Дослідження технологічних властивостей харчового люпину і розробка способів використання його у хлібопекарській промисловості - Автореферат

Хлібобулочні вироби є продуктом повсякденного вживання, тому за допомогою регулювання їх хімічного складу можна впливати на харчовий раціон і стан здоровя людини. Значний внесок у дослідження проблеми біологічної цінності хліба та у розробку наукових і практичних основ нових технологій виробництва хлібобулочних виробів з підвищеним вмістом повноцінного білка внесли роботи Ауермана Л.Я., Ройтера І.М., Дробот В.І., Доценка В.Ф., Карнаушенко Л.І., Козьміної Н.Т., Корячкіної С.Я., Кретовича І.В., Опаріна В.О., Пучкової Л.І., Пащенко Л.П., Циганової Т.Б. та інших дослідників. Для найбільш ефективного використання насіння харчового люпину необхідно дослідити хлібопекарські властивості продуктів його переробки, підібрати оптимальний спосіб його технологічної підготовки з метою коригування процесу виробництва хлібобулочних виробів, що забезпечить отримання продукції високої якості. Таким чином, актуальною є розробка технології хлібобулочних виробів підвищеної харчової та біологічної цінності з використанням продуктів переробки харчового люпину, споживання яких сприятиме збалансованості харчових раціонів і вирішенню проблеми повноцінного білкового харчування. Дослідження виконувались відповідно до тематики науково-дослідних робіт кафедри технології хліба, кондитерських, макаронних виробів і харчоконцентратів “Розробка технології хлібобулочних виробів і харчоконцентратів оздоровчої дії”, що є розділом теми “Удосконалення технології хліба, борошняних кондитерських, макаронних і харчоконцентратних виробів, використання добавок рослинного і тваринного походження з метою інтенсифікації технологічних процесів, економії сировини, розроблення нових видів виробів підвищеної якості з цілеспрямованими властивостями”, яка координується з науковим напрямом Національного університету харчових технологій “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 фізичних методів аналізу”.У першому розділі “СПОСОБИ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ БІОЛОГІЧНОЇ НЕПОВНОЦІННОСТІ ХЛІБА” висвітлено проблему нестачі білка та амінокислот у сучасних екологічних умовах. Обєктами дослідження були такі ППЛ: борошно з цілозмеленого насіння білого безалкалоїдного люпину (БЛ) сортів “Дієта” і “Володимир” (ТУ 2240-93), борошно з солоду люпину (СЛ), борошно з екструдатів борошна і солоду люпину (ЕБЛ і ЕСЛ); борошно з цілозмеленого насіння сої (БС) сорту “Успіх-2”. Встановлено також, що в борошні з цілозмеленого насіння міститься 2,5 мг/кг СР вітаміну Е (?-токоферолу), кількість якого в процесі пророщування зростає більше ніж у 10 разів. Встановлено, що в СЛ активність ?-амілази та протеїназ у 2,4 та 8,7 разів відповідно вища, порівняно з активністю цих ферментів у пшеничному борошні. Екструдування БЛ і СЛ дає змогу значно знизити активність цих ферментів. ?-амілаза досліджуваних продуктів у 4…27 разів менш активна, ніж у пшеничному борошні, а фермент фітаза в БЛ і в СЛ в 2,5 і 5 разів відповідно активніше гідролізує фітати з утворенням вільного ортофосфату, порівняно з фітазою пшеничного борошна.Встановлено, що у солоді люпину, порівняно з вихідним насінням, зростає частка водорозчинних білкових речовин і ступінь їх засвоєння; знижується активність інгібіторів протеїназ (інгібітору трипсину - до нульових значень); підвищуються амінокислотні скори: за лізином на 4,9 %, валіном - на 4,6 %, ізолейцином - на 9,7 %, сірковмісними амінокислотами - на 4,2 %; зменшується вміст олігосахаридів; зростає активність ферментного комплексу, в т.ч. фітази, та вміст ?-токоферолу в 10,8 раз. Показано, що ППЛ збагачують хліб не лише збалансованим за амінокислотним складом білком, а й біологічно-активними речовинами: пектином, клітковиною, пентозанами, органічними кислотами, ?-токоферолом, мінеральними елементами, що підвищує ступінь забезпечення добової потреби організму людини в цих речовинах і поширює можливості такого хліба як функціонального харчового продукту. Дослідами з визначення комплексоутворювальної здатності хліба відносно іонів свинцю встановлено, що хліб, збагачений люпиновими продуктами, здатний на 56,4 % більше, порівняно з контролем, звязувати та виводити із організму людини токсичні речовини, що можна пояснити високим вмістом пектинових речовин і клітковини в ППЛ. Показано, що в хлібі з 10 % БЛ і СЛ вміст адсорбційно звязаної води на 8,6…13,9 % більший, ніж у хлібі без добавок, що повязано з внесенням з досліджуваними продуктами низькомолекулярних речовин і некрохмальних високомолекулярних полісахаридів, здатних міцно звязувати воду, що і зумовлює сповільнення процесу черствіння хліба з ППЛ. У результаті проведених досліджень розроблено і затверджено нормативну документацію на “Борошно люпинове харчове”, “Борошно із солоду люпину” та нові види хлібобулочних виробів з борошном із солоду люпину: хліб “Жовтневий” і булочку “Сонячну”.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень обгрунтовано доцільність і перспективність використання продуктів переробки харчового люпину для підвищення харчової і біологічної цінності хлібобулочних виробів.

