.
Методи досліджень – основні показники якості сировини, напівфабрикатів і готових виробів визначали за стандартними та спеціальними методиками. Оптимізацію технологічних процесів здійснювали експериментально-статистичним методом Бокса-Уілсона.
Наукова новизна одержаних результатів. Науково обґрунтовано необхідність розробки раціонального способу йодування хлібобулочних виробів з метою підвищення ефективності масової профілактики йоддефіцитних захворювань у населення України.
Здійснено системний підхід до вибору оптимального носія йоду і проведено порівняльну оцінку відомих (йодид і йодат калію, сухий концентрат гідролізату ламінарії “Еламіну”) і нових (йодовані білки, порошки із фукусових водоростей) носіїв йоду як сировини хлібопекарського виробництва за медико-біологічними, технологічними та економічними критеріями.
Вперше визначено ступінь втрат йоду з носіїв йоду різної природи під час технологічного процесу виготовлення хліба: з неорганічних солей йод втрачається на 72...88з йодованих білків – не більше як на 2із порошків фукусових водоростей - на 13...18із сухого концентрату “Еламіну” – на 75...80
На підставі проведених досліджень визначено дозування носіїв йоду, що забезпечують гарантований вміст цього мікроелемента у хлібобулочних виробах у межах 10...25 мкг/100 г (відповідно до вимог нутриціології до збагачення харчових продуктів мікронутрієнтами).
Встановлено, що у визначених кількостях носії йоду зсувають окисно-відновний потенціал тіста в бік окисних умов, що призводить до уповільнення в тісті біохімічних перетворень і пригнічення активності та кількості колонії утворюючих одиниць молочнокислих бактерій. Проте вплив носіїв йоду на морфологію, активність і ріст дріжджових клітин позитивний.
Доведено, що присутність йоду в хлібобулочних виробах, незалежно від форми його внесення, пригнічує розвиток картопляної хвороби (неорганічні носії – на 35,5 – 60,0органічні носії – на 2,3 – 41,0та пліснявіння хліба (неорганічні носії – на 5,2 – 58,2органічні носії – на 0,4 – 65,5
Біологічну ефективність нових видів йодованих виробів для нормалізації кількості йоду в організмі підтверджено в клінічних умовах.
Практичне значення одержаних результатів. На основі досліджень розроблено та затверджено нормативну документацію на йодовані хлібобулочні вироби: ТУУ 15.8-32645368.001-2004 “Вироби хлібобулочні з Йодказеїном. Технічні умови” та ТУУ 15.8 – 020 709 38049 – 05 “Вироби хлібобулочні підвищеної мінеральної цінності. Технічні умови”. Результати лабораторних досліджень підтверджено у виробничих умовах хлібокомбінату № 1 м. Суми.
Промисловий випуск і реалізація розроблених хлібобулочних виробів, збагачених йодом, сприятиме профілактиці порушень здоров’я, викликаних йоддефіцитними захворюваннями, підвищенню інтелектуального розвитку дітей і продуктивності праці дорослого населення України.
Очікуваний соціально-економічний ефект від впровадження результатів досліджень у практику хлібопекарських підприємств полягає у зниженні вартості профілактики йоддефіциту для пересічного громадянина України. Вживання йодованих хлібобулочних виробів у 6...14 разів дешевше порівняно з іншими відомими засобами профілактики йоддефіцитних станів (вживання йодованої води, фармацевтичних засобів тощо).
Особистий внесок здобувача полягає у відпрацюванні методик дослідження, проведенні експериментів з визначення оптимального дозування носіїв йоду органічної та неорганічної природи, їх впливу на показники якості хліба, мікробіологічні, біохімічні процеси під час його виготовлення, структурно-механічні властивості тіста, мінеральну цінність і свіжість готових виробів, у розроблені нормативної документації на хлібобулочні вироби з використанням водоростей Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosum та йодованого білка Йодказеїну.
Аналіз та узагальнення результатів проведено спільно з науковим керівником к.т.н., доц. Арсеньєвою Л.Ю. Біологічну ефективність нових видів хлібобулочних виробів із фукусовими водоростями досліджено за допомогою працівників клініки Центру радіаційної медицини АМН України та Інституту гігієни і медичної екології ім. О.М. Марзеєва під керівництвом д.м.н., проф. Корзуна В.Н.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на Міжнародній конференції молодих учених, аспірантів і студентів (НУХТ, Київ, 2002 р.), 69 - 72-й наукових конференціях молодих учених, аспірантів і студентів (НУХТ, Київ, 2003 - 2006 р.р.), науково-технічній конференції “Безпечність продуктів харчування вітчизняного виробника” (Київ, 2003 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Управління та первинна медико-санітарна допомога” (Ужгород, 2003р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Проблеми харчування населення України” (Полтава, 2003 р.), науково-технічній конференції “Харчові добавки, інгредієнти, БАДи: їх властивості та використання у виробництві продуктів і напоїв” (Феодосія, 2003 р.), Міжнародній конференції країн СНГ “Медицина та фармація” (Одеса, 2003 р.), на XIV з’їзді гігієністів України “Гігієна, наука та практика на рубежі століть” (Дніпропетровськ, 2004 р.) та Другій міжнародно-практичній конференції “Морские прибрежные экосистемы: водоросли, безпозвоночные и продукты их переработки” (Архангельськ, 2005 р.).
