Текст книги "Разработка технологии производства хлеба с применением электроконтактного способа выпечки"

Разработка технологии производства хлеба с применением электроконтактного способа выпечки

Введение

На современном этапе развития хлебопекарной промышленности проблема расширения ассортимента хлебобулочных изделий лечебнопрофилактического назначения является актуальной. Существенный интерес вызывает разработка теоретических основ и практических аспектов использования интенсивных технологий приготовления хлеба, в частности, производство его бескоркового вида с применением электроконтактного (ЭК) способа выпечки. Использование ЭК-энергоподвода позволяет не только ускорить стадию выпечки, замедлить скорость расщепления углеводов хлеба организмом человека, снизить образование нежелательных веществ, неусвояемых соединений, но и повысить биологическую ценность продукта.

Значительный вклад в изучение особенностей ЭК-выпечки хлеба внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые: Ауэрман Л.Я., Островский Я.Г., Гинзбург А.С., Baker J.C., Mize M.D. и др.

Однако, известные исследования проведены в разных условиях, посвящены решению отдельных вопросов, результаты по некоторым проблемам противоречивы, в результате чего оптимальной технологии производства хлеба с применением ЭК-способа выпечки до сих пор не разработано.

В связи с этим, дальнейшее совершенствование технологии производства хлеба с применением ЭК-способа выпечки на основе комплексных исследований и системного подхода весьма актуально.

Данная работа посвящена изучению закономерностей ЭК-выпечки и разработке технологии производства хлеба с применением данного способа выпечки.

1 Анализ ассортимента лечебно-профилактических сортов хлеба, способов выпечки и проблемы хранения хлеба

1.1 Потребления хлебобулочных изделий в РФ

Хлеб является одной из важнейших составляющих рациона питания человека. Величина потребления хлеба человеком колеблется в широких пределах, зависит от возраста, пола, состояния здоровья и других факторов. В настоящее время уровень среднесуточного потребления хлеба в России составляет от 120 до 125 кг в год (от 325 до 345 г в сутки), в том числе: для городского населения от 98 до 100 кг в год (от 245 до 278 г в сутки); сельского – от 195 до 205 кг в год (от 490 до 540 г в сутки) [1, 2]. Такие высокие показатели делают его одним из важнейших источников покрытия потребности человека в пищевых веществах и энергии [3].

Ассортимент хлебобулочных изделий РФ характеризуется большим разнообразием. Структура ассортимента представлена следующими основными группами: хлеб из пшеничной муки, хлеб из ржаной муки, хлеб из смеси пшеничной и ржаной муки, булочные изделия, сдобные изделия, бараночные, сухарные и другие изделия.

В настоящее время хлебопекарной промышленностью РФ вырабатывается более 140 наименований хлебобулочных изделий. При этом потребность в хлебопекарной продукции профилактического и диетического назначения удовлетворяется лишь на от 10 % до 20 % [1].

Основная задача хлебопекарной промышленности заключается в обеспечении полноценными и безопасными для здоровья хлебобулочными изделиями всех детерминированных групп населения.

Согласно современным тенденциям науки о питании ассортимент хлебобулочной продукции должен быть расширен выпуском изделий улучшенного качества, повышенной пищевой ценности, профилактического и диетического назначения [1, 4, 5].

1.2 Ассортимент лечебно-профилактических сортов хлеба

Ассортимент лечебно-профилактических хлебобулочных изделий можно подразделить на следующие основные группы: бессолевые, с пониженной кислотностью, с пониженным содержанием белка, с повышенным содержанием пищевых волокон, с добавлением лецитина, с повышенным содержанием йода, повышенной белковой, минеральной и витаминной ценностью, с пониженным содержанием углеводов [6, 7].

Бессолевые хлебные изделия предназначены для питания людей с заболеваниями почек, сердечно-сосудистой системы, гипертонии и лицам, находящимся на гормонотерапии. К этой группе хлебобулочных изделий относят ахлоридный хлеб, хлеб бессолевой обдирный, сушки бессолевые и сухари ахлоридные [8].

