На правах рукописи

МИНЕВИЧ ИРИНА ЭДУАРДОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН

ЛЬНА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и

переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в ГНУ ВНИПТИМЛ Россельхозакадемии и Московском государственном университете технологий и управления

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор, Цыганова Татьяна Борисовна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор, Щербакова Ольга Евгеньевна кандидат технических наук, доцент, Байков Валерий Григорьевич

Ведущая организация ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт льна Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится «11» декабря 2009 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.122.02 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» по адресу: 109803, Москва, ул. Талалихина, 31, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУТУ

Автореферат размещен на сайте ГОУ ВПО МГУТУ www.mgutm.ru Автореферат разослан: «11» ноября 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Р.К.Еркинбаева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Питание оказывает определяющее влияние на длительность жизни и активное состояние человека. Формирование рациона здорового питания на основе концепции сбалансированности пищевых веществ диктует необходимость создания продуктов с повышенной пищевой ценностью.

Одним из направлений повышения пищевой ценности продуктов, в частности хлебобулочных и кондитерских изделий, является использование в рецептурах добавок биологически ценного растительного сырья. Большой вклад в разработку технологий обогащенных хлебобулочных и кондитерских изделий внесли Ауэрман Л.Я., Кретович В.Л., Пащенко Л.П., Поландова Л.Я., Пучкова Л.И., Цыганова Т.Б.и др.

Богатым источником биологически активных веществ являются семена льна, их лечебные свойства известны на протяжении столетий и признаны официальной медициной. Семена льна характеризуются наличием таких пищевых функциональных веществ, как белки с полноценным аминокислотным составом, эссенциальные полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) с преобладающим содержанием линоленовой (-3) кислоты, пищевые волокна. В настоящее время семена льна используются, в основном, в качестве сырья для выработки льняного масла. В то же время количественный и качественный состав белков семян льна свидетельствует о перспективности их применения в качестве источника белка для повышения биологической ценности хлебобулочных и кондитерских изделий.

Однако белковые продукты из семян льна на территории России не вырабатываются.

Семена льна и продукты их переработки отличаются по своим технологическим и функциональным свойствам от традиционного сырья хлебопекарного и кондитерских производств. В связи с этим необходимы научные и практические исследования по их внедрению в пищевые технологии. Использование семян льна и продуктов их переработки: муки с различным содержанием липидов и белка, белкового концентрата, позволит расширить сырьевую базу, прежде всего, хлебопекарной и кондитерской отрасли, увеличить ассортимент хлебобулочных и кондитерских изделий функционального назначения.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы является разработка технологических решений переработки семян льна для создания функциональных пищевых продуктов Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

- научно обосновать применение семян льна в производстве функциональных пищевых продуктов;

- разработать технологию пищевой льняной муки с различным содержанием липидов и белка;

- разработать технологию хлебобулочных изделий с использованием льняной муки;

- разработать технологию получения козинак из семян льна;

- разработать технологию белковой продукции из семян льна и льняного жмыха;

- определить функциональную значимость разработанных продуктов;

- разработать техническую документацию на семена льна, льняную муку и новые виды льняных продуктов;

- провести опытно-промышленную апробацию и определить экономическую эффективность разработанных изделий.

Научная новизна. Научно обоснована целесообразность использования семян льна в производстве функциональных пищевых продуктов. Выявлено преобладающее содержание водорастворимой фракции в льняном белке, которая характеризуется высоким содержанием лизина по сравнению с другими белковыми фракциями.

Выявлено влияние промывки семян льна на потери альбуминовой фракции белка, заключающейся в повышении ее содержания в промывных водах с увеличением продолжительности промывки. При выборе рационального экстрагента экстракции липидов из льняного жмыха выявлено более эффективное действие гексана по сравнению с этиловым спиртом, приводящее к повышению содержания белка в обезжиренной льняной муке. Путем расчета биологической ценности и биологической эффективности льняной муки выявлено, что она содержит белок и ПНЖК в функционально значимых количествах.

Выявлено влияние льняной муки на свойства теста и качество готовых изделий, заключающееся в улучшении упругих свойств клейковины, увеличении эффективной вязкости пшеничного теста, увеличении показателей удельного объема и пористости хлеба. Выявлено, что изменение микроструктуры мякиша хлеба при внесении льняной муки обусловлено участием компонентов льняной муки в образовании пространственной структуры пшеничного теста.

На основании результатов сенсорного анализа выявлено положительное влияние термической обработки семян льна и увеличения содержания патоки в сахаропаточном сиропе на показатели качества козинак, заключающееся в максимальной суммарной интенсивности положительных признаков вкуса готовых изделий.

Выявлено влияние предварительной обработки семян льна, а именно отделения слизей или замораживания семян, на выход альбуминовой фракции белка, заключающееся в повышении выхода на 50%. Методом последовательной экстракции выявлено снижение содержания водорастворимой фракции и повышение содержания соле- и щелочерастворимых фракций в льняном жмыхе по сравнению с семенами льна. Научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность проведения последовательной солевой и щелочной экстракции белка из льняного жмыха, в результате которой выделен белковый концентрат, содержащий 72,4% белка. Выявлено положительное влияние льняного белкового концентрата на качество хлебобулочных изделий, заключающееся в увеличении их удельного объема и пористости.