Результати роботи представлено на Всеукраїнському конкурсі на кращу наукову роботу з питань розвитку харчової технології (м. Одеса, 2003 р.) і одержано диплом третього ступеня.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 19 робіт, у тому числі 3 статті у фахових журналах і збірниках наукових праць, перелік яких затверджено ВАК України, 12 тез конференцій, 3 деклараційні патенти України на винахід.
Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 6 розділів, висновків та 11 додатків. Список використаної літератури нараховує 227 джерела вітчизняних та іноземних авторів. Робота викладена на 133 сторінках основного тексту, містить 34 таблиці та 49 рисунків.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми, її значущість, сформульовано мету та основні напрями досліджень. Визначено наукову новизну та практичну цінність роботи.
У першому розділі Проблема нестачі йоду в харчових продуктах і способи її вирішення проведено аналіз наукових публікацій і патентних матеріалів, а також даних всесвітньої мережі Internet, на підставі чого визначено конкретні завдання.
Охарактеризовано значення йоду в житті людини. Наведено основні дані стосовно добової потреби організму людини в йоді та наслідки, які виникають при постійній його нестачі. Описано основні способи подолання йоддефіцитних станів. Обґрунтовано доцільність йодування хлібобулочних виробів для попередження йоддефіцитних захворювань у населення. Проаналізовано відомі носії йоду, їх дозування та способи внесення у виробництві йодованих хлібобулочних виробів. Зроблено висновок про відсутність системи знань щодо втрат йоду з різних носіїв під час випікання, ступінь засвоюваності цього елемента з йодвмісної сировини та рівень біологічної ефективності відомих йодованих виробів. Розглянуто методи, які використовуються для визначення йоду в хлібобулочних виробах і зазначено їх переваги та недоліки. Встановлені основні напрями виконання досліджень.
У другому розділі “Загальна методологія досліджень” наведено характеристику носіїв йоду обраних для проведення досліджень, описано план і методики експерименту та математичної обробки експериментальних даних. Під час проведення досліджень було використано борошно пшеничне та житнє з середніми хлібопекарськими властивостями, а також різні носії йоду: йодид та йодат калію, що відповідали вимогам ГОСТ 4204–75, йодовані білки виробництва Росії: Йодказеїн (ТУ 9229 – 001 – 48363077 - 99), Тіреойод (ТУ 9224 – 71 – 48365188 – 99), Вітайод (ТУ 9224 – 702 – 48365188 – 01), водоростеві порошки Fucus vesiculosus та Ascophyllum nodosum виробництва Архангельського дослідного водоростевого комбінату (Росія), сухий концентрат “Еламіну” (ТУУ 00382119–02–99 виробництва Київського заводу молочної кислоти).
Дослідження з визначення якості борошна, напівфабрикатів і готових виробів проводили з використанням загальноприйнятих і спеціальних методів. Для визначення масової частки йоду в носіях, тісті та хлібобулочних виробах застосовували методики, наведені в ТУУ 18.446–97, ГОСТ 26185–84, ГОСТ 25832-89, ТУ 9110-273-05747152-98, а також МВВ № 081/12–0092–03, вміст йоду в сечі під час клінічних досліджень визначали за методом Сандел-Кольтчифа.
Гранулометричний склад порошків із водоростей визначали шляхом розсіювання їх через систему сит. Розчинність і водопоглинальну здатність продуктів переробки морських водоростів визначали методом Шоха. Вміст загального та водорозчинного азоту проводили модифікованим методом Кьєльдаля. Пружно-еластичні властивості тіста з носіями йоду вивчали за допомогою валориграфа фірми Brabender. Зміну в’язко-пластичних властивостей модельних опар аналізували на ротаційному віскозиметрі “Реотест-2”.
Вплив йодвмісних добавок на зміну патогенної мікрофлори хліба досліджували шляхом вимірювання площі враження колоніями бактерій Bacillus mesentericus (картопляна паличка) та міцелієм грибів Penicillium chrisogenum і Aspergillus niger м’якушки хлібобулочних виробів.