Хлебобулочные изделия пониженной кислотности рекомендуются для людей с гиперацидным гастритом и язвенной болезнью. Разработанные технологии приготовления булочек и сухарей с пониженной кислотностью предусматривают минимальное накопление кислореагирующих соединений [9, 10].

Для питания больных с хронической почечной недостаточностью и другими заболеваниями, связанными с нарушением белкового обмена, разработана группа хлебобулочных изделий с пониженным содержанием белка. Как отмечает Дубцов Г.Г., Севериненко С.М. и др. [11, 12], наиболее часто этот вид хлебных изделий изготавливают на основе пшеничного крахмала или рисовой муки с добавлением молочного белка. За рубежом известен способ приготовления безбелкового хлеба на основе специальных порошковых смесей [13–16]. Так, в Германии производится несколько типов таких смесей, в состав которых входят различные виды крахмала (кукурузный, картофельный, пшеничный), загустители и витамины [17]. Предлагают использовать в качестве основы данного вида хлебных изделий продукт под названием «лечебный крахмал».

В работах Пучковой Л.И., Матвеевой И.В., Риго Я. И др. [18–20] отмечено, что для профилактики атеросклероза, сахарного диабета, ишемической болезни сердца, атонии кишечника рекомендуется употребление пищи с повышенным содержанием пищевых волокон. Это обусловлено свойствами пищевых волокон регулировать двигательную функцию желудочно-кишечного тракта и желчного пузыря, улучшать состав микрофлоры толстой кишки, снижать уровень холестерина в крови, влиять на почечно-кишечную циркуляцию желчных пигментов и кислот, выводить из организма токсичные и канцерогенные вещества и рядом других свойств [21, 22]. Поэтому большое распространение находят хлебобулочные изделия с повышенным содержанием пищевых волокон.

Дудкин М.С., Демчук А.П., Чумаченко Н.А. и др. [23–26] к наиболее ценным продуктам, богатым пищевыми волокнами относят отруби зерновых культур. Обогащение хлеба пищевыми волокнами приводит к снижению его калорийности [27]. При производстве такого хлеба отечественные и зарубежные исследователи рекомендуют использовать муку грубого помола, кукурузные и соевые отруби, короткозерный рис, подвергшийся тепловой обработке и другое сырье, богатое пищевыми волокнами [28–31].

В Великобритании при приготовлении низкокалорийных хрустящих хлебцев используют от 30 % до 90 % пшеничных отрубей [32, 33]. В США разработан способ приготовления хлебобулочных изделий из отрубей с добавлением яичного желтка или лецитина [34]. В РФ наиболее часто вырабатываются отрубные батоны, хлебцы докторские и хлеб русский [7, 8].

Цыганова Т.Б. [35] отмечает, что в последнее время в хлебопекарной промышленности нашли применение синтетические пищевые волокна, такие как микрокристаллическая целлюлоза. Но более часто используют натуральные отруби различных зерновых культур, как грубые, так и тонкодиспергированные, что отражено в работах Кузьминского Р.В., Щербатенко В.В., Петраш И.П., Huber H. и др. [36, 37].

В РФ и за рубежом развивается производство и потребление диетических сортов хлеба из дробленого зерна [36, 38–42].

Для обогащения хлеба пищевыми волокнами используются продукты переработки фруктов и овощей [26, 43–45], различные зерновые и бобовые культуры [46–48] и другие виды сырья [49–51].

Большое внимание уделяется повышению пищевой ценности хлеба. Разрабатывают сорта хлебобулочных изделий с повышенным содержанием белков, минеральных веществ и витаминов.

Повышения белковой ценности хлеба добиваются внесением в рецептуру хлеба дополнительных видов сырья с высоким содержанием белка, полноценного по аминокислотному составу [52, 53]. В работах Цыгановой Т.Б., Петраш И.П., Патта В.И. и др. [54–63] из продуктов животного происхождения для этой цели рекомендуется применять молочные продукты (различные виды молока, сыворотки, молочнобелковых концентратов), продукты мясной и рыбной промышленности (рыбная мука, препараты кровяного белка и др.), сухой яичный белок. При внесении молока хлеб обогащается еще и дефицитным для него кальцием и витамином В₂. Из высокобелковых продуктов растительного происхождения наибольший интерес представляют продукты, полученные из бобов сои, гороха, кукурузы и др. [64–66].