Практическая значимость. Разработаны технологические решения, позволяющие создать цикл безотходной последовательной переработки семян льна, в рамках которого вторичные продукты одной стадии становятся сырьем следующей, а все целевые продукты, в том числе нативные семена льна используются для пищевых продуктов функционального назначения.

Разработаны технологии и нормативная документация хлебобулочного изделия батон «Льняной» и восточных сладостей типа козинак из семян льна:

мягких «Золотой лен» и традиционных «Ленок».

Разработаны и утверждены технические условия «Семена льна пищевого» ТУ 9721-003-47022121-08; «Мука льняная» ТУ 9290-001-47022121-08; технологическая инструкция «Тверская сладость «ЛЕНОК» типа козинак » ТИ № 9129-001-10784971По результатам работы получено 5 патентов РФ.

Определен ожидаемый экономический эффект от внедрения батона «Льняного»

в производство, который составит 5783 руб на тонну изделия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на 2-й научно-практической конференции «Научные проблемы устойчивого развития Тверской области: экономика, экология и социология» (Тверь, 2003г.); на Международной научно-практической конференции «Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца» (Торжок, 2004г.); на Международной научно-практической конференции «Итенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции» (Тверь, июль 2004г); на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы аграрной науки и практики» (Тверь, июнь 2005г.); на ХIII международной научнопрактической конференции «Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в сельскохозяйственном производстве»

(Тамбов,Москва-2005г); на Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК»» (Тверь, 2006г.); на X междунар. науч.-практич. конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (Вологда, март 2007г); на 3-й Международной конф. «Индустрия пищевых ингредиентов XXI века» (Москва, 25мая 2009г). В 2005 г. технология получения белка «Способ получения альбуминоглобулинового белка «линумина» из жмыха семян льна» была награждена дипломом победителя конкурса «Новые разработки 2005 года», проходившего в рамках 13-ой специализированной выставки «Ярмарка продовольствия» (г. Тверь, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано девятнадцать печатных работ, в том числе три в ведущих рецензируемых журналах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, приложений.

Работа изложена на 173 страницах основного текста, включает 44 таблицы, рисунков. Список литературы включает 256 источников российских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы показана необходимость повышения пищевой ценности хлебобулочных и кондитерских изделий. Рассмотрены основные технологии получения белковых продуктов из растительного сырья. Проанализированы данные по биохимическому составу семян льна, свойствам их функциональных компонентов и их влиянию на организм человека. Обобщены данные научнотехнической литературы по использованию семян льна и продуктов их переработки в питании населения. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили на базе отдела «Биотехнологии в льноводстве»

Всероссийского научно-исследовательского, проектно-технологического института механизации льноводства, на кафедре технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств Московского государственного университета технологий и управления, в лаборатории структуры полимерных материалов института синтетических полимерных материалов РАН.

Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследований служили:

семена льна-долгунца, семена масличного льна, льняной жмых, получаемый методом «холодного» прессования на предприятии ООО «Эколен», г.Тверь, льняная мука необезжиренная, полуобезжиренная и обезжиренная, льняной белковый концентрат, получаемые в лабораторных условиях; мука пшеничная I с (ГОСТ Р 52189-2003) и другие виды сырья, которые отвечали требованиям соответствующих нормативных документов. В работе применяли как общепринятые, так и специальные методы. Оценку качества сырья, готовых изделий и свойств полуфабрикатов производили по методам, предусмотренным ГОСТ 5670-96, ГОСТ 5669-96, ГОСТ 21094-75, ГОСТ 27839-88. Свойства хлебопекарных смесей пшеничной муки с льняной определяли по массовой доле сырой клейковины, а также упругим свойствам клейковины на приборе ИДК-3М, реологические свойства Разработка технологических решений переработки семян льна для создания Научное обоснование применения семян льна в производстве функциональных Разработка технологии льняной муки с различным содержанием липидов и белка Получение льняной муки с различным Разработка технологической схемы Определение биологической ценности изделий с использованием льняной муки Исследование влияния льняной муки на реологические свойства теста Исследование влияния льняной муки на качество хлебобулочных изделий Исследование влияния льняной муки на микроструктуру мякиша хлеба Определение функциональной значимости разработанных изделий Разработка нормативной документации на пищевые семена льна, льняную муку, Расчет экономической эффективности производства новых видов изделий Рисунок 1 – Структурная схема исследований -на ротационном вискозиметре «Реотест-RV2» (Германия). Энергию прорастания семян льна определяли по ГОСТ 10968-72. Микроструктуру мякиша хлеба исследовали на сканирующем микроскопе JSM-5300LV SCANNING MICROSCOPE фирмы JEOL. Математическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием стандартного пакета программы Microsoft Excel и с помощью встроенных статистических функций анализа данных. Выделение белковых фракций из измельченных семян льна и льняного жмыха проводили водой, 7%-ным раствором NaCL,0,1%-ным раствором NaOH. Осаждение белка проводили соляной кислотой при рН=3,5. Определение содержания белка в сырье и полученных продуктах проводили методом Кьельдаля в соответствии с ГОСТ 13496.4-93. Анализ аминокислотного состава белкового концентрата проводили по ГОСТ 13496.21-87 и ГОСТ 13496.22-90. Содержание жира определяли экстракционным методом, клетчатки – методом Кюршнера и Ганека, редуцирующих сахаров и гемицеллюлоз – по методу Бертрана-Бьери и Ермакова.