У третьому розділі “Визначення технологічно важливих характеристик носіїв йоду” систематизовано основні аспекти фортифікації хлібобулочних виробів йодом (технологічні, медико-біологічні та економічні), обрано спектр носіїв йоду, досліджено технологічні властивості продуктів переробки бурих водоростів, визначено вміст йоду в добавках і втрати його на окремих стадіях технологічного процесу виробництва хліба, на основі чого розраховано дозування усіх носіїв йоду, що забезпечують засвоєння його з готової продукції у межах 10...25 мкг/100 г.
У зв’язку з тим, що використання фукусових водоростів у технології хліба до цього часу не відомо, і за органолептичними показниками вони відрізняються від відомої ламінарії, провели серію досліджень з визначення оптимальної крупності частинок і параметрів гідратації порошків із водоростів Fucus vesiculosus і Ascophyllum nodosum.
Дослідження гранулометричного складу водоростевих добавок показало, що оптимальним середнім розміром частинок фукусових порошків слід вважати 0,5 мм для забезпечення балансу органолептичних показників якості готової продукції та мінімізації втрат йоду. Слід зазначити, що найменший ступінь втрат йоду мають водоростеві порошки з розміром частинок 1,0 мм, а найбільший – з розміром частинок 0,27 мм. Це обумовлюється тим, що частинки водоростів з розміром 0,27 мм мають найбільшу питому поверхню, інтенсивніше прогріваються під час озолення, порівняно з частинками більшими за розміром, і швидше втрачають йод. Тому для використання в технологічному процесі слід обрати максимально можливі розміри частинок водоростів. Оптимальний середній розмір частинок сухого концентрату “Еламіну” становить 0,36 мм.
Рис. 1 Коефіцієнти набухання водоростів з розмі-
ром частинки 0,5 мм при різній тривалості гідратації. | Для визначення параметрів попередньої гідратації продуктів із морських водоростей встановлювали коефіцієнти їх набухання (рис. 1), водопоглинальну здатність і показники розчинності. Найбільші значення цих параметрів (92; 6,7 гвол./гпрод. і 89,9відповідно) має сухий концентрат “Еламіну”, оскільки технологія його виготовлення передбачає проведення лужного гідролізу | клітинних стінок і вивільнення значної кількості альгінатів натрію. Для водоростевих порошків ці показники нижчі пропорційно вмісту в них гідрофільних полісахаридів.
Тривалість гідратування, достатня для повного набухання частинок водоростей становить, 10±5 хв. при 40±5?С для порошків із водоростей та 100?С - для сухого концентрату “Еламіну” (рис. 1).
Визначення масової частки йоду в носіях проводили інверсійно-вольтамперометричним методом (табл. 1).
Таблиця 1
Характеристика носіїв йоду
Збагачувач | Вміст йоду
в 1 кг носія | Підготовчі
операції | Характеристика засвоюваності йоду та безпеки | 1. Йодид калію (КI) | 76512 г | Розчинення у воді | Легко та повністю зас-воюється, при надмірному вживанні викликає ефект передозування йоду | 2. Йодат калію (КIO3) | 59310 г | 3. Йодказеїн | 8014 г | Розчинення у 0,5му розчині харчової соди | Засвоюється індивідуально залежно від ступеня недостатності, передозування йоду вважають неможливим | 4. Тіреойод | 70±15 г | Розчинення
у воді | 5. Вітайод | 75±10 г | 6. Fucus vesiculosus0,0410,010 г | Попередня гідратація при 40±5?С протягом 10±5 хв. | За літературними даними, засвоюється не більше 30проте передозування йоду вважають неможливим | 7. Ascophyllum nodosum | 0,0810,010 г | 8. Сухий концентрат „Еламіну” | 4,720,50 г | Попередня гідратація при 100?С протягом 10±5 хв. | Засвоюється індивідуально залежно від ступеня недостатності, передозування йоду вважають неможливим
Для визначення загальних втрат йоду під час технологічного процесу на основі отриманих даних про вміст йоду в носіях розраховували їх кількість для збагачення хліба йодом відповідно до вимог нутриціології, тобто для забезпечення вмісту мікронутрієнта 50 мкг (30добової потреби) у щодобовій нормі вживання хліба (277 г), а в 100 г хліба – 18...19 мкг. Під час розрахунку дозування водоростів враховували те, що ступінь засвоюваності йоду з них, за літературними даними, не перевищує 30оскільки міцні клітинні стінки водоростів важко піддаються розщепленню травними ферментами у кишково-шлунковому тракті людини. Відповідно розраховували таку кількість порошків із водоростів, щоб забезпечити вміст у 100 г хліба 70 мкг йоду. Хліб готували безопарним способом і після охолодження в ньому визначали вміст йоду, який порівнювали з розрахунковим (табл. 2).
