НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

кір’янова Ганна Анатоліївна

УДК 664.696

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ

желейних термостабільних начинок шляхом раціонального використання гідроколоїдів рослинного та мікробного походження

05.18.01 – Зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент

Корецька Ірина Львівна

Національний університет харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських, макаронних виробів та харчоконцентратів, доцент

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Перцевий Федір Всеволодович

Харківський державний університет харчування та торгівлі, кафедра технології харчування, професор

кандидат технічних наук, доцент

Салавеліс Алла Дмитрівна

Одеська національна академія харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських виробів і громадського харчування, доцент

Захист відбудеться “ 16” квітня 2008 р. об 1000 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 ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий “_14_” березня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доц. |

М.В. Карпутіна

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розширення асортименту борошняних кондитерських виробів, а також покращення споживчих властивостей борошняних кондитерських виробів у відповідності із збільшенням попиту та необхідністю підвищення конкурентоспроможності продукції вимагають застосування нових компонентів із заданими якісними властивостями. До нових видів напівфабрикатів для борошняних кондитерських виробів належать термостабільні желейні начинки.

До істотних недоліків існуючих технологій виготовлення борошняних кондитерських виробів з начинками можна віднести такі аспекти: відсутність термостабільних властивостей начинок, що виробляються вітчизняною промисловістю (виготовлених на основі фруктового пюре та підварів), використання сировини високої вартості (низькоетерифіковані пектини і модифіковані крохмалі), в процесі зберігання начинки швидко втрачають вологу через міграцію її у борошняний шар виробів.

Одним з напрямків покращення якості борошняних кондитерських виробів з желейними начинками є використання сумішей гідрофільних сполук. Хімічний склад, гідрофільні властивості пектину, карагенану, камедей рослинного і мікробного походження дають змогу передбачити, що ці гідроколоїди є перспективною сировиною для покращення органолептичних показників, досягнення необхідної в'язкості, текстури, структурно-механічних властивостей виробів, термостабільності желейних начинок і наповнювачів. Галактоманани, до яких відносяться камеді гуара, рожкового дерева, тара здатні набухати і зв'язувати воду у кількостях, які в декілька разів перевищують їх власну масу, а також взаємодіяти з іншими структурними компонентами харчових систем.

Актуальність роботи обумовлена необхідністю розроблення нових видів борошняних кондитерських виробів з термостабільними начинками на основі раціонального використання гідроколоїдів рослинного та мікробного походження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались у відповідності з тематикою науково-дослідних робіт НУХТ: «Створення нових ресурсозберігаючих, екологічно чистих, безвідходних і маловідходних технологій харчових продуктів підвищеної біологічної цінності профілактично-лікувального, дієтичного та дитячого харчування з використанням нетрадиційної сировини на основі використання фізичних методів впливу» (№0101U000723) та «Розробка нових технологій кондитерських виробів з використанням нетрадиційної сировини. Дослідження можливості використання галактомананів в різних групах кондитерських виробів».

Автор особисто брала участь в експериментальних дослідженнях, опрацюванні та узагальненні одержаних результатів, проведенні промислових дос-ліджень та розробленні нормативної документації.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є наукове обґрунтування і удосконалення технології термостабільних желейних начинок з використанням гідроколоїдів рослинного та мікробного походження. У якості гідроколоїдів в роботі використовувались: камедь ксантана, камедь рожкового дерева, камедь тари, камедь гуара, карагенан, камедь целюлозна.

Відповідно з метою досліджень були сформульовані такі взаємопов'язані завдання:

– дослідити фізико-хімічні властивості гідроколоїдів: реологічні параметри розчинів гідроколоїдів, вологозв’язуючу здатність, електроповерхневі властивості;

– провести комплекс досліджень по органолептичним, фізико-хімічним, мікробіологічним властивостям термостабільних начинок та здобного печива з желейними термостабільними начинками;

– визначити вплив гідроколоїдів на адгезійні властивості начинок, дослідити вплив гідроколоїдів на міцність начинок та кількість вільної та зв’язаної вологи;

– вивчити вплив гідроколоїдів на термостабільні властивості начинок, а саме температуру та швидкість прогрівання, збереження структури та органолептичних показників при термічному обробленні;

– встановити оптимальне співвідношення компонентів суміші гідроколоїдів з метою досягнення необхідної термостабільності, структурно-механічних та органолептичних властивостей готових виробів;

– обґрунтувати рецептурні композиції нових виробів, параметри оптимізації технологічних процесів, провести кваліметричну оцінку якості нових видів виробів, розробити нормативну документацію (рецептури, технологічні інструкції), провести промислову апробацію та впровадженнянових виробів у виробництво;

Об’єкт дослідження – технологія борошняних кондитерських виробів.

Предмет дослідження – технологія здобного печива з желейними термостабільними начинками, розроблення якої базується на дослідженні та науковому обґрунтуванні вологоутримуючих та структуроутворюючих властивостей гідроколоїдів, процесів взаємодії між компонентами рецептурної суміші та вивченні термостабільних властивостей продукту.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети були використані загальноприйняті та спеціальні методи визначення фізико-хімічних, структурно-механічних, органолептичних, мікробіологічних показників; метод квадратичного програмування; термостабільність визначали за методикою, розробленою у МТІХП; адгезійні властивості визначали маятниковим методом (автор методики - д.т.н. Гуць В.С.).