Биологическую ценность белков сырья и разработанных продуктов рассчитывали в соответствии с методикой PDCAAS (США), определение пищевой ценности проводили согласно методическим указаниям, разработанным кафедрой технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства Московского государственного университета технологий и управления.

2.2.1 Научное обоснование применения семян льна в производстве функциональных хлебобулочных и кондитерских изделий С целью использования семян льна и продуктов их переработки для создания функциональных пищевых продуктов была определена пищевая ценность семян льна, которая включает такие характеристики, как биологическая ценность и биологическая эффективность.

Было установлено, что 100 г семян льна обеспечивают более 20% суточной потребности человека в энергии, практически 30% -в белках, более 50% - в жирах, фосфоре. Содержание магния в 100г семян льна полностью восполняет суточную потребность в этом макроэлементе. О биологической ценности судили по фракционному составу белкового комплекса семян льна и величине аминокислотных скоров для индивидуальных аминокислот. Методом последовательной экстракции белка из семян льна установлено, что в семенах льна преобладающими являются белки, извлекаемые водой (альбумины), содержание которых составило 43,6% от общего содержания белка. Солерастворимая фракция (глобулины) составила 21,4%, щелочерастворимая (глютелины) – 13,7%.

удовлетворения суточной потребности в незаменимых аминокислотах взрослого человека) рассчитывали по усредненным значениям содержания незаменимых аминокислот. Было установлено, что биологическая ценность семян льна составляет 0,79 по лизину. Наибольшее значение аминокислотных скоров имели триптофан (3,42), фенилаланин и тирозин (2,65), относящиеся к классу ароматических аминокислот.

биологическую эффективность этого продукта. Было установлено, что содержание линолевой кислоты (-6) составляет 86,4% от рекомендуемого уровня суточного потребления; линоленовой кислоты (-3) - в 7 раз превышает рекомендуемый уровень суточного потребления. Таким образом, семена льна являются концентрированным источником -3 ПНЖК, которая является дефицитным функциональным пищевым ингредиентом в рационе питания населения.

Семена льна можно использовать целыми, а также получать из них муку и белковые продукты – компоненты для разработки пищевых продуктов с гарантированным содержанием таких функциональных ингредиентов, как белки, эссенциальные -3 и -6 ПНЖК.

2.2.2 Разработка технологии льняной муки с различным содержанием липидов Переработку семян льна в муку проводили традиционным измельчением. При этом для повышения чистоты сырья ввели предварительную промывку семян льна, а для повышения стабильности их свойств семена льна после промывки подвергали сушке. Поэтому необходимо было определить режимы промывки и сушки семян льна.

2.2.2.1 Определение оптимального режима промывки семян льна Выше было показано, что более 40% белков семени льна составляют альбумины, которые могут переходить в водный раствор в процессе промывки семян льна и тем самым снижать их биологическую ценность. Поэтому важно было установить величину технологических потерь белка в ходе промывки семян льна и выбрать оптимальный режим промывки.

С этой целью проводили анализ промывных вод на содержание белка. Семена льна промывали дистиллированной водой комнатной температуры, количество промывок -5, продолжительность первой промывки – 5 мин, продолжительность четырех последующих промывок – 10 мин каждая. Было установлено, что содержание белка в промывных водах увеличивалось с ростом количеств, а, следовательно, и продолжительности промывки. При проведении первой промывки не более 5 мин в промывных водах белка не обнаружено. После второй промывки в промывную воду переходило 1,65% относительно общего содержания белка в сырье, после 3-й промывки – 4,6%, после 4-й – 8,0%, после 5-й – 10,15%. Из полученных данных следует, что с целью сокращения потерь белка, а именно альбуминовой фракции промывку семян льна целесообразно проводить в течение 5мин.

2.2.2.2 Влияние термообработки на энергию прорастания семян льна Во влажном сырье после промывки вследствие активизации ферментной системы начинаются процессы расщепления высокомолекулярных биополимеров, окислительные процессы, прорастание; на поверхности развиваются микроорганизмы. Для предотвращения подобных процессов используется термическая обработка. При высоких температурах снижается активность ферментов, в результате чего замедляются или прекращаются многие процессы, в частности способность к прорастанию. Поэтому такой показатель, как энергия прорастания может свидетельствовать об активности ферментной системы. Исходя из этих соображений, изучали влияние температуры и продолжительности термообработки на энергию прорастания семян льна.

Семена льна подвергали сушке конвекционным способом в интервале температур 70-150°C в течение 1-5 мин. Было установлено, что энергия прорастания семян льна практически равна 0 при их термообработке при 100°C в течение 5 мин, а также - при 135°C в течение 1 мин, что является признаком снижения ферментной активности. С целью снижения энергоемкости стадии термообработки семян льна, целесообразно проводить этот процесс при 100°C в течение 5 мин. Таким образом, при определенных условиях термообработки можно получить семена льна с пониженной ферментной активностью, что будет способствовать увеличению срока их хранения и срока хранения вырабатываемых из них продуктов, замедлению процессов их прогоркания и разрушения их белкового комплекса.

2.2.2.3 Получение льняной муки с различным содержанием липидов и белка необезжиренной, полуобезжиренной и обезжиренной. При этом с уменьшением содержания жира растет содержание белка в муке. Разработка ассортимента льняной муки и использование ее в рецептурах хлебобулочных изделий позволит корректировать их пищевую ценность.