Встановлено, що найменші втрати йоду (не більше 2характерні для йодованих білків за рахунок хімічного зв’язку йоду з амінокислотами (переважно з тирозином). Найбільшою мірою йод втрачається з неорганічних солей та сухого концентрату “Еламіну” (72...88
З урахуванням втрат йоду з носіїв при виготовленні хлібобулочних виробів (табл. 2) визначено дозування збагачувачів для забезпечення 30добової потреби в цьому мікронутрієнті при споживанні 277 г хліба.
Досліджували вплив стадії внесення носіїв йоду (опара чи тісто) на ступінь втрат під час технологічного процесу. Встановлено (табл. 3), що носії йоду доцільно вносити при замішуванні тіста. Це дає змогу знизити загальні втрати йоду на 0,5 – 4,0порівняно з внесенням носіїв в І фазу.
Таблиця 2
Втрати йоду з носіїв та їх рекомендовані дозування у технології
хлібобулочних виробів
Носії йоду у складі хліба | Загальні втрати йоду, % до розрахункового вмісту | Рекомендовані дозування носія, % до маси борошна | 1. Йодид калію (КI) | 86,0±2,0 | 0,000020 | 2. Йодат калію (КIO3) | 73,0±1,5 | 0,000013 | 3. Йодказеїн | 1,5±0,3 | 0,000320 | 4. Тіреойод | 1,5±0,3 | 0,000340 | 5. Вітайод | 1,5±0,3 | 0,000360 | 6. Fucus vesiculosus з середнім розміром частинок 0,5 мм |
15,0±2,6 |
3,00
7. Ascophyllum nodosum з середнім розміром частинок 0,5 мм |
15,0±2,6 |
1,50
8. Сухий концентрат “Еламіну” з середнім розміром частинок 0,36 мм |
80,0±2,6 |
0,03
Таблиця 3
Вплив стадії внесення носіїв йоду на втрати елемента
під час технологічного процесу
Носії йоду | Спосіб приготування хліба, стадія внесення збагачувача | Вміст йоду в хлібі,
мкг/100 г хліба | Втрати йоду, % до розрахунко-вого вмісту | розрахунковий | фактичний | 1.Йодид калію (КI) | безопарний: (у тісто) | 18,0 | 2,5±1,5 | 88,0±2,0 | опарний: - в опару
- у тісто | 18,0 | 2,5±1,5
3,0±2,0 | 88,0±2,0
85,0±2,0 | 2.Йодат калію (КIO3) | безопарний: (у тісто) | 18,0 | 5,0±3,0 | 73,0±1,5 | опарний: - в опару
- у тісто | 18,0 | 4,0±3,0
5,0±3,0 | 75,0±1,5
71,0±1,5 |
3. Йодказеїн | безопарний: (у тісто) | 18,0 | 17,0±5,0 | 1,5±0,3 | опарний: - в опару
- у тісто | 18,0 | 16,0±5,0
17,0±5,0 | 2,0±0,3
1,5±0,3 |
4. Тіреойод | безопарний: (у тісто) | 18,0 | 17,0±5,0 | 1,5±0,3 | опарний: - в опару
- у тісто | 18,0 | 16,0±5,0
17,0±5,0 | 2,0±0,3
1,5±0,3 |
5. Вітайод | безопарний: (у тісто) | 18,0 | 17,0±5,0 | 1,5±0,3 | опарний: - в опару
- у тісто | 18,0 | 16,0±5,0
17,0±5,0 | 2,0±0,3
1,5±0,3 | У четвертому розділі “Вплив носіїв йоду на мікробіологічні та біохімічні процеси при виготовленні тіста” наведено експериментальні дані з впливу носіїв йоду на кислотонакопичення в тісті, активність і кількість колонії утворюючих одиниць молочнокислих бактерій і дріжджів, стан вуглеводно-амілазного комплексу, динаміку азотистих сполук в тісті та газоутворення ньому.
Встановлено позитивний вплив усіх носіїв йоду на стан дріжджів: підвищується її активність та кількість колонії утворюючих одиниць (КУО), збільшується розмір дріжджової клітини. Особливо це помітно у зразках з водоростевими порошками за рахунок внесення з ними додаткової кількості гексоз і мінеральних елементів. Водночас, ці добавки пригнічують активність і здатність до розмноження молочнокислих бактерій (табл. 4). Так, незважаючи на незначне збільшення початкового значення титрованої кислотності у напівфабрикатах з водоростевими порошками, що обумовлюється внесенням з ними додаткової кількості альгінової, сірчаної та ненасичених жирних кислот, процес кислотонакопичення в тісті з водоростевими порошками уповільнюється.