Встановлено, що основними перевагами насіння харчового люпину, порівняно із соєю, є низький вміст інгібіторів протеолітичних ферментів шлунку людини; високий вміст легкозасвоюваних фракцій білка і, відповідно, інтенсивність його перетравлення in vitro; вдвічі більший вміст харчових волокон.

Поглиблено вивчено хімічний склад і технологічні властивості продуктів переробки харчового люпину, досліджено основні закономірності їх зміни в процесах технологічної підготовки насіння (пророщування, екструдування).

Встановлено, що у солоді люпину, порівняно з вихідним насінням, зростає частка водорозчинних білкових речовин і ступінь їх засвоєння; знижується активність інгібіторів протеїназ (інгібітору трипсину - до нульових значень); підвищуються амінокислотні скори: за лізином на 4,9 %, валіном - на 4,6 %, ізолейцином - на 9,7 %, сірковмісними амінокислотами - на 4,2 %; зменшується вміст олігосахаридів; зростає активність ферментного комплексу, в т.ч. фітази, та вміст ?-токоферолу в 10,8 раз. Це свідчить про підвищення харчової та біологічної цінності насіння люпину в процесі солодорощення.

Досліджено хлібопекарські властивості борошняних сумішей пшеничного борошна з ППЛ. Встановлено, що поряд з підвищеною активністю протеолітичних ферментів, ?-амілази і фітази, низькою активністю ?-амілази, ППЛ мають високий вміст нелетких органічних кислот, серед яких переважає молочна і, відповідно, високу титровану кислотність.

Визначено закономірності впливу ППЛ на найважливіші параметри технологічного процесу і якість хліба. Встановлено, що оптимальним з точки зору забезпечення належних структурно-механічних властивостей тіста та необхідного підвищення біологічної цінності хліба є дозування ППЛ не більше 10 % до загальної маси борошна.

Для приготування хліба з ППЛ встановлено доцільність використання опарного способу тістоприготування з внесенням досліджуваних продуктів у тісто. Обгрунтовано необхідність стадії термічного оброблення (заварювання) ППЛ у технологічному процесі виробництва хліба.

Методами експериментально-статистичного моделювання та оптимізації встановлено оптимальні дозування добавок для виробництва пшеничного хліба з внесенням 10 % СЛ: олії - 2 %, соєвого лецитину - 0,8 %, ФП Fungamyl Super - 0,00015 % до маси борошна.

Встановлено вплив ППЛ на перебіг мікробіологічних і біохімічних процесів у тісті. Доведено, що продукти з люпину підвищують на 3…6 % активність і на 8…18 % здатність до розмноження дріжджових клітин та пригнічують ріст і активність молочнокислих бактерій у 2,5…5,5 і 1,6…2,1 рази відповідно. Внаслідок високої активності ферментного комплексу ППЛ активізується гідроліз крохмалю та білків у тісті, збільшується накопичення цукрів і водорозчинного азоту, що зумовлює прискорення швидкості газоутворення, скорочення тривалості дозрівання тіста.