Наукова новизна. Комплексно вирішена та науково обґрунтована актуальна задача по удосконаленню технології термостабільних желейних начинок з використанням гідроколоїдів рослинного та мікробного походження. Вперше теоретично та кспериментально обгрунтована можливість використання желейних мас на основі високоетерифікованого пектину у якості начинок для здобного печива, які піддаються термічному обробленню одночасно з тістовою заготовкою шляхом використання раціональної кількості гідроколоїдів рослинного та мікробного походження;

Встановлено оптимальний рецептурний склад і технологічні параметри виготовлення здобного печива з термостабільними желейними начинками відкритого та закритого типу та встановлений їх гарантійний термін зберігання;

Методом квадратичного програмування розроблено математичну модель для розрахунку оптимального складу суміші гідроколоїдів для досягнення необхідних властивостей готових виробів на основі дослідження фізико-хімічних властивостей гідроколоїдів: реологічних та електроповерхневих властивостей розчинів, вологозв’язуючої здатності;

Науково обґрунтовано вплив гідроколоїдів та їх сумішей на структурно-механічні властивості желейних термостабільних начинок та встановлено, що процес структуроутворення пов’язаний з утворенням полімерної сітки з’єднаних між собою ланцюгів полімерних молекул камедей, що знаходяться всередині полімерної структури, утвореної молекулами пектину; за рахунок зміцнення структури та посилення взаємодії між молекулами міцність адгезії зменшується у 1,2...2,3 рази;

Отримано нові наукові дані стосовно процесів, що мають місце при термічному обробленні желейних начинок. Досліджено динаміку зміни кількості цукрів та пектину та встановлено, що в начинці у залежності від виду відбувається зменшення кількості загального цукру та проходить процес часткового деметоксилювання та деполімеризації пектину;

Встановлено, що в результаті внесення гідроколоїдів до складу термостабільних начинок відбувається перерозподіл співвідношення вільної і зв’язаної вологи в сторону збільшення частки зв’язаної вологи, що пов’язано з високою вологозв’язуючою здатністю гідроколоїдів, результатом чого є підвищення термостабільності начинок;

Досліджено вплив гідроколоїдів на термостабільні властивості та доведено, що вони сприяють зміцненню структури і збереженню форми і зовнішнього вигляду начинки в процесі термічного оброблення;

Новизну технічних рішень підтверджено трьома Деклараційними патентами України.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена та затверджена дегустаційною комісією Київської Облспоживспілки нормативна документація: рецептури та технологічні інструкції на здобне печиво з начинками відкритого та закритого типу: «Желейне» та «Трубочка желейна». Нова технологія була апробована на підприємствах: ПП „Деліція”, ТОВ „СЛОВ’ЯNКА”. На дегустаційному конкурсі, який проходив в рамках виставки WOLD FOOD UKRAINE / ВЕСЬ СВІТ ХАРЧУВАННЯ Україна 2005 були представлені зразки здобного печива з термостабільними желейними начинками і начинка желейна термостабільна отримала золоту медаль.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні аналітичної та експериментальної роботи в лабораторних та промислових умовах, в отриманні наукових результатів щодо фізико-хімічних властивостей гідроколоїдів та їх впливу на якість та термостабільні властивості начинок для борошняних кондитерських виробів, безпосередній участі в організації та проведенні промислових випробувань, підготовці до публікацій результатів експериментальних досліджень. Аналіз, обговорення та узагальнення результатів роботи проведено спільно з керівником к.т.н., доц. Корецькою І.Л. Обговорення термогравіметричних досліджень – спільно з д.х.н., проф. Манком В.В., реологічних досліджень – з к.х.н., доц. Ковалевською Є.І., доц. Алєксєвим О.М. та доц. Забаштою Ю.Ф. (кафедра молекулярної фізики НУ ім. Т.Г.Шевченко). Узагальнення результатів визначення вмісту пектину спільно з к.т.н., доц. кафедри консервування Бандуренко Г.М, узагальнення досліджень адгезійних властивостей проведені у співавторстві з д.т.н., проф. Гуцьом В.С.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на 69-й, 71-й, 72-й та 73-й конференціях молодих вчених, студентів та аспірантів НУХТ „Наукові здобутки молоді – вирішенню проблем харчування людства у 21 ст. ” (Київ 2003 р., 2005р., 2006р., 2007р).

Публікації. З дослідженої теми опубліковано 12 робіт, в тому числі 3 статті у фахових виданнях, перелік яких затверджений ВАК України, 6 тез доповідей науково-технічних конференцій, отримано 3 Деклараційних патенти України.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку бібліографічних джерел з 211 найменувань та 9 додатків. Робота викладена на 149 друкованих аркушах, має 47 рисунків та 18 таблиць.

основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначе-но мету та завдання досліджень, охарактеризовано наукову новизну і практичне значення одержаних результатів. Наведено відомості про особистий внесок автора, апробацію та опублікування результатів, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі “Аналіз основних напрямків виробництва та шляхів удосконалення технології виробництва начинок для борошняних виробів” проведено огляд літератури за темою дисертації. Проаналізовано існуючі технології виробництва начинок для борошняних кондитерських виробів. Розглянуто вимоги до властивостей термостабільних начинок. Наведено особливості хімічної будови та фізико-хімічні властивості гідроколоїдів.