Таблиця 4
Характеристика росту дріжджів і молочнокислих бактерій із модельних опар з носіями йоду
Зразок опари | Кількість КУО | дріжджів, ?106молочнокислих бактерій, ?108 | Без добавок (контроль) | 731 | 1042 | З добавкою :
Йодиду калію (KI)
Йодату калію (KIO3)
Йодказеїну
Тіреойоду
Вітайоду
Fucus vesiculosus
Ascophyllum nodosym
Сухого концентрату “Еламіну” |
771
1031
1171
881
951
891
801
1321 |
603
231
11015
1052
1083
273
193
203 | Окисно-відновний потенціал з усіма носіями йоду змінюється в бік зниження відновних властивостей (рис. 2). Окрім того, водоростеві добавки у своєму складі містять високомолекулярні вуглеводи (фукоїдан, ламінаран, маніт і пентозани), які здатні утворювати колоїдні розчини під час розчинення у воді. При цьому полісахаридний гель обволочує молекули субстрату тонкою, але щільною плівкою і таким чином перешкоджає контакту їх з протеолітичними та амілолітичними ферментами. Це зумовлює уповільнення активності амілаз і протеїназ в тісті та відповідне зниження накопичення редукуючих цукрів відносно контролю на 8,1 – 16,9та водорозчинного азоту на 3,8 – 47,2що призводить до невеликого (не більше 4,5зниження інтенсивності газоутворення в тісті.
Рис. 2 Зміна окисно-відновного потенціалу в тісті з різними носіями йоду.
У п’ятому розділі “Дослідження впливу носіїв йоду на структурно-механачні властивості тіста” досліджено вплив носіїв йоду на пружно-еластичні та в’язко-пластичні властивості тіста, а також на кількість та якість клейковини в ньому.
Встановлено, що внесення порошків із морських водоростей Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosum та сухого концентрату “Еламіну” у визначених кількостях підвищує водопоглинальну здатність тіста, збільшує його стабільність, знижує здатність до розрідження порівняно з контрольним зразком. Водночас, йодат калію та продукти переробки морських водоростей сприяють підвищенню ефективної в’язкості напівфабрикатів хлібопекарського виробництва, зменшенню розпливання (рис. 3) та газоутримуючої здатності тіста, укріпленню клейковинного каркасу за рахунок окисного (КІО3) або дегідратуючого (водоростеві порошки) впливу.
Рис. 3 Вплив носіїв йоду на динаміку розпливання кульки тіста.
У шостому розділі “Дослідження впливу носіїв йоду на якість і харчову цінність хліба” досліджено вплив носіїв йоду на фізико-хімічні та органолептичні показники якості хліба, стійкість до черствіння, його харчову цінність і біологічну ефективність.
При дослідженні впливу носіїв йоду на зміну органолептичних і фізико-хімічних показників якості хлібобулочних виробів (табл. 5 і 6), встановлено, що неорганічні носії йоду не сприяють покращанню якості готових виробів з пшеничного борошна. Використання йодату калію у визначених дозуваннях у разі переробки борошна з середньою або сильною клейковиною може призвести до “затягування” тіста, що спричиняє зменшення питомого об’єму, пористості та загальної деформації м’якушки хліба. Це пояснюється сильними окисними властивостями йодату калію.
Порошки із водоростей не погіршують якість готових виробів (табл. 6), але на поверхні скоринки хліба з водоростями Fucus vesiculosus і Ascophyllum nodosum помітні включення їх частинок, спостерігається незначне затемнення м’якушки.