Визначено вплив борошна з цілозмеленого насіння та борошна з його солоду на структурно-механічні властивості тіста. Встановлено, що внесення ППЛ у тісто підвищує його водопоглинальну здатність на 2,7…4,2 % і вязкість на 21,7…39,2 %, укріплює клейковину. Підвищення вязкості тіста затримує розвиток деформації текучості, що зумовлює зменшення його розпливання. Оскільки для такої структури характерні низькі пружно-еластичні деформації, це призводить до зменшення обєму тістових заготовок і готових виробів.

Внесення продуктів з люпину у пшеничне тісто істотно змінює фракційний склад його білків, збільшуючи частки водорозчинної та “проміжної” фракцій і зменшуючи частку клейковини. Термічне оброблення (заварювання) ППЛ дає змогу збільшити вміст сирої клейковини та покращити її якість.

Показано, що ППЛ збагачують хліб не лише збалансованим за амінокислотним складом білком, а й біологічно-активними речовинами: пектином, клітковиною, пентозанами, органічними кислотами, ?-токоферолом, мінеральними елементами, що підвищує ступінь забезпечення добової потреби організму людини в цих речовинах і поширює можливості такого хліба як функціонального харчового продукту. При внесенні 10 % ППЛ до загальної маси борошна середньодобове вживання хліба (близько 300 г) забезпечує покриття добової потреби організму в білку на 57,9…61,4 %. У хлібі з БЛ і СЛ скор за першою лімітуючою амінокислотою лізином на 11,7 та 13,5 % відповідно вищий, порівняно з хлібом без добавок.

In vitro доведено, що швидкість перетравлення білкових речовин хліба з БЛ і СЛ на пепсиновій і трипсиновій стадіях вище, порівняно з контрольним зразком, у 1,5…3,0 і 2,0…4,1 рази відповідно.

Дослідами з визначення комплексоутворювальної здатності хліба відносно іонів свинцю встановлено, що хліб, збагачений люпиновими продуктами, здатний на 56,4 % більше, порівняно з контролем, звязувати та виводити із організму людини токсичні речовини, що можна пояснити високим вмістом пектинових речовин і клітковини в ППЛ.

Показано, що в хлібі з 10 % БЛ і СЛ вміст адсорбційно звязаної води на 8,6…13,9 % більший, ніж у хлібі без добавок, що повязано з внесенням з досліджуваними продуктами низькомолекулярних речовин і некрохмальних високомолекулярних полісахаридів, здатних міцно звязувати воду, що і зумовлює сповільнення процесу черствіння хліба з ППЛ.

У результаті проведених досліджень розроблено і затверджено нормативну документацію на “Борошно люпинове харчове”, “Борошно із солоду люпину” та нові види хлібобулочних виробів з борошном із солоду люпину: хліб “Жовтневий” і булочку “Сонячну”. Технології нових видів виробів пройшли апробацію у виробничих умовах.

Розрахунок очікуваної економічної ефективності використання борошна із солоду люпину при виробництві хлібобулочних виробів з підвищеним вмістом білка показав, що порівняно з виробами, збагаченими молочним білком, хліб з СЛ має меншу виробничу собівартість, за рахунок чого економія складе 107,60 грн. на 1 т готової продукції.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Арсеньєва Л.Ю., Бондар Н.П., Головченко О.В. Використання насіння люпину для виробництва високобілкових харчових продуктів // Вісник ДОНДУЕТ. 2003. - № 1 (17). - С. 79 - 83.

Ферментативна активність та хлібопекарські властивості борошна з насіння бобових культур та їх солодів / Л.Ю. Арсеньєва, О.В. Борисенко, В.М. Махинько, Н.П. Бондар, О.Л. Карнаушенко // Вісник ХДТУСГ. - Вип. 22. - Харків. - 2003. - С. 189 - 195.

Склад і перетравлюваність білкових речовин продуктів перероблення бобових / Л.Ю. Арсеньєва, О.В. Борисенко, Н.П. Бондар та ін. // Наукові праці НУХТ. - 2004. - № 15. - С. 51 - 54.

Перспективи та безпечність використання насіння білого люпину для виробництва харчових продуктів / Г.О. Богданов, О.В. Головченко, Л.Ю. Арсеньєва, Н.П. Бондар // Вісник аграрної науки. - 2004. - № 11. - С. 57-60.