Огляд літератури показав, що якість термостабільних начинок, які використовуються при виробництві борошняних виробів, визначається стабільністю їх структури, стійкістю до дії температури, чого не можливо досягти використанням лише традиційної сировини. Один із шляхів вирішення цієї проблеми полягає у розробці композицій речовин з певними властивостями, використання яких дозволить отримувати готову продукцію із заданими показниками. Зроблено висновок, що для ефективного використання гідроколоїдів необхідно вивчити реологічні властивості розчинів, вологоутримуючі властивості цих добавок, а також їх вплив на структурно-механічні властивості та стійкість начинок до дії високої температури.

У другому розділі “Загальна методологія досліджень” наведено стислу характеристику використовуваної сировини та методів досліджень якості сировини, напівфабрикатів і готових виробів.

Схема проведених досліджень наведена на рис.1

Рис.1 Блок-схема комплексних досліджень по удосконаленню технології желейних термостабільних начинок

Для проведення лабораторних досліджень і виробничих випробувань використовували цукор-пісок, патоку, борошно пшеничне, маргарин, пектин високоетерифікований, гідроколоїди рослинного та мікробного походження. Усі види сировини відповідали вимогам чинних стандартів, технічних умов або мали сертифікат якості.

У роботі використано загальноприйняті й спеціальні методи досліджень.

Визначення реологічних властивостей розчинів гідроколоїдів проводили на приладі РЕОТЕСТ-2; кількість зв'язаної води - індикаторним рефрактометричним методом; дослідження електрокінетичного потенціалу розчинів гідроколоїдів проводили методом електрофорезу; визначення структурно-механічних властивостей начинок проводили на приладі „Структурометр”; дослідження адгезійних характеристик начинок проводили за методикою, розробленою у Національному університеті харчових технологій (автор – д.т.н. Гуць В.Ф.); масову частку вологи визначали експресним методом на приладі К.Н. Чижової та висушуванням до постійної маси.

Визначення показників якості готових виробів проводили згідно стандарту на методи випробувань кондитерських виробів ГОСТ 24901; аналіз мікроструктур проводили з використанням електронного мікроскопу; кількість пектину визначали кальцій-пектатним методом; дослідження форм зв’язку вологи з матеріалом проводили з допомогою дериватографу Q-1000; для встановлення оптимального співвідношення гідроколоїдів у суміші використовували метод квадратичного програмування, в якому системи обмежень описуються лінійними нерівностями, а цільова функція – квадратична згідно з критерієм «багатокутник якості»; для оцінки якості готових виробів використовували методику, розроблену д.т.н., проф. Дорохович А.М.

У третьому розділі “Дослідження властивостей гідроколоїдів рослинного та мікробного походження” наведено результати досліджень реологічних та електроповерхневих властивостей розчинів гідроколоїдів, визначення кількості зв`язаної води гідроколоїдами рослинного та мікробного походження.

Однією з найважливіших характеристик термостабільних начинок для борошняних кондитерських виробів є здатність зберігати структуру та зовнішній вигляд під час термічного оброблення. Насамперед це буде визначатися властивостями сировини, тому доцільно було вивчити вологозв’язуючі властивості гідроколоїдів, які володіють великою кількістю гідрофільних груп, що і визначає їх здатність поглинати і утримувати воду. За результатами дослідження реологічних властивостей розчинів гідроколоїдів, що їх поведінка суттєво відрізняється. Залежність швидкості деформації від навантаження для карагенану та целюлозної камеді має майже лінійний характер, отже, в’язкісна поведінка таких розчинів практично наближається до ньютонівських рідин і псевдопластичні властивості майже не проявляються. На відміну від неї камедь ксантана, рожкового дерева, гуара та пектин проявляють псевдопластичні структурно-механічні властивості. Псевдопластичні властивості найбільше проявляються у розчинів камедей ксантана, рожкового дерева, целюлозної. При порівнянні величин аномалії в'язкості виявлено, що найбільш міцну коагуляційну структуру має розчин камеді ксантана, дещо меншу - розчин камеді рожкового дерева, найслабшу – целюлозна камедь та карагенан. Але при цьому здатність до миттєвого розрідження системи найменша у камеді тари і камеді гуара, і висока у камеді рожкового дерева і ксантана.

В результаті визначення вологозв’язуючих властивостей гідроколоїдів встановлено, що найбільшу кількість води зв'язує камедь ксантана. У порівнянні з камеддю ксантана камедь гуара зв'язує воду на 43,4% менше, карагенан на 40,8% відповідно. Найменшу кількість води у порівнянні з іншими камедями зв’язує камедь рожкового дерева та пектин. Таким чином, при додаванні невеликих кількостей камедей, у начинці зменшиться кількість вільної вологи, що буде сприяти уповільненню видалення вологи при нагріванні і, відповідно, збереженню структури начинки в процесі випікання. Встановлено, що суміші гідроколоїдів зв’язують більшу кількість води, ніж окремо. Найбільший ефект виявлено при поєднання камеді ксантана та камеді рожкового дерева і камеді ксантана та камеді целюлозної (рис. 2).