Таблиця 5
Показники якості хліба з йодвмісними добавками органічної
та неорганічної природи
Показники якості | Хліб | без
добавок (контроль) | з додаванням | KI | KIO3Тіреойод | Вітайод | Йодказеїн | Фізико-хімічні показники | Вологість хліба, % | 42,0 | 42,0 | 42,0 | 42,0 | 42,0 | 42,0
Кислотність хліба, град. | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,5 | Питомий об’єм, см3/г | 2,73 0,04 | 2,72 0,04 | 2,70 0,03 | 2,73 0,03 | 2,72 0,04 | 2,73 0,03 | Н/D | 0,43 0,01 | 0,43 0,01 | 0,44 0,01 | 0,43 0,01 | 0,43 0,01 | 0,43 0,01 | Пористість, % | 75 0,5 | 75 0,5 | 74 0,5 | 75 0,5 | 75 0,5 | 75 0,5 | Деформація м’я-кушки через 3 год після випіка-ння, од. пенетро-метра
загальна
пружна
пластична952
101
851 | 952
101
851 | 932
81
851 | 952
101
841 | 952
101
851 | 982
101
881 |
Таблиця 6
Показники якості хліба з продуктами переробки
морських водоростей
Показники якості | Хліб | без добавок (контроль) | з додаванням | Fucus vesiculosusAscophyllum nodosumсухого концентрату “Еламіну” | Фізико-хімічні показники | Вологість хліба, % | 42,0 | 42,4 | 42,2 | 42,1
Кислотність хліба, град. | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | Питомий об’єм, см3/г | 2,730,04 | 2,690,04 | 2,700,04 | 2,720,04 | Н/D | 0,430,01 | 0,460,01 | 0,450,01 | 0,440,01 | Пористість, % | 750,5 | 730,5 | 740,5 | 750,5 | Деформація м’якушки через 3 год після випікання, од. пенетрометра
загальна
пружна
пластична | 952
101
851 | 932
81
861 | 942
91
861 | 952
101
861 | Успіх розроблення технології таких виробів залежить насамперед від величини дозування носія (Х1), розміру його частинок (Х2) і температури гідратування (Х3). В результаті досліджень отримано математичні моделі (в натуральному вигляді) технологічного процесу виготовлення хліба, збагаченого Fucus vesiculosus, які адекватно описують вплив параметрів технологічного процесу на якість хлібобулочних виробів з підвищеним вмістом йоду. Встановлено такі значення керованих параметрів для одержання виробів оптимальної якості: дозування порошку із водорості 3,0 % до маси борошна, середній розмір частинок 0,5 мм, температура гідратування 40?С.
Показник білості м’якушки хліба
У1 = 104,151 – 29,015 Х1 + 123,988 Х2 – 0,078 Х3 – 26,460 Х1 Х2.
Формостійкість хліба
У2 = 0,606 + 0,065 Х1 – 1,045 Х2 – 0,004 Х3 + 0,003 Х2 Х3 + 0,001 Х1 Х3.
При дослідженні впливу носіїв йоду на черствіння хліба встановлено, що показники свіжості хліба з Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosum протягом трьох діб зберігання залишаються вищими, порівняно з контролем, за рахунок утримання вологи гідрофільними складовими порошків із водоростей.
Відомо, що йод має бактерицидні властивості. У зв’язку з цим представляло інтерес дослідити вплив носіїв йоду на розвиток збудників пліснявіння (Penicillium chrisogenum, Aspergillus niger) та картопляної хвороби (Bacillus mesentericus) хліба у процесі зберігання за площею враження виробу культурами (табл. 7). Встановлено, що внесення у хліб носіїв йоду незалежно від його форми призводить до пригнічення росту збудників картопляної хвороби та пліснявіння хліба.
Таблиця 7
Площа враження хліба плісеневими грибами
та картопляною паличкою, мм2
Назва зразка | Мікроорганізми-збудники | Bacillus mesentericus | Penicillium chrisogenum | Aspergillus niger | нестерильна проба хліба | стерильна проба хліба | Контроль (без добавок) | 383±8 | 812±16 | 718±14 | 460±10 | З додаванням:
Йодиду калію (КІ) |
220±4 |
524±11 |
300±6 |
436±8 | Йодату калію (КІО3) | 200±5 | 324±7 | 426±8 | 378±8 | Йодказеїну | 365±7 | 792±15 | 356±7 | 452±9 | Fucus vesiculosus | 226±5 | 576±12 | 440±9 | 444±9 | Ascophyllum nodosum | 280±6 | 781±15 | 248±15 | 356±10 | Сухого концентрату “Еламіну” | 374±8 | 693±14 | 444±9 | 458±9 | При остаточному виборі йодвмісних добавок для подальшого розроблення нових видів йодованих хлібобулочних виробів враховували біологічну небезпечність мінеральних носіїв через можливість випадкового передозування йоду, високу собівартість Тіреойоду та Вітайоду, наявність на ринку хлібобулочної продукції з “Еламіном”.
Таким чином, з метою поширення асортименту йодованих хлібобулочних виробів з традиційними органолептичними, фізико-хімічними показниками якості та гарантованим вмістом йоду у біологічно безпечній формі доцільно використовувати як носії йоду Йодказеїн і порошки з морських водоростей Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosum.
На основі проведених досліджень розроблено та затверджено з реєстрацією в УкрЦСМ НД на широку групу хлібобулочних виробів, збагачених Йодказеїном (ТУУ 15.8-32645368.001-2004 “Вироби хлібобулочні з Йодказеїном. Технічні умови”) та порошками з морських водоростей (ТУУ 15.8-02070938.049-2005 “Вироби хлібобулочні підвищеної мінеральної цінності. Технічні умови”).