измельчением пищевых семян льна и льняного жмыха на лабораторной мельнице ЭМ-3АУХЛ 42. Крупность частиц контролировали через проволочное сито №067.

Остаток на сите повторно измельчали. При этом содержание компонентов масло белок в необезжиренной и полуобезжиренной льняной муке составило 40,0 - 22,0 и 9,0 – 28,5 % соответственно.

С целью снижения содержания масла и увеличения содержания белка при получении обезжиренной льняной муки проводили дополнительное удаление масла из льняного жмыха методом экстракции. В качестве экстрагентов использовали этиловый спирт и гексан. Об эффективности экстракции судили по увеличению содержания белка. Как следует из данных, представленных на рисунке 3, экстракция этанолом повышала содержание белка на 16%, а гексаном – на 62%.

Таким образом, гексан более полно экстрагировал масло из льняного жмыха по сравнению с этиловым спиртом. Это можно объяснить тем, что растворимость растительных масел наиболее высока в растворителях имеющих близкую к ним величину диэлектрической проницаемости, которой и характеризуется гексан.

Рисунок – 3 Влияние экстрагента на содержание белка в обезжиренной льняной Таким образом, обезжиренную льняную муку целесообразно получать измельчением шрота, полученного после удаления остаточного масла экстракцией гексаном. При этом содержание компонентов масло – белок в обезжиренной льняной муке составило 1,5 – 49,6%.

Технологическая схема получения ассортимента пищевой льняной муки, разработанная на основании проведенных исследований, включает в себя кратковременную промывку семян льна в течение 5-10 мин; их термообработку при 100°C в течение 5 мин; удаление масла из семян льна прессованием;

дополнительное удаление масла из льняного жмыха экстракцией гексаном;

измельчение сырья: семян льна, льняного жмыха и льняного шрота и калибрование через проволочное сито №067. Целевыми продуктами при этом являются следующие виды льняной муки: необезжиренная, полуобезжиренная и обезжиренная.

2.2.2.4 Определение биологической ценности и биологической эффективности льняной муки С целью использования льняной муки для повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий были рассчитаны ее биологическая ценность и биологическая эффективность. О биологической ценности льняной муки судили по содержанию незаменимых аминокислот в 100 г продукта и по их аминокислотным скорам. Сравнение содержания незаменимых аминокислот в 100г льняной муки и пшеничной показало, что содержание лизина в 3,5-8,0, а треонина – в 4,2-9,5 раз выше в льняной муке по сравнению с пшеничной, в зависимости от вида льняной муки. Единственной лимитирующей аминокислотой в льняной муке являлся лизин.

О биологической эффективности льняной муки судили по содержанию эссенциальных линолевой -6 и линоленовой -3 ПНЖК. С учетом рекомендуемых суточных уровней потребления -6 и -3 ПНЖК рассчитали, что 100 г необезжиренной льняной муки обеспечивают 76% в линолевой и 6-кратное превышение в линоленовой кислоте; полуобезжиренная льняная мука -17,1% и 135% соответственно; обезжиренная – 2,85% и 19,5% соответственно. В то время как пшеничная мука (100г) обеспечивает 4,3% потребности в -3 ПНЖК.

2.2.3 Разработка технологии хлебобулочных изделий с использованием льняной С целью разработки технологии хлебобулочных изделий с использованием льняной муки необходимо было исследовать влияние этого компонента на свойства клейковины, качество готового продукта, пищевую ценность изделий.

2.2.3.1 Исследование влияния льняной муки на свойства клейковины В производстве хлебобулочных изделий основным сырьем является пшеничная мука, которая определяет их качество. Поэтому исследовали влияние льняной муки на свойства клейковины. О содержании клейковины судили по количеству отмытой клейковины, о ее упругих качествах – по способности клейковины оказывать сопротивление деформирующей нагрузке сжатия на приборе ИДК-3М.

Для оценки влияния льняной муки на свойства клейковины пшеничной муки использовали соотношения пшеничной муки Ic и льняной муки: необезжиренной, полуобезжиренной, обезжиренной – 100:0 (контроль), 97:3, 94:6, 91:9. Диапазон соотношений компонентов был выбран исходя из результатов предварительно проведенных исследований, которые показали, что выше 9% клейковина становилась сильнокрошащейся и неформующейся в массу. Было установлено, что с увеличением содержания льняной муки в смеси с пшеничной снижалось количество отмываемой клейковины. Добавление льняной муки к пшеничной повышало упругие качества клейковинного комплекса пшеничной муки, что подтверждается показателями прибора ИДК-3М: упругость клейковины повышалась на 1,2-19,7% для необезжиренной льняной муки, для полуобезжиренной на 9,2 – 29,3%, для обезжиренной на 14,2 – 29,0%.

Снижение количества отмываемой клейковины происходило за счет замещения части пшеничной муки льняной, в белковом комплексе которой отсутствуют спирторастворимые белки проламины, участвующие в образовании клейковины.

Укрепление клейковинного каркаса можно объяснить известным влиянием ПНЖК (вносимых с льняной мукой) на процессы формирования клейковинных белков при образовании теста. Гидропероксиды, образующиеся при окислении непредельных жирных кислот, таких как линолевая и линоленовая, кислородом воздуха, окисляют сульфгидрильные группы белков с образованием дисульфидных связей, обусловливающих упрочнение структуры белковой молекулы.