Рис.2 . Порівняння вологозв’язуючої здатності сумішей гідроколоїдів

У процесі досліджень виявлено, що камеді різного походження виявляють різні електроповерхневі властивості, які зменшуються при підвищенні концентрації і рН розчинів. При додаванні кислоти, зменшується електростатичне відштовхування між карбоксильними аніонами на кінцях ланцюгів. Найбільший електрокінетичний потенціал у порівнянні з іншими гідроколоїдами мають камедь ксантана та камедь целюлозна. Встановлено, що при збільшенні концентрації розчинів камедей електрокінетичний потенціал зменшується. Так, у 0,15% розчині камеді ксантана електрокінетичний потенціал зменшується на 11,82%, а у 0,3% на 75,7% у порівнянні з 0,1% розчином. При підвищенні концентрації розчину дифузія іонів з густого шару в розчин утруднюється, що призводить до зменшення о-потенціалу. Аналіз отриманих даних свідчить про те, що найбільший електрокінетичний потенціал має камедь ксантана. В результаті досліджень розчинів сумішей гідроколоїдів встановлено, що електрокінетичний потенціал сумішей зменшується у порівнянні з розчинами окремих гідроколоїдів. Це можна пояснити взаємодією між макромолекулами у розчині, що призводить до значного стискання дифузійної частини подвійного електричного шару. Таким чином, збільшення кількості гідроколоїдів у рецептурі начинок сприятиме зміцненню структури драглю. Додавання камеді ксантана буде сприяти підвищенню стійкості системи завдяки електростатичним силам, а стійкість систем з камедями гуара, рожкового дерева, тари, карагенаном не обумовлена створенням подвійного електричного шару на поверхні частинок. Стійкість систем з цими гідроколоїдами пояснюється гідратацією – взаємодією полісахаридів з дисперсійним середовищем – та утворенням сольватної оболонки навколо частинки.

З аналітичного огляду літератури та попередніх досліджень відомо, що камедь ксантана та інші гідроколоїди у спільній присутності проявляють синергетичні властивості, тому для проведення подальших досліджень доцільно розрахувати оптимальний склад сумішей гідроколоїдів з пектином. Кожен з компонентів суміші має певні властивості і кожен з них буде впливати на властивості суміші, тому наша мета – це визначити таке співвідношення гідроколоїдів, при якому ступінь проявлення таких властивостей, як вологозв'язуча здатність та драглеутворюючі властивості буде найбільшим. Оцінку переваг та недоліків різних гідроколоїдів як сировини для виробництва начинок проводили за допомогою методу “багатокутник якості”. Для цього ми використали метод квадратичного програмування, в якому системи обмежень описуються лінійними нерівностями, а цільова функція – квадратична згідно з критерієм «багатокутник якості». При побудові цільової функції враховували вплив кожного компоненту згідно заданих обмежень та визначили область допустимих значень аргументів, при яких цільова функція не виходить за межі встановлених обмежень. Враховуючи співвідношення гідроколоїдів, що відповідають найбільшому значенню цільової функції розраховані співвідношення сумішей гідроколоїдів та пектину у %: пектин : камедь рожкового дерева : камедь ксантана – 84:14:2; пектин : камедь целюлозна : камедь ксантана – 88,6:7,9:3,5.

У четвертому розділі “Дослідження впливу гідроколоїдів на реологічні властивості та процеси термічного оброблення термостабільних желейних начинок” досліджено вплив гідроколоїдів та їх сумішей на міцність, адгезійні властивості, стан вологи та стійкість до дії високої температури желейних начинок .

Для проведення досліджень готували моделі желейних начинок. До складу усіх зразків входили цукор, патока, пектин та лимонна кислота. А також додавали окремі камеді у кількості від 0,08 до 0,32 % до маси всієї сировини та суміші двох гідроколоїдів. Відомо, що камеді у спільній присутності проявляють синергетичні властивості, тому ми вважаємо, що доцільно дослідити начинки з додаванням окремих камедей для дослідження впливу їх кількості на властивості начинок та порівняння даних з показниками, отриманими в результаті дослідження зразків з сумішами двох гідроколоїдів.

Відомо, що міцність та структура отриманих драглів у значній мірі визначається природою міжмолекулярних зв’язків, а також конформаційними перетвореннями молекул, які здатні надавати драглям більш виражені пружно-еластичні або пластичні властивості. начинок, але ступінь підвищення міцності для різних моделей суттєво відрізняється. При додаванні 0,08 % камеді рожкового дерева міцність зростає на 34% порівняно з контрольним зразком, а при додаванні 0,24 % – на 82%. При додаванні 0,24% камеді ксантана міцність структури збільшується на 35%. При додаванні сумішей гідроколоїдів міцність підвищується більше, ніж при додаванні окремих гідроколоїдів, що свідчить про синергетичну взаємодію гідроколоїдів та підтверджує ефективність використання сумішей у порівнянні з окремими гідроколоїдами.

Додавання гідроколоїдів підвищує міцність Слід зазначити, що при внесенні 0,12% суміші камеді ксантана та рожкового дерева, міцність зростає у 1,8 рази порівняно з начинками, до складу яких входить один з цих компонентів. При додаванні однакових кількостей гідроколоїдів (0,24%,) камедь рожкового дерева підвищує міцність на 117%, камедь целюлозна – на 104 %, ксантана камедь гуара підвищує міцність на 35%.