Технологія виготовлення розроблених хлібобулочних виробів передбачає приготування тіста безопарним, опарним способом, з використанням заквасок і заварок за традиційною схемою, але з введенням додаткової операції з підготовки НЙ та внесенням добавки на стадії замішування тіста для найбільшого ступеня збереження йоду. Виготовлення йодованих виробів може бути здійснено відповідно до апаратурно-технологічної схеми (на рис. 4).
Рис. 4 Апаратурно-технологічна схема ділянки тістоприготування булочки “Маківка чорноморська”:1, 2, 3 - водомірні бачки, відповідно для гарячої, холодної та теплої води; 4, 5, 6, 7, 8, 9 – напірні ємності для суспензії водоростів, дріжджової суспензії, цукрово-сольового та сольового розчинів, теплої води та соєвої олії; 10 - дозатор сипких компонентів; 11, 12 – дозатор рідких компонентів; 13 – ємність для гідратації порошку з водорості; 14 – насос; 15 – тістомісильна машина; 16 - діжа для бродіння тіста.
Аналіз хімічного складу розроблених виробів показав, що за рахунок споживання 277 г такого хліба організм людини отримує гарантовану кількість йоду, що відповідає третині добової потреби у цьому елементі. Вироби з водоростями додатково збагачені такими мінеральними елементами як кальцій, фосфор, залізо, магній та селен.
Дослідження з визначення біологічної ефективності булочних виробів з Fucus vesiculosus і Ascophyllum nodosum, проведені в умовах клініки НЦРМ АМН України, показали позитивний вплив йодованих хлібобулочних виробів на йодний статус організму дітей віком від 8 до 15 років двох дослідних груп (табл. 8) – підвищувався рівень екскреції йоду з сечею, що свідчить про достатню насиченість організму людини цим мікронутрієнтом, покращились показники крові та імунного статусу, поліпшився загальний стан організму дітей.
Таблиця 8
Вміст йоду у сечі до та після вживання збагачених булочок
Група дітей | Рівень екскреції йоду з сечею, мкгл -1 до | в середині | в кінці досліду | 1 група
- вживали булочки з водорістю Fucus vesiculosus106,223,57 | 208,865,21 | 180,797,09 | 2 група
- вживали булочки з водорістю Ascophyllum nodosum63,856,81 | 156,053,09 | 162,494,36 | На основі результатів клінічних досліджень з оцінки біологічної ефективності водоростей та Йодказеїну (дослідження Радіаційного Медичного Накового Центру Росії) можна вважати доведеним, що хлібобулочні вироби з Йодказеїном і водоростями Fucus vesiculosus та Ascophyllum nodosum ефективно використовувати як засоби профілактики та лікування йоддефіцитних станів у населення.
висновки
На основі проведеного комплексу досліджень обґрунтовано та розроблено раціональні технології йодованих хлібобулочних виробів з використанням продуктів, що містять йод в органічній формі.
1. Загальні втрати йоду під час технологічного процесу виготовлення хліба становлять: у разі використання йодованих білків – 1...2%, водоростевих порошків – 7,5...21,5сухого концентрату “Еламіну” - 73…84неорганічних носіїв – 71...88
2. При виготовленні йодованих хлібобулочних виробів двофазним способом носії йоду доцільно вносити у другу фазу (тісто). Це знижує технологічні втрати йоду на 0,5 – 4,0
3. З урахуванням втрат йоду з носіїв при виготовленні хлібобулочних виробів і ступеня його засвоюваності організмом людини визначено дозування збагачувачів, що забезпечать 30добової потреби в цьому мікронутрієнті при споживанні 277 г хліба (середньодобова норма): йодиду калію – 0,0002 %, йодату калію – 0,00013 %, Йодказеїну – 0,00032 %, Тіреойоду – 0,00034 %, Вітайоду – 0,00036 %, Fucus vesiculosus – 3,0 %, Ascophyllum nodosum – 1,5 % та сухого концентрату “Еламіну” – 0,03до маси борошна.
4. Для одержання хлібобулочних виробів традиційної якості оптимальним середнім розміром частинок подрібнених сухих водоростей Fucus vesiculosus і Ascophyllum nodosum є 0,5 мм. Перед використанням їх слід гідратувати при температурі 40±5?С впродовж 10±5 хв.
5. Збільшення початкового значення титрованої кислотності у зразках тіста з водоростевими порошками на 0,1 – 0,2 град. обумовлюється внесенням з ними додаткової кількості альгінової, сірчаної та ненасичених жирних кислот, проте процес кислотонакопичення в тісті з порошками з водоростей уповільнюється.
6. Органічні носії йоду, особливо Йодказеїн і водоростеві порошки, позитивно впливають на стан дріжджів: збільшується розмір дріжджової клітини, підвищується її ферментативна та бродильна активність і здатність до розмноження. Водночас ці добавки пригнічують активність та здатність до розмноження молочнокислих бактерій.