2.2.3.2 Исследование влияния льняной муки на реологические свойства теста Реологические свойства теста имеют важное технологическое значение, так как влияют на качество готовых изделий. Они зависят также от количества и химического состава рецептурных компонентов. Поэтому необходимо было исследовать влияние различных видов льняной муки на реологические свойства теста.

Изучение реологических свойств теста с льняной мукой проводили на ротационном вискозиметре «Реотест – RV2». Тесто готовили из муки и воды влажностью 54,5% (в соответствии с методикой). Содержание льняной муки составляло 3, 6, 9%. Контролем служило тесто из пшеничной муки Ic.

В качестве реологического показателя определяли эффективную вязкость теста (Па•с-1) в зависимости от напряжения r ( Па) и скорости сдвига (с-1).

При обработке экспериментальных данных с помощью программ Excel были получены реологические характеристики: коэффициент консистенции и индекс течения n. По изменению коэффициента консистенции, который характеризует эффективную вязкость, было установлено, что эффективная вязкость увеличивалась при добавлении полуобезжиренной и обезжиренной льняной муки выше 6%. Такое влияние на реологические свойства могут оказывать как дополнительное введение белка в составе льняной муки, так и полисахариды льняной слизи, обладающие высокой гидрофильностью. Они способны легко пептизироваться в воде с образованием вязких гелей. В случае необезжиренной льняной муки увеличение преобладающим влиянием фракции липидов (в основном -3 ПНЖК) в необезжиренной льняной муке, которые выступали в роли пластификатора.

2.2.3.3 Влияние льняной муки на качество хлебобулочных изделий Результаты исследований показали, что льняная мука всех видов оказывала влияние на реологические свойства теста. Поэтому было целесообразно изучить влияние льняной муки на качество готовых изделий.

Качество хлеба с льняной мукой оценивали путем проведения лабораторных выпечек проб теста, приготовленных из муки, воды, соли и дрожжей безопарным способом. Льняную муку вносили в смеси с пшеничной мукой Iс в количестве 3, 6, 9% в интервале исследования клейковины и реологических показателей теста.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1- Влияние льняной муки на качество хлеба Показатели качества Удельный объем хлеба, Формоустойчивость Кислотность мякиша, Было установлено, что внесение льняной муки положительно влияло на качество готовых изделий. Удельный объем формового хлеба увеличивался при добавлении необезжиренной льняной муки в среднем на 2,5-4,2%; при добавлении полуобезжиренной льняной муки удельный объем увеличивался на 0,8-11,3%, в случае обезжиренной льняной муки увеличение составило 1,7-8,3%.

Пористость формового хлеба с льняной мукой увеличивалась в среднем на 4,8%.

При содержании льняной муки 9% наблюдалось снижение удельного объема хлеба, вероятно, за счет значительного повышения вязкости теста. При внесении льняной муки повышалась кислотность мякиша хлеба, что можно объяснить наличием свободных жирных кислот в льняной муке. Исходя из данных по изменению удельного объема, было определено оптимальное содержание льняной муки в смеси с пшеничной: для необезжиренной- 9%,для полуобезжиренной и обезжиренной- 6%.

2.2.3.4 Влияние льняной муки на микроструктуру мякиша хлеба С целью изучения влияния льняной муки на основные компоненты пшеничной муки – белки и крахмал, определяющими свойства и структуру хлебобулочных изделий, исследовали микроструктуру мякиша хлеба с различными видами льняной муки и контрольный образец хлеба из пшеничной муки Ic.

Исследование микроструктуры мякиша хлеба, представленных на рисунке 2, показало различия опытных образцов с контрольным. В образце с необезжиренной льняной мукой зерна крахмала покрыты хорошо различимыми глобулами белка и частицами масла. Встраивание липидов в покрывающую зерна крахмала пленку возможно за счет образования липид-белковых комплексов (Нечаев, 2003).

Рисунок 2- Микроструктура мякиша хлеба (1х2000): а) контроль; б) с необезжиренной льняной мукой; в) с полуобезжиренной льняной мукой; г) с обезжиренной льняной мукой.

Изменение микроструктуры мякиша при добавлении полуобезжиренной льняной муки обусловлено, видимо, взаимодействием белков льна, полисахаридов слизи и белков пшеничной муки. Благодаря хорошей растворимости полисахаридов в воде, их способности образовывать студни и гели, а также комплексы с белками, зерна крахмала полностью покрыты слоем белково-углеводной массы, которая может оказывать влияние на степень их набухания. В такой массе частицы масла практически не видны.

При использовании обезжиренной льняной муки помимо образования белковополисахаридных комплексов вполне вероятно взаимодействие между реакционноспособными группировками льняного и пшеничного белков с образованием белковых комплексов, которые во время выпечки аналогично контрольному образцу образуют денатурированную пленку, покрывающую зерна крахмала. Таким образом, компоненты льняной муки участвуют в образовании пространственной структуры пшеничного теста, вероятно, за счет, образования белок-липидных, белок-полисахаридных комплексов, а также за счет образования комплексов между льняными и пшеничными белками. На основании проведенных исследований была разработана технология производства батона «Льняной».