Для дослідження адгезії використовували нову методику, в основу якої покладено коливальний рух фізичного маятника з різною швидкістю. Її суть полягає в тому, що дослідна пара – зразок начинки і пластина притискались один до одного і витримувались певний час. Потім їх закріплювали в утримувачі маятникової установки. Маятник приводили до руху із заданою швидкістю, яка залежала від початкового кута відхилення осі маятника. Після зустрічі із горизонтальною перешкодою пластина зупинялась, а продукт продовжував рухатись по параболічній траєкторії. Знаючи масу зразка, площу контакту, початкову швидкість руху і параметри траєкторії його польоту, будували математичну модель, проводили її аналіз і, використовуючи методи символьної комп’ютерної математики „Maple 10”, розраховували міцність адгезії.

Дослідження адгезійних властивостей підтвердили результати попередніх досліджень про синергетичні властивості гідроколоїдів. Так, при додаванні суміші камедей ксантана та рожкового дерева міцність адгезії зменшується у 2,34 рази, суміші камеді ксантана та целюлозної – 2,31 рази, суміш камеді ксантана та гуара 1,2 рази. Зі збільшенням концентрації камедей рожкового дерева, целюлозної, ксантана та гуара міцність адгезії зменшується порівняно з контрольним зразком.

Ми вважаємо, що причина цього у взаємодії з пектином та іншими структуроутворюючими компонентами рецептурної суміші, а саме участю в створенні трьохмірної сітки драглеподібної структури. Гідроколоїди рослинного та мікробного походження беруть участь в утворенні полімерної сітки з міцними внутрішніми зв’язками.

Метою наших досліджень було вивчення впливу гідроколоїдів на термостабільні властивості начинок для борошняних виробів. Для проведення досліджень проградуйовані термопари занурювали в нижній, середній та верхній шари попередньо підготовлених зразків начинок та залишали вільну термопару для контролю температури всередині пекарної камери.

У залежності від тепломасообмінних процесів, що проходять під час термічного оброблення всі борошняні кондитерські вироби поділяються на дві групи: вироби, що підлягають термообробленню шляхом випікання та вироби, які підлягають термообробленою шляхом комбінованого процесу випікання-сушіння. Здобне печиво відноситься до другої групи виробів.

Встановлено, що зразки начинок з додаванням гідроколоїдів відстають у прогріванні від контрольного зразка, що, на нашу думку, буде сприяти підвищенню стійкості начинок до дії високої температури, а саме збереженню форми та зовнішнього вигляду під час випікання.

При випіканні-сушінні волога на стадії сушіння під дією градієнту вологовмісту переміщується з центральних шарів до поверхневих.

Досліджували також зміну швидкості прогрівання різних шарів (верхнього та нижнього шарів, начинки та граничних до начинки шарів тіста). Для цього готували зразки здобного печива з начинкою відкритого та закритого типу . Термопари розташовували у верхньому та нижньому шарах тіста, у центральному шарі та граничних до тіста шарах начинки. У випадку печива з начинкою відкритого типу термопари розташовували в нижньому шарі (тістова заготовка), граничному шарі начинки і тіста та у начинці. У якості начинки відкритого типу використовували начинку, що містить суміш камеді ксантана та рожкового дерева, у якості начинки відкритого типу використовували начинку, що містить суміш камеді ксантана та целюлозну.

В результаті проведення експериментальних досліджень встановлено, що швидкість прогрівання начинки менша, ніж зовнішніх та граничних шарів для усіх зразків. Швидкість прогрівання начинки у печива з начинкою відкритого типу менша, ніж нижньої поверхні тестової заготовки. Так, наприклад, протягом 2 хвилин начинка прогрівається до 79 °С та нижній шар тіста до 111°С. Це можна пояснити різною теплопровідністю тіста та желейної маси. Швидкість прогрівання начинки у контрольному зразку вища, ніж у зразку з додаванням суміші гідроколоїдів, що свідчить про те, що для прогрівання начинок з сумішами гідроколоїдів необхідно більше тепла, ніж для прогрівання начинок без гідроколоїдів до тієї ж температури. На нашу думку, це пов’язано з тим, що дослідні зразки начинок містять меншу кількість вільної вологи.

При аналізі термограм начинок з сумішами гідроколоїдів встановлено, що швидкість прогрівання начинки у контрольному зразку вища, що свідчить про те, що для прогрівання начинок з сумішами гідроколоїдів необхідно більше тепла, ніж для прогрівання начинок без гідроколоїдів до тієї ж температури. Для кількісної оцінки процесів дегідратації використовували величину енергії активації. Визначивши по термограмах величину втрати маси Дm при відповідній температурі Т, розраховували величину енергії активації системи Е (табл. 1).