Оцінка харчової цінності та безпечності використання борошна з насіння бобових / Л.Ю. Арсеньєва, Н.П. Бондар, В.Ф. Доценко, О.В. Головченко // Хранение и переработка зерна. - 2004. - № 5 (59). - С. 48 - 50.

Дослідження фракційного складу білкових речовин продуктів переробки насіння бобових та тіста з цими продуктами / Л.Ю. Арсеньєва, О.В. Борисенко, Н.П. Бондар, В.М. Махинько, Б.І. Хіврич, В.Ф. Доценко // Вестник НТУ “ХПИ”. - 2004. - № 29. - С. 78 - 84.

Арсеньєва Л.Ю., Бондар Н.П., Усатюк С.І. Комплексоутворювальна здатність хліба з продуктами переробки люпину // Хранение и переработка зерна. - 2005. - № 6 (72). - С. 56 - 58.

Пат. 70705 А України, МПК7 А21D8/02. Спосіб виробництва пшеничного хліба / Л.Ю. Арсеньєва, Н.П. Бондар, В.М. Махинько, О.В. Борисенко -

№ 20031212249; Заявл. 24.12.2003. Опубл. 15.10.2004, Бюл. № 10.

Пат. 62463 А України, МПК7 А21D8/02. Спосіб виробництва пшеничного хліба з підвищеним вмістом білка / Л.Ю. Арсеньєва, Н.П. Бондар, О.В. Головченко, В.Ф. Доценко - № 2003032653; Заявл. 27.03.2003; Опубл. 15.12.2003, Бюл. № 12.

Ферментативна активність борошна з насіння бобових культур та їх солодів / Л.Ю. Арсеньєва, О.В. Борисенко, В.М. Махинько, Н.П. Бондар, Б.І. Хіврич // Харчова промисловість. Додаток до журналу № 3. - 2004. - С. 90 - 91.

Антиаліментарні складові насіння бобових культур та продуктів їх переробки у складі хліба / Л.Ю. Арсеньєва, Б.І. Хіврич, В.М. Махинько, Н.П. Бондар, О.В.Борисенко // Матеріали науково-техн. конф. “Безпечність продуктів харчування вітчизняного виробництва” - К. - 2003. - С. 52 - 54.

Бондар Н.П., Арсеньєва Л.Ю. Перспективність використання продуктів переробки білого люпину в хлібопекарському виробництві // Програма і матеріали 69-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Ч. ІІ - К.: НУХТ. - 2003. - С. 59.

Визначення вмісту антипоживних речовин продуктів переробки насіння бобових у складі хліба / О.В. Борисенко, В.М. Махинько, Н.П. Бондар, Л.Ю. Арсеньєва // Програма і матеріали 70-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Ч. ІІ - К.: НУХТ. - 2004. - С. 55.

Бондар Н.П., Борисенко О.В., Арсеньєва Л.Ю. Визначення комплексоутворювальної здатності харчових волокон продуктів рослинного походження // Програма і матеріали 71-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Ч. ІІ - К.: НУХТ. - 2005. - С. 53.

Підвищення ефективності використання насіння бобових у продуктах харчування / Л.Ю. Арсеньєва, В.М. Махинько, Н.П. Бондар та ін. // Сб. науч. стат. ОЦНТЭИ. - Одесса: ОЦНТЭИ - 2004. - С. 10 - 15.

Комплексоутворювальна здатність хліба з продуктами переробки люпину / Л.Ю. Арсеньєва, Н.П. Бондар, О.В. Борисенко, С.І. Усатюк // матеріали ІХ міжн. науково-техн. конф. “Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодення і перспективи” - К.: НУХТ, 2005. - С. 107 - 108.

Особистий внесок: участь у проведенні аналітичного огляду літературних джерел, експериментальних досліджень, узагальненні результатів, підготовці матеріалів до публікації [1, 4];

участь у проведенні патентного пошуку, підготовці формули винаходу, проведенні експериментальних досліджень, обробці результатів і написанні заявки на винахід [5, 6];

участь у проведенні експериментальних досліджень, обробленні результатів, підготовці матеріалів до публікації [3, 7, 8, 11, 14, 15, 16];

участь у проведенні експериментальних досліджень, обробці результатів [2, 9, 10, 12, 13].