7. Показники окисно-відновного потенціалу тіста з носіями йоду зсуваються у бік зниження відновних властивостей, що призводить до уповільнення гідролітичних процесів в системі. Це зумовлює уповільнення активності амілаз і протеїназ в тісті та відповідне зниження накопичення редукуючих цукрів на 8,1 – 16,9та водорозчинного азоту на 3,8 – 47,2відносно контролю. Це призводить до зниження інтенсивності газоутворення в тісті на 0,6 – 4,4порівняно з контролем.
8. Внесення порошків із морських бурих водоростей Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosym у визначених кількостях підвищує водопоглинальну здатність тіста – на 0,1 – 0,4абс., збільшує його стабільність, знижує здатність до розрідження на 5 – 38,9порівняно з контрольним зразком. Водночас, йодат калію, водорості Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosym і сухий концентрат “Еламіну” сприяють підвищенню в’язкості напівфабрикатів хлібопекарського виробництва – на 6 – 74зменшенню розпливання тіста на 2,2 – 6,8і укріпленню клейковинного каркасу за рахунок окисного (КІО3) або дегідратуючого (водорості) впливу.
9. Досліджувані носії йоду не погіршують показників якості хлібобулочних виробів. Але з урахуванням медико-біологічних та економічних аспектів як найраціональніші носії йоду рекомендовано до використання йодований білок Йодказеїн і порошки бурих водоростей Fucus vesiculosus та Ascophyllum nodosum.
10. Запропоновано технологію функціональних хлібобулочних виробів з йодованим білком Йодказеїном і порошками з водоростей Fucus vesiculosus та Ascophyllum nodosum, що дає змогу одержати хліб з традиційними органолептичними та фізико-хімічними показниками якості та гарантованим вмістом йоду у його біологічно безпечній формі.
11. Наявність у складі хліба йоду незалежно від форми внесення пригнічує на 2,3...60,0розвиток картопляної хвороби та на 0,4...65,5пліснявіння хліба.
12. Показано, що водорості Fucus vesiculosus і Ascophyllum nodosum є збагачувачами хліба не лише йодом, але й іншими мінеральними елементами: кальцієм, фосфором, залізом, магнієм, селеном тощо. Завдяки гідрофільним складовим порошки з водоростів сприяють уповільненню процесу черствіння хліба.
13. Клінічними дослідженнями підтверджено біологічну ефективність хлібобулочних виробів, збагачених водоростями Fucus vesiculosus і Ascophyllum nodosum як засобу профілактики та лікування йоддефіцитних станів у населення. Споживання таких виробів у кількості, що відповідає щодобовій нормі (277 г) забезпечує потребу організму в йоді на 30
Перелік робіт, опублікованих за темою дисертації
1. Арсеньєва Л.Ю., Дробот В.І., Герасименко Л.О. Хліб збагачений йодом // Зерно і хліб. – 2003. - № 1. – С. 26-28.
2. Арсеньєва Л.Ю., Герасименко Л.О., Антонюк М.М. Корекція мінерального складу хліба // Вісник Харківського державного університету сільського господарства. – Харків, 2003. - № 16. – С. 338-343.
3. Збагачення пшеничного хліба мікронутрієнтами / Л.Ю. Арсеньєва, Л.О. Герасименко, М.М. Антонюк, В.Ф. Доценко // Наукові праці НУХТ. – К., 2003. - № 14. – С. 51-53.
4. Арсеньєва Л.Ю., Герасименко Л.О., Антонюк М.М. Досвід і перспективи збагачення хліба йодом // Проблеми харчування. – К., 2004. - № 1. – С. 35-43.
5. Пат. 59312 А України, МПК7 А21D8/02. Композиція для збагачення мінерального складу хліба / Л.Ю. Арсеньєва, Л.О. Герасименко - № 20021210621; - Заявл. 26.12.02; Опубл. 15.08.2003, Бюл. № 8. – 6 c.
6. Пат. 62459 А України, МПК7 А21D8/02. Композиція для збагачення мікронутрієнтного складу хліба / Л.Ю. Арсеньєва, Л.О. Герасименко, М.М. Ан-тонюк - № 2003032649; - Заявл. 27.03.03; Опубл. 15.12.2003, Бюл. № 12. – 6 c.
7. Пат. 4512 А України, МПК А 21D8/02. Пшеничний хліб функціонального призначення / Л.Ю. Арсеньєва, Л.О. Герасименко, Л.П. Дерев‘янко, М.М. Антонюк, Б.І. Хіврич - № 20040503811; - Заявл. 20.05.04; Опубл. 17.01.2005, Бюл. № 1. – 8 с.
8. Герасименко Л.О., Арсеньєва Л.Ю. Збагачення