Таблиця 1

Енергія активації желейних начинок

Зразок | Енергія активації, кДж | Зразок | Енергія активації, кДж

контроль | 80,01 | модель 17 (0,32 % камедь ксантана + камедь рожкового дерева) | 96,83

модель 2 (0,16% камеді рожкового дерева) | 87,9 | модель 18 (0,21 % камедь ксантана + камедь целюлозна) | 88,23

модель 6 (0,16% камеді целюлозної) | 86,07 | модель 19 (0,21 % камедь ксантана + камедь гуара) | 90,89

модель 10 (0,16% камеді ксантана) | 88,19 | модель 20 (0,32 % камедь целюлозна+ камедь рожкового дерева) | 85,99

модель 14 (0,16% камеді гуара) | 80,58

Як видно з таблиці у зразків з додаванням гідроколоїдів значення енергії активації перевищує цей показник у контрольного зразка. Найбільше значення енергії активації мають моделі з камедями ксантана, рожкового дерева, целюлозною та їх суміші.

У п’ятому розділі “Технологія здобного печива з термостабільними желейними начинками відкритого та закритого типу та оцінка якості готових виробів” проаналізовано перебіг процесів, що проходять під час термічного оброблення здобного печива з желейними начинками відкритого та закритого типу: досліджено динаміку зміни кількості цукрів, визначено зміну кількості та ступеня етерифікації пектину. Досліджено властивості термостабільних желейних начинок та здобного печива з начинкою у процесі зберігання, розглянуто виробництво здобного печива з начинкою як велику технологічну систему та проведено апробацію технології здобного печива з начинками у промислових умовах і оцінку якості готової продукції. Інтенсивне прогрівання тістових заготовок з начинкою викликає внутрішнє переміщення вологи та волого обмін між тістом та начинкою. Зневоднення тістових заготовок у процесі випікання проходить нерівномірно (рис.3,4,5). На початку процесу частина вологи переміщується до центральної частини заготовки. Це можна пояснити явищем тепловологопровідності, між центральними та поверхневими шарами виникає температурний градієнт.

Волога з начинки також переміщується до граничного шару тістової заготовки. Після четвертої хвилини випікання волога переміщується від цен-тральних шарів до по-верхневих, та проходить виділення вологи з начинки.

На кінець процесу випікання у печива від-критого типу вологість начинки зменшилась на 3,3%, а вологість начинки закритого типу зменшилась на 2,9 %. вологість начинки у контрольному зразку зменшилась на 6,2 %, при чому вологість граничного шару у контрольному зразку вище на 1,9%.

Таким чином, можна зробити висновок, що додавання суміші камедей рожкового дерева та камеді ксантана буде сприяти упо-вільненню процесу міграції вологи з начинки у тістову заготовку під час термічного оброблення. Це можна пояснити більшою кіль-кістю зв’язаної води у по-рівнянні з контрольним зразком. Виготовлення здоб-ного печива з термо-стабільними начинками по-в’язане з дією високих тем-ператур. Так, згідно техно-логічної інструкції по виго-товленню борошняних кондитерських виробів здобне печиво випікають при температурі 220...230 °С протягом 10...15 хвилин. Як видно з попередніх досліджень, температура поверхневих шарів начинки у виробах відкритого типу досягає 120°С, а температура начинки у виробах закритого типу – 106...107°С. Фізико-хімічні зміни компонентів желейних начинок, які проходять при випіканні, будуть визначати технологічні параметри виготовлення та показники якості готових виробів.

У процесі випікання здобного печива з начинками проходять процеси гідролітичного розпаду сахарози з утворенням редукуючих цукрів – глюкози та фруктози. Але швидкість накопичення редукуючих цукрів для начинок, які знаходяться на поверхні та всередині тістової заготовки різна. Через десять хвилин у начинці відкритого типу вміст редукуючих цукрів збільшується на 28,6 % , а у начинці закритого типу на 18,7 %. Такі відмінності обумовлені різним характером теплообмінних процесів, Так прогрівання начинки у виробах відкритого типу обумовлено дією конвективної енергії, а прогрівання начинки у виробах закритого типу – силами тепловологопровідності. При чому начинка відкритого типу прогрівається до більш високої температури, а саме до температури 110...111°С, у той час як начинка закритого типу за десять хвилин прогрівається до 102...103°С.

Прогрівання до більш високої температури сприяє інтенсифікації процесу гідролізу сахарози та збільшенню швидкості накопичення продуктів її розпаду, які володіють редукуючими властивостями, також накопичення редукуючих речовин обумовлене частковим розпадом декстринів патоки до таких низькомолекулярних сполук як мальтоза та глюкоза. Зменшення кількості загального цукру можна пояснити тим, що при температурі вище 100°С починається процес розкладу продуктів гідролізу сахарози, який каталізується іонами гідроксонію та кислими продуктами розпаду моносахаридів

Встановлено, що у процесі термічного оброблення кількість пектину у начинці закритого типу майже не змінюється, на відміну від начинки відкритого типу, вміст пектину у якій зменшується на 2%. Це пов’язано з тим, що начинка у виробах відкритого типу прогрівається до більш високої температури. При підвищеній температурі проходить процес гідролізу пектину, що призводить до деметоксилювання та деполімеризації. Ступінь етерифікації пектину у начинці відкритого типу зменшується на 2,8%, а у начинці закритого типу на 1,1 %. Каталізаторами процесу служать водневі іони.

Як зазначалося вище, що внесення камедей до складу начинок сприяє збільшенню кількості зв’язаної вологи та зменшенню кількості вільної вологи у виробах. Тому протягом 90 діб проводили визначення вмісту вологи борошняної частини здобного печива та начинки та порівнювали з показниками контрольного зразка.