При минеральном обогащении хлеба целесообразно повышать содержание дефицитного для него кальция. Идеальным обогатителем в этом отношении Дубинская А.П., Шак Л.И. и др. [53, 67, 68] считают сухое обезжиренное молоко. В Англии известен способ обогащения хлеба кальцием путем добавления тонкодиспергированного мела [6, 69]. Минеральную ценность хлеба повышают также путем внесения порошка яичной скорлупы, альбуминового молока и других продуктов [70–72].

Как свидетельствует отечественный и зарубежный опыт, для повышения витаминной ценности, хлеб целесообразно обогащать витаминами В₁, В₂ и РР. Это связано с относительно хорошей их сохраняемостью в процессе приготовления хлеба. Дубцов Г.Г., Люшинская И.И., Дробот В.И. и др. [73–79] предлагают для повышения витаминной и минеральной ценности хлеба в его рецептуру вносить измельченные сухие плоды шиповника, шрот облепихи, сборы лечебных трав и растений, продукты переработки фруктов, ягод и другое сырье.

Поландова Р.Д., Корячкина С.Я. и др. [73, 80–84] считают, что перспективным видом нетрадиционного сырья для хлебопечения являются порошкообразные продукты из плодов и овощей. Они представляют собой концентраты исходного сырья и содержат в значительных количествах полезные человеку биологически активные вещества.

Хлебобулочные изделия с добавлением лецитина рекомендуют для профилактики заболеваний печени, атеросклероза, ожирения, нервного истощения и пониженной функции кишечника. К этой группе хлебобулочных изделий относят хлеб и батон амурские, булочки диетические с лецитином, соевый хлебец, рогалик «здоровье», хлебцы диетические отрубные с лецитином [8, 10].

При заболеваниях щитовидной железы и сердечно сосудистой системы в рационе питания человека целесообразно использовать продукты с повышенным содержанием йода. Щербатенко В.В., Патт В.А., Мишучкова Т.В. [85, 86] предлагают включать в рецептуру хлеба либо препарат химически чистого йодистого калия, либо морскую капусту.

Хлебобулочные изделия с пониженным содержанием углеводов рекомендуются для питания людям с сахарным диабетом, получившим ожоговую травму, при ожирении, остром ревматизме. При производстве таких изделий тесто приготавливают на основе клейковины (сырой или сухой), в рецептуру включают отруби, яичный белок, сорбит (или ксилит) и т.д. [87, 88]. В ассортимент данной групп хлебобулочных изделий, вырабатываемых в РФ, входят: хлеб белково-пшеничный, хлеб белково-отрубной, булочки с добавлением яичного белка, хлеб ржаной диабетический, хлеб молочно-отрубной, булочки с сорбитом. Однако расширение производства диабетических сортов хлебобулочных изделий сдерживается сложностью и неэкономичностью технологического процесса.

1.3 Перспективные направления в создании технологии диабетических сортов хлеба

Существующие направления разработки технологии и ассортимента диабетических сортов хлеба основаны на уменьшении содержания углеводов и повышении массовой доли белковых веществ. Это приводит к необходимости изыскания сырьевых ресурсов пищевого белка, усложнению технологического процесса, снижению потребительских свойств готовой продукции.

Сотрудники МТИПП и Института питания АМН РФ [89] предложили новое направление в создании технологии диабетических сортов хлеба. Оно основано на возможности регулирования скорости накопления глюкозы в процессе переваривания и всасывания углеводов хлеба в организм человека. Проведенные комплексные исследования показали, что химический состав и технология производства хлебобулочных изделий являются важными регуляторами динамики усвояемости углеводов хлеба. Выявлены зависимости скорости гидролиза углеводов хлеба от рецептуры хлеба (сорт муки; вид моно– и дисахаридов; состав жировых продуктов и их количество), способа тестоприготовления, физикохимических параметров технологического процесса, а также способа выпечки. Результаты исследований показали, что интенсивность расщепления углеводов хлеба существенно зависит от способа его выпечки (Приложение А).

Полученные результаты показали целесообразность использования для замедления интенсивности гидролиза углеводов и снижения гликемического индекса хлеба ЭК-способа выпечки [89, 90].