2.2.4 Разработка технологии получения козинак из семян льна Выше было показано, что семена льна в соответствии с национальным стандартом по содержанию белка и ПНЖК можно отнести к функциональным продуктам.

Поэтому введение семян льна в рецептуру кондитерских изделий позволит расширить ассортимент функциональных продуктов.

C целью разработки технологии кондитерских изделий типа козинак с семенами льна исследовали органолептические показатели качества льняного семени и влияние на его вкусовые достоинства различных способов термической обработки, разрабатывали рецептуру и технологию козинак из семян льна, рассчитывали пищевую ценность разработанных козинак.

2.2.4.1 Изучение влияния термической обработки на органолептические показатели семян льна Органолептические показатели семян льна определяли методом сенсорного анализа с использованием бальной оценки. Так как для кондитерских изделий основополагающим является вкус, то определение балльной оценки проводили профилограмм на рисунке 3.

Рисунок 3- Профилограммы вкуса льняного семени: а) исходного; б) обжаренного А – крахмалистый вкус; Б – пресный; В – пряный; Г – сладкий; Д – горький; Е – лекарственный; Ж – жирный; З – ореховый.

Как показали результаты органолептической оценки вкуса, доминирующим являлся лекарственный привкус, который в значительной степени затруднял использование семян льна в пищевых продуктах.

С целью улучшения вкуса и аромата семени, а также придания оболочке большей мягкости сырое льняное семя подвергали термической обработке: подсушивали, поджаривали и обрабатывали паром. Было установлено, что наиболее гармоничным вкусом обладали льняные семена, обжаренные в течение 40 мин при 106-110°C.

Оболочка семян после обработки становилась более мягкой и блестящей. Вероятно, мягкость и блеск оболочке придавало масло, которое при обжарке под действием высокой температуры мигрировало из ядра в семенную оболочку. Поэтому для разработки технологии козинак использовали обжаренные семена с влажностью не более 6%.

2.2.4.2 Разработка рецептуры и технологии козинак из семян льна Козинаки представляют собой кондитерское сахаристое изделие, полученное при уваривании орехов или семян масличных в сахарном сиропе. Исследуемые рецептуры отличались по содержанию патоки в сиропе. О качестве сахаро-паточных сиропов судили по физико-химическим и органолептическим показателям. Было установлено, что показатели качества исследуемых сиропов полностью соответствовали всем предъявляемым требованиям: влажность не превышала 20%, сиропы прозрачные и не содержали взвешенных частиц.

Изделия оценивали по следующим показателям: цвет, запах, форма, состояние поверхности; вкус - по методу балльного сенсорного анализа с построением профиллограмм. Было установлено, что консистенция масс с льняным семенем зависела от вида применяемых сиропов. Наилучшую консистенцию для формования мягких козинак, а также наиболее гармоничный вкус имел образец с повышенным содержанием патоки в сиропе (38,4%). На основании проведенных исследований показателей качества льняного семени и его влияния на качество готовых изделий была разработана рецептура мягких и традиционных козинак.

2.2.4.3 Определение пищевой ценности козинак на основе семян льна Пищевую ценность разработанного изделия рассчитывали на основе справочных данных о содержании основных пищевых веществ. По результатам расчета пищевой ценности козинак из семян льна, было установлено, что 100 г козинак из семян льна обеспечивали 20% суточной потребности человека в энергии, 18% - в белках. По содержанию ПНЖК разработанные козинаки из семян льна превышали суточную потребность в них взрослого человека на 45%.

На основании полученных данных была разработана технология производства мягких и традиционных козинак из семян льна: «Золотой лен» и «Ленок».

2.2.5 Разработка технологии белковой продукции из семян льна и льняного жмыха Семена льна и льняной жмых содержат не менее 20 и 30% белка соответственно. Это явилось предпосылкой для разработки белковой продукции из промышленности и широким слоям населения.

2.2.5.1 Получение белковой продукции из семян льна Преобладание водорастворимой альбуминовой фракции белка в семенах льна (раздел 2.2.1.) является основанием для выделения ее из семян льна и получения на ее основе биологически ценной белковой продукции. С этой целью исследовали экстракцию альбуминовой фракции белка из семян льна. Своеобразие компонентного состава семян льна, а именно наличие значительного количества слизей (до9%) – хорошо растворимых в воде полисахаридов, которые конкурируют с белковыми соединениями при водной экстракции, вызвало необходимость исследования влияния предварительной подготовки семян льна на выход способствовать увеличению выхода альбуминовой фракции в раствор. Слизи удаляли двумя способами: при кипячении семян льна в воде в течение 5-7 мин и настаиванием при комнатной температуре в течение 12 часов. Также проводили предварительное замораживание семян льна. Замораживание способствует разрыхлению растительных клеток, что может облегчать переход в раствор альбуминовой фракции и увеличивать ее выход. С целью повышения выхода альбуминовой фракции при водной экстракции изучали влияние этих способов подготовки сырья перед измельчением и экстракцией. Контрольным образцом служили исходные семена льна, которые не подвергали предварительной обработке.

Результаты исследований представлены на рисунке 4. Было установлено, что удаление слизей при кипячении семян льна снижало выход белка по сравнению с контролем на 50,6%, что объясняется денатурацией белка и снижением его растворимости в воде.