Було відмічено, що у процесі зберігання відбувається зміна масової частки вологи як борошняної частини, так і начинки. Але для зразків з додаванням гідроколоїдів та контрольних зразків ця величина суттєво відрізняється.

Встановлено, що внесення сумішей гідроколоїдів уповільненню міграції вологи, ущільненню структури начинки та затримує процес кристалізації цукру у процесі зберігання готових виробів (табл. 2).

У процесі зберігання печива відкритого типу вміст вологи начинки зменшується на 3,8%, а у контрольного зразка відкритого типу – на 7,9%. У печива закритого типу вміст вологи начинки зменшується на 2,6%, а у контрольного зразка закритого типу – на 6,1%.

Таблиця 2

Зміна вмісту вологи печива з начинкою відкритого та закритого типу в процесі зберігання

Вміст вологи, % | Термін зберігання, діб

0 | 15 | 30 | 45 | 60 | 75 | 90

печиво з начинкою відкритого типу «Желейне»

начинка | 27,0 | 25,1 | 24,5 | 24,1 | 23,8 | 23,3 | 23,2

борошняний напівфабрикат | 7,8 | 7,9 | 8,0 | 8,1 | 8,1 | 8,1 | 8,1

контрольний зразок з начинкою відкритого типу

начинка | 23,1 | 20,0 | 18,3 | 17,0 | 16,5 | 15,2 | 15,2

борошняний напівфабрикат | 5,4 | 6,9 | 7,2 | 7,2 | 7,3 | 7,3 | 7,3

печиво з начинкою закритого типу «Трубочка желейна»

начинка | 27,2 | 26,6 | 25,3 | 25,1 | 24,7 | 24,5 | 24,6

борошняний напівфабрикат | 7,5 | 7,7 | 7,8 | 7,8 | 7,9 | 7,9 | 7,9

контрольний зразок з начинкою закритого типу

начинка | 24,1 | 21,5 | 20,1 | 19,3 | 18,2 | 18,0 | 18,0

борошняний напівфабрикат | 5,4 | 7,6 | 8,4 | 8,5 | 9,4 | 9,6 | 9,6

У процесі зберігання контролювали органолептичні показники: смак, запах, колір, стан поверхні та оцінювали їх за п’ятибальною шкалою. У зразках, які відповідали оцінці «відмінно» були відсутні порожнини всередині виробів, синерезис, зацукрювання начинки, зміна форми виробів.

Аналіз отриманих даних показав, що на протязі 60 діб печиво зберігає відмінні органолептичні показники, а після 90 діб погіршуються всі органолептичні показники якості. На підставі проведених досліджень можна зробити висновок, що здобне печиво з термостабільними желейними начинками може зберігатися протягом 60 днів без погіршення якості.

Розрахований комплексний показник якості здобного печива з начинками відкритого та закритого типу, який становить для печива «Желейне» – 0,95, для печива «Желейна трубочка» – 0,92 , що відповідає оцінці «відмінно».

висновки

Аналітичний огляд літературних джерел та проведені дослідження показали, що покращити термостабільні властивості желейних начинок можливо за рахунок удосконалення існуючих технологій шляхом раціонального використанн гідроколоїдів рослинного та мікробного походження.

1. Проведений аналіз вітчизняних та зарубіжних джерел показав, що серед добавок, які використовуються в харчовій промисловості у якості структуроутворювачів, гідроколоїди рослинного та мікробного походження посідають особливе місце. Ці добавки та їх комбінації виконують роль стабілізаторів, емульгаторів, загущувачів. Огляд літератури показав, що якість начинок, що використовуються при виробництві борошняних виробів, визначається стабільністю їх структури, стійкістю до дії температури, чого не можливо досягти використанням лише традиційної сировини.

2. Начинки, які виробляються за традиційною рецептурою, не мають необхідних термостабільних властивостей для отримання готових виробів з хорошими органолептичними показниками, а для виготовлення термостабільних начинок за новими технологіями використовуються низькоетерифіковані пектини та модифікований крохмаль, що значно підвищує ціну готових виробів, але желейні термостабільні начинки досліджені недостатньо.

3. Дослідження фізико-хімічних властивостей гідроколоїдів показали, що деформаційні характеристики розчинів гідроколоїдів рослинного та мікробного походження суттєво відрізняється у залежності від хімічної будови гідроколоїдів та концентрації розчинів. Встановлено, що гідроколоїди зв’язують воду у кількості у 15...32 разів більше їх власної маси. У процесі вивчення електрокінетичних властивостей гідроколоїдів встановлено, що найвищий електрокінетичний потенціал має камедь ксантана, камедь целюлозна і пектин, найменший – карагенан. На основі узагальнення отриманих результатів визначено співвідношення суміші гідроколоїдів з пектином, які доцільно використовувати при проведенні досліджень впливу гідроколоїдів на якість готових виробів.

4. Встановлено, що додавання гідроколоїдів сприяє підвищенню міцності структури начинок у порівнянні з контрольним зразком, до того ж ступінь зміцнення структури у моделей з вищенаведеними сумішами гідроколоїдів вищий, ніж при додаванні окремих гідроколоїдів. Досліджено адгезійні властивості термостабільних начинок в залежності від швидкості

відривання та дозування гідроколоїдів. Встановлено, що при збільшенні концентрації гідроколоїдів та їх сумішей міцність адгезії зменшується за рахунок посилення міжмолекулярної взаємодії.