Таким образом, на сегодняшний день известен ряд новых направлений расширения ассортимента хлебобулочных изделий профилактического и диетического назначения. Создание такого вида хлебобулочных изделий базируется на формировании у них определенных свойств. Следует отметить, что большинство исследователей решают эту проблему путем введения или исключения из рецептуры того или иного компонента. Одно из перспективных направлений в создании технологий диабетических сортов хлеба основывается на возможности регулирования скорости расщепления углеводов хлеба в организме человека. В рамках этого направления отмечена возможность формирования нужных свойств продукта изменением технологических режимов его приготовления. В частности, существенное влияние на процесс расщепления углеводов хлеба оказывает способ выпечки. Исследователи отмечают целесообразность использования при разработке технологических режимов выпечки диабетических сортов хлеба для замедления процесса усвояемости его углеводов ЭК способа выпечки.

1.4 Классификация способов выпечки хлеба

Выпечка является заключительной стадией приготовления хлеба, окончательно формирующей его качество. Выпечка – это процесс прогрева расстоявшихся тестовых заготовок, приводящий к их превращению из состояния теста в состояние хлеба.

С точки зрения подвода или генерации тепла, вызывающего прогрев теста-хлеба, все известные способы выпечки можно классифицировать следующим образом [6]:

– способы, при которых тепло к выпекаемому тесту-хлебу подводится извне:

1) радиационно-конвективная (РК) выпечка в обычных хлебопекарных печах;

2) выпечка в печах с генераторами инфракрасного (ИК) (коротковолнового) излучения;

3) выпечка в замкнутых камерах в атмосфере пара, осуществляемая одним из двух возможных способов:

а) выпечка в атмосфере насыщенного пара;

б) начало выпечки – в атмосфере насыщенного пара, завершение выпечки – в атмосфере нагретого пара;

– способы, при которых тепло выделяется в массе прогреваемой тестовой заготовки:

1) выпечка с применением электроконтактного прогрева (ЭКвыпечка);

2) выпечка в электрическом поле токов высокой частоты (ВЧвыпечка).

– способы выпечки с комбинированным прогревом выпекаемого теста-хлеба:

1) выпечка в хлебопекарных печах с одновременным ВЧ и ИК прогревом тестовой заготовки;

2) выпечка с последовательным прогревом – сначала ВЧ и затем ИК-способами;

3) выпечка с одновременным ЭК и ИК прогревом;

4) выпечка с последовательным нагревом – сначала ЭК и затем ИК способами.

Традиционным, наиболее часто применяемым способом энергоподвода является РК-выпечка. Остальные виды энергоподвода применяются редко и поэтому относятся к нетрадиционным способам выпечки.

1.5 Процессы, происходящие при выпечке хлеба

Практически вся масса хлеба и хлебобулочных изделий, производимых хлебопекарной промышленностью, выпекается РКспособом. Для этого обычно применяют печи, в которых тепло выпекаемому тесту-хлебу передается, в основном, термоизлучением и конвекцией (при температуре теплоотдающих поверхностей от 300^оС до 400^оС и среды пекарной камеры от 200^оС до 250^оС).

Момент готовности хлеба определяется переходом тестовой заготовки в состояние хлеба, что сопровождается целым комплексом процессов – физических, микробиологических, коллоидно-химических и биохимических [6].

Основным, определяющим все остальные процессы и изменения, является прогрев тестовой заготовки.

Тестовая заготовка, имеющая после расстойки температуру около 30^оС, попадая в увлажненную и нагретую паровоздушную среду пекарной камеры, начинает быстро прогреваться. В начальной стадии выпечки на поверхности тестовой заготовки из окружающей среды конденсируются пары воды, ускоряя прогрев теста. Спустя некоторое время конденсация влаги прекращается и начинается ее испарение сначала с поверхности, затем из тонкого слоя теста и далее из зоны испарения. В процессе выпечки, зона испарения медленно углубляется к центру изделия, толщина корки постепенно увеличивается. Влага из зоны испарения в виде пара частично удаляется через пористую корку в пекарную камеру, а другая часть, также в виде пара, устремляется к центру тестовой заготовки, образуя в нем зону внутренней конденсации. Внутреннее перемещение влаги в выпекаемом хлебе обусловленно разностью концентраций влаги и разностью температур в отдельных участках тестовой заготовки.