Рисунок 4 - Влияние способа подготовки семян льна на выход альбуминовой фракции при водной экстракции: 1- контроль; 2- удаление слизей кипячением;

3- удаление слизей настаиванием; 4 – предварительное замораживание семян льна Удаление слизей настаиванием при комнатной температуре увеличивало выход белка на 53,1%. Предварительное замораживание семян льна также увеличивало выход белка на 51,1%. Видимо происходящее разрыхление клеток в процессе замораживания облегчало выход альбуминовой фракции в раствор. Так как после предварительной обработки семена льна обладали повышенной влажностью, возник Исследование влияния способа сушки семян льна, прошедших предварительную обработку на выход белка, показало, что сушка семян льна в условиях СВЧ-нагрева снижала выход белка на 46,7% по сравнению с использованием семян льна не подвергнутых тепловой обработке; в меньшей степени снижался выход белка при конвективной сушке с температурой 70°C – на 16,5%. Таким образом, является целесообразным перед экстракцией проводить измельчение влажных семян.

Исследование влияния гидромодуля на выход альбуминовой фракции из семени льна альбуминовой фракции в растворе и ее выход при водной экстракции семян льна.

Исходя из результатов исследований, приведенных выше, использовали семена льна после предварительного удаления слизей и измельчали их во влажном состоянии.

Экстракцию проводили в соответствии с установленными ранее параметрами:

температура 30°C, время – 45 мин.

Было установлено, что максимальная концентрация белкового раствора составила 1,25% при гидромодуле 10, выход белка при этом составил 38,64%. При более низком гидромодуле - 8 происходило образование гидроколлоидной массы, высокая вязкость которой затрудняла ее исследование. Максимальный выход белка в раствор составил 50,34% при гидромодуле 25, однако это незначительно выше (на 1,6%) аналогичного результата, полученного при гидромодуле 20. При этом концентрация белкового раствора составила 0,83%.

На основании проведенных исследований была разработана технологическая схема получения белкового продукта «льняное» молоко из семян льна. Растительное молоко из семян льна может быть использовано как самостоятельный продукт и как сырье при производстве комбинированных и кисломолочных напитков и продуктов.

2.2.5.2 Получение белкового концентрата из льняного жмыха Белковые концентраты из различных растительных источников в настоящее время стали широко используемыми компонентами в рецептурах пищевых продуктов. Льняной жмых является дешевым отечественным сырьем для получения концентрированных белковых продуктов.

Определение фракционного состава белков в льняном жмыхе Для разработки экстракционной технологии белкового концентрата определяли фракционный состав белков в льняном жмыхе. Выделение белковых фракций проводили методом последовательной экстракции различными растворителями аналогично определениию фракционного состава белков семян льна. Было установлено, что в льняном жмыхе содержание водорастворимой фракции (альбуминов) составило 35,2%, солерастворимой фракции (глобулинов) – 26,7%, щелочерастворимой (глютелинов) – 23,7%. Полученные результаты свидетельствуют о снижении содержания водорастворимой фракции и увеличение соле- и щелочерастворимых белков в льняном жмыхе по сравнению с семенами льна. Перераспределение белковых фракций в льняном жмыхе можно объяснить изменениями структуры белковых молекул в результате начальной стадии денатурации, происходящих в процессе влаго-тепловой обработки и прессовании семян льна при извлечении масла (Нечаев 2003).

Изучение процесса экстракции белков из льняного жмыха Исходя из результатов проведенных исследований продуктов выделяемых при последовательной экстракции посчитали целесообразным для получения белкового концентрата проводить двухэтапную солевую и щелочную экстракцию белка. При этом выход белка в солевой экстракт составил 46,38%, выход белка в щелочной экстракт составил 22,13%. Из полученных экстрактов проводили осаждение белков при рН 3,5 соответствующей изоэлектрической точке (ИЭТ) льняных белков, которая была уточнена в ходе проводимых исследований. Продукт, осажденный из солевого экстракта, содержал 70,8% белка. Продукт, осажденный из щелочного экстракта, содержал 76,40% белка. Полученные данные легли в основу разработки технологии альбумино-глобулинового концентрата «Линумина» с массовой долей белка не менее 72,0% и выходом 20-23%. Остающийся после выделения белка твердый остаток льняного жмыха содержал 12-15% масла и 10-12% белка.

Технологические сывороточные воды содержали 2-7% (на а.с.в.) белка, вероятно с низкой молекулярной массой, которые не осаждались под действием центробежных сил. Состав отходов обусловил их кормовую ценность. В связи с этим, а также с целью повышения экологической чистоты была разработана технология утилизации всех отходов, целевым продуктом которой является соломобелковый корм для жвачных животных.

С целью повышения содержания белка в льняном белковом концентрате влажный концентрат промывали различными растворителями: горячей водой, этиловым спиртом, ацетоном. Было установлено, что промывка горячей водой позволяет повысить содержание белка до 82,5%. Вероятно вследствие ограниченной денатурации вызванной термообработкой происходит разрушение комплексов белок-полисахарид и полисахаридные примеси переходят в раствор.