5. Досліджено процеси, що відбуваються при випіканні-сушінні здобного печива з термостабільними начинками та вплив гідроколоїдів та їх сумішей на зміну температури начинок при нагріванні. Встановлено, що при додаванні гідроколоїдів у рецептуру термостабільних начинок збільшується енергія активації звґязку вологи з матеріалом, що гальмує процес видалення вологи при нагріванні. Це пояснюється різною міцністю структури та кількістю зв’язаної вологи.

6. На підставі теоретичних та експериментальних даних визначений склад та спосіб дозування сумішей гідроколоїдів у кількості 0,32% для начинки відкритого типу з додаванням камедей ксантана та рожкового дерева та для начинки закритого типу з додаванням 0,21 % камеді ксантана та камеді целюлозної, які рекомендовано застосовувати при виготовленні термостабільних начинок для борошняних виробів у якості вологозв’язуючих та структуроутворюючих агентів.

7. Встановлено, що у процесі термічного оброблення відбувається збільшення вмісту редукуючих речовин та зменшення кількості загального цукру, що свідчить про наявність процесів розпаду моноцукрів, вміст пектину у начинці відкритого типу зменшується на 2%, у начинці закритого типу майже не змінюється; ступінь етерифікації пектину у начинці відкритого типу зменшується на 2,8%, а у начинці закритого типу на 1,1 %.

8. Запропонована нова технологія виробництва здобного печива з термостабільними начинками, яка розглянута як велика система. Нова технологія була апробована на підприємствах: ПП „Деліція”, ТОВ „СЛОВ’ЯNКА”, якість готової продукції оцінена шляхом розрахунку комплексного показника якості, який мав значення 0,92...0,95, що відповідає оцінці «відмінно». Розрахована собівартість виготовлення нових видів печива з термостабільними начинками та основні економічні показники. Встановлено, що собівартість нових виробів на 0,9...1,9 % менша, ніж для аналогічних виробів, виготовлених за традиційною технологією

9. Отримано три деклараційних патенти: «Желейна термостабільна начинка», «Спосіб виробництва желейної термостабільної начинки», «Склад борошняного кондитерського виробу».

10. Встановлена ефективність використання гідроколоїдів для покращення властивостей желейних термостабільних начинок, розроблені рецептури та технологічні інструкції для здобного печива з желейними начинками відкритого та закритого типу. Розроблена нормативно-технічна документація на нові види здобного печива з термостабільними начинками відкритого та закритого типу – рецептури та технологічні інструкції на печиво «Желейне» та «Трубочка желейна» та проект технічних умов на саму начинку.

11. На дегустаційному конкурсі, який проходив в рамках виставки WORLD FOOD UKRAINE / ВЕСЬ СВІТ ХАРЧУВАННЯ Україна 2005 начинка желейна термостабільна отримала золоту медаль.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Використання гідроколоїдів у харчовому виробництві / Г.А. Кір’янова, І.Л. Корецька, В.В. Манк, В.О. Бахмач // Вісник Харківського державного технічного університету харчового господарства. „Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних і харчових виробництв”. – Харків, 2003. – Вип. 22. – С. 235.

2. Корецька І.Л., Кір’янова Г.А., Зінченко Л.В. Термостабільні властивості начинок // Харчова та переробна промисловість. – 2004. – №4 – С. 27.

3. Корецька І.Л., Кір’янова Г.А., Ковалевська Є.І. Реологічні властивості розчинів гідроколоїдів // Харчова та переробна промисловість. – 2006. – №1 – С. 19.

4. Пат. 70553 А України, МПК7 А23G3/00. Склад желейної термостабільної начинки / І.Л. Корецька, Г.А. Кір’янова (Україна); Національний університет харчових технологій. - № 20031211173; Заявл. 08.12.2003; Опубл. 15.10.2004, Бюл. № 10.

5. Пат. 59230 А України, МПК7 А23G3/00. Спосіб виробництва желейної термостабільної начинки / І.Л. Корецька, Г.А. Кір’янова (Україна); Національний університет харчових технологій. - № 20031211174; Заявл. 18.12.2003; Опубл. 15.10.2004, Бюл. № 10.

6. Пат. 70553 А України, МПК 7 А23G3/00. Склад борошняного кондитерського виробу / І.Л. Корецька, Г.А. Кір’янова (Україна); Національний університет харчових технологій. - № u200501397; Заявл. 15.02.2005; Опубл. 15.08.2005, Бюл. № 8.

7. Корецька І.Л, Кір’янова Г.А. Використання харчових гідроколоїдів у харчовому виробництві // Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості: Матеріали 69-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (22-24 квітня 2003 р.). – У 2 ч. – К.: НУХТ. – 2003. – Ч. 2. - С. 64.

8. Koretskaja I.L., Kirianova A.A. Prospects of hydrocolloids application in the confectionary industry // International Workshop “World of Inulin & fructose” Abstracts of Oral Communications and Posters (8-9 April) – Kiev, 2004 – C. 19.

9. Кір’янова Г.А., Корецька І.Л. Термогравіметричні дослідження фруктових начинок // Наукові здобутки молоді – вирішенню проблем харчування людства у 21 ст.: Матеріали