К концу выпечки температура в центре мякиша приближается к 100^оС, причем слои, граничащие с поверхностью имеют более высокую температуру.

В процессе выпечки происходит изменение объема теста-хлеба. Тестовая заготовка, помещенная в печь, сразу же начинает быстро увеличиваться в объеме. Постепенно прирост объема замедляется и, вскоре, совсем прекращается. Достигнутые к этому моменту объем и форма хлеба сохраняются неизменными до конца процесса выпечки.

Изменение объема теста-хлеба в процессе выпечки вызывается и обуславливается протекающими в выпекаемом куске теста в результате его прогревания физическими, микробиологическими и коллоидными процессами. Замедление и прекращение прироста объема выпекаемого куска теста-хлеба вызывается образованием корки на поверхности выпекаемого хлеба, а под коркой – утолщающегося слоя мякиша.

Изменение температуры теста влияет на ход коллоидных процессов. До 30^оС клейковина набухает. Дальнейшее повышение температуры ведет к снижению ее способности набухать. Примерно при от 60^оС до 70^оС белковые вещества теста денатурируют и свертываются, освобождая воду, поглощенную при набухании.

Крахмал по мере повышения температуры набухает интенсивнее, особенно при от 40^оС до 60^оС (начало клейстеризации). Вместе с тем, ввиду ограниченного количества воды в тесте, крахмал в хлебе остается в полуклейстеризованном состоянии, частично сохраняя кристаллическую структуру.

Процесс клейстеризации крахмала и коагуляции белков обуславливает переход тестовой заготовки в состояние мякиша, изменяя структурно-механические свойства теста-хлеба и фиксируя пористую структуру теста, которое оно имело к этому моменту.

Жизнедеятельность бродильной микрофлоры изменяется по мере прогревания теста-хлеба в процессе выпечки.

Дрожжевые клетки до температуры 36^оС ускоряют процесс брожения и газообразования до максимума. При повышении температуры свыше 45^оС газообразование резко снижается, в результате угнетения жизнедеятельности дрожжей. Кислотообразующие бактерии развиваются в соответствии со своим оптимумом. По мере прогревания теста их жизнедеятельность сначала возрастает, затем замедляется и позже совсем прекращается. Вследствии незначительного количества свободной влаги в мякише и кратковременным повышением температуры выше 90^оС часть бродильной микрофлоры в центральной части мякиша может находиться в жизнеспособном состоянии. Более высокая температура внешних слоев хлеба приводит к полной остановке жизнедеятельности бродильной микрофлоры.

При выпечке в тестовой заготовке происходит ряд биохимических процессов и изменений.

В начальный период выпечки в тесте-хлебе продолжают образовываться незначительные количества спирта, углекислого газа, молочной кислоты и других продуктов брожения.

При выпечке теста-хлеба, содержащийся в нем крахмал, прошедший первые стадии клейстеризации, частично гидролизуется. В результате этого содержание крахмала в тесте-хлебе снижается.

Пока амилазы теста вследствии повышения температуры еще не инактивированы, они способствуют гидролизу крахмала. В ржаном тесте в значительной мере происходит кислотный гидролиз крахмала.

Сахара, образующиеся при выпечке в результате амилолиза крахмала, в первой части периода выпечки частично расходуются на брожение.

В процессе выпечки хлеба резко увеличивается количество водорастворимых веществ, особенно углеводов.

Белково-протеиназный комплекс претерпевает ряд изменений, связанных с его прогревом: возрастает атакуемость белковых веществ; пока протеолитические ферменты активны происходит протеолиз; растворимость белковых веществ до температуры 70^оС возрастает, после 70^оС – ввиду термической денатурации белка – резко снижается.

Следует отметить некоторые особенности процессов и изменений, происходящих в корке и существенно влияющих на качество хлеба. Это связано с более быстрым прогревом и более высокой температурой поверхностных слоев выпекаемого теста-хлеба.

В корке содержится значительно больше водорастворимых веществ и декстринов, чем в мякише. Однако ферментативный гидролиз играет в этом не ведущую роль, т. к. ферменты в поверхностных слоях инактивируются очень быстро. Накопление декстринов и вообще водорастворимых веществ в корке хлеба при выпечке в значительной мере объясняется термическим изменением крахмала, и в частности, его декстринизацией (температура поверхности корки достигает 180^оС, а середины корки 130^оС).

Под воздействием высоких температур в корке протекает реакция меланоидинообразования, определяющая интенсивность окраски хлеба. Процесс меланоидинообразования при повышенных температурах протекает значительно быстрее. Поэтому именно корка и является при выпечке тем слоем теста-хлеба, в котором происходит процесс образования меланоидинов. Придавая хлебу привлекательный вид данная реакция неблагоприятно сказывается на его пищевой ценности.

Пономаревой А.Н. [91] изучалось изменение содержания свободных аминокислот при выпечке хлеба. Было установлено, что содержание свободных аминокислот в мякише хлеба или снижалось незначительно, или даже несколько возрастало по сравнению с их содержанием в тесте. Содержание же всех определявшихся свободных аминокислот в корке хлеба резко снижалось (примерно в 2 раза, по сравнению с тестом перед выпечкой). Было установлено, что в корке хлеба содержание свободных аминокислот снижалось вследствии «расходования» их на процесс меланоидинообразования.

Ауэрман Л.Я. [6] приводит данные Баума Ф. о «потери» лизина белков теста-хлеба в процессе выпечки. В результате выпечки содержание этой незаменимой и дефицитной аминокислоты в белках хлеба снижается на от 28 % до 33 %, а в корке на от 72 % до 75 % от ее содержания в тесте перед выпечкой. С этим, вероятно, связано и снижение биологической ценности белка хлеба в процессе его выпечки, также отмеченное в работах Кретовича В.Л., Нечаева А.П., Поландовой Р.Д., Скурихина И.М. и др. [91–96].

Снижение биологической ценности хлеба в процессе выпечки происходит также и за счет термического разрушения витаминов [6, 93, 97]. Наименее стабилен при выпечке витамин С (аскорбиновая кислота), витаминная активность в выпеченном хлебе которого сохраняется лишь 15 % от количества его, содержащегося в тесте. Относительно нестабильны при выпечке витамины В₁, В₂ и Е. В корке содержание этих витаминов существенно снижается. В мякише это происходит в меньшей степени и лишь при длительной выпечке. Наиболее стабилен в процессе выпечки витамин РР.

Шевелевой Г.И. было изучено влияние способа выпечки на сохранность витаминов в процессе выпечки [98]. Образцы хлеба выпекались следующими способами: ЭК, РК, ИК, СВЧ-прогревом и комбинированным (ИК и СВЧ прогревом).

Установлено, что витамины наилучшим образом сохранялись при ЭК и СВЧ прогреве. Наибольшие потери витаминов наблюдались при РК и ИК прогреве выпекаемого теста-хлеба.

Анализируя влияние традиционного способа выпечки на пищевую ценность хлеба, Скурихин И.М. [93] отмечает, что в процессе выпечки связывается до 25 % белков, витаминов, аминокислот, снижается активность ферментов и многих биологически активных соединений. Кроме того, высокая температура корки хлеба способствует накоплению в ней продуктов полимеризации жиров, полициклических ароматических углеводов, различных окисных веществ. Особое внимание Скурихин И.М. обращает на образование наиболее нежелательного представителя полициклических углеводов – бенз-α-пирена. Бенз-α-пирен является сильным канцерогеном и относится к веществам, способствующим развитию онкологических заболеваний. В корке он может накапливаться до 0,5 мкг/кг.

Потребление неусвояемых организмом соединений, накапливающихся в поджаренной корке, может вызвать механическое раздражение стенок желудка. Поэтому не рекомендуется злоупотреблять поджаренными продуктами, а людям с заболеваниями желудочно-кишечного тракта следует избегать их.

Определенный интерес, в связи с этим, приобретают способы выпечки, при которых не образуется традиционной корки, такие как ЭК, ВЧ и СВЧ.