Льняной белковый концентрат имел белый либо светло-кремовый цвет, обладал приятным хлебным запахом. С целью введения льняного белкового концентрата в рецептуры хлебобулочных изделий определяли его биологическую ценность и исследовали его влияние на клейковину пшеничной муки Iс и качество готовых изделий. По результатам аминокислотного анализа льняного белкового концентрата были рассчитаны аминокислотные скоры незаменимых аминокислот, в соответствии с которыми биологическая ценность составила 0,59 (по лизину). Было установлено, что льняной белковый концентрат повышал упругие свойства клейковины, положительно влиял на качество готовых изделий, повышая их объем на 2,8-5,6%.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о целесообразности производства льняного белкового концентрата для повышения биологической ценности хлебобулочных изделий.

2.2.6 Определение функциональной значимости разработанных изделий Для всех разработанных изделий была рассчитана пищевая ценность, на основании которой определили их функциональную значимость, представленную в таблице 2.

Полученные данные свидетельствуют о целесообразности использования этих продуктов для создания продукции функционального назначения. Разработанные технологические решения по получению различных видов льняной муки из семян льна, льняного жмыха, льняного шрота; льняного белкового концентрата из льняного жмыха, льняного молока из семян льна могут служить основой комплексной переработки семян льна, целевые продукты которой предназначены для разработки продуктов функционального назначения.

Таблица 2- Функциональная значимость разработанных продуктов Льняная мука:

Льняной белковый концентрат Козинаки из семян 2.2.7 Опытно-промышленная апробация результатов исследований Проведенные исследования позволили разработать техническую документацию: «Семена льна пищевого» ТУ 9720-003-47022121-08, «Мука льняная» ТУ 9290-001-47022121-08, «Восточная сладость типа козинак из семян льна» ТИ № 9129-001-10784971-07, проекты нормативной документации на батон «Льняной», мягкие козинаки из семян льна «Золотой лен».

На ООО НПКФ «Геоделит» были проведены испытания изделий с льняной мукой, которые показали, что разработанные изделия по органолептическим и физико-химическим показателям соответствовали требованиям, представленным в разработанных технических условиях.

ВЫВОДЫ

1.Научно обосновано использование семян льна и продуктов их переработки при производстве функциональных пищевых продуктов. Методом последовательной экстракции установлено преобладающее содержание водорастворимой фракции в льняном белке по сравнению с соле- и щелочерастворимыми.

2. Разработана технология льняной муки с различным содержанием липидов и белка. Установлено влияние промывки семян льна на потери альбуминовой фракции белка, заключающейся в повышении ее содержания в промывных водах с увеличением продолжительности промывки. При выборе рационального экстрагента экстракции липидов из льняного жмыха установлено более эффективное действие гексана по сравнению с этиловым спиртом, приводящее к повышению содержания белка в обезжиренной льняной муке.

3. Разработана технология хлебобулочных изделий с использованием льняной муки.

Установлено, что льняная мука влияла на свойства теста и качество готовых изделий, улучшая упругие свойств клейковины, увеличивая эффективную вязкость пшеничного теста, показатели удельного объема и пористости хлеба. Установлено, что изменение микроструктуры мякиша хлеба при внесении льняной муки обусловлено участием компонентов льняной муки в образовании пространственной структуры пшеничного теста.

4.Разработана технология получения козинак из семян льна. На основании результатов сенсорного анализа установлено положительное влияние термической обработки на показатели качества семян льна. Установлено, что суммарная интенсивность положительных признаков вкуса козинак из семян льна была максимальной для образца с повышенным содержанием патоки.

5. Разработана технология «льняного» молока из семян льна и белкового концентрата из льняного жмыха. Установлено, что предварительная обработка семян льна заключающаяся в удалении слизей, либо в их замораживании способствовала повышению выхода альбуминовой фракции на 50%. Установлено снижение содержания водорастворимой фракции и повышение содержания соле- и щелочерастворимых фракций в льняном жмыхе по сравнению с семенами льна.

Установлена целесообразность проведения последовательной солевой и щелочной экстракции белка из льняного жмыха, в результате которой выделен белковый концентрат, содержащий 72,4% белка.

6. Установлено, что по содержанию белка и ПНЖК разработанные изделия относятся к классу функциональных.

7. Разработана техническая документация на пищевые семена льна, льняную муку, козинаки из семян льна, батон «Льняной».

8. Определен ожидаемый экономический эффект от внедрения батона «Льняного» в производство, который составит 5783 руб на тонну изделия.

Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Стеблинин А., Использование семян льна в мучных изделиях /А. Стеблинин, И. Миневич // Хлебопродукты.- 2003.- №2.- С.21.

2. Миневич И. Использование семян льна в хлебопечении /И. Миневич, В.Зубцов, Т. Цыганова.

//Хлебопродукты.- 2008.- № 3- С. 38-40.

3. Зубцов В. Linium usitatissimus – самый полезный / В.Зубцов, И. Миневич, Т. Цыганова // Хлебопродукты.- 2009.- №6, С.64-65.

4. Черников В.Г. Лен – национальная стратегическая культура/ В.Г. Черников, А.Н. Стеблинин, И.Э. Миневич// Достижения науки и техники АПК.- 2003.- №4.- С.2.

5. Черников В.Г., Продовольственное и кормовое значение льна для Тверской области / В.Г.

Черников, А.Н. Стеблинин, И.Э. Миневич// Материалы 2-ой науч.-практич. конф. «Научные проблемы устойчивого развития тверской области: экономика, экология и социология».- Тверь, 2003.-С.54.

6. Стеблинин А.Н., Народнохозяйственное значение льна/А.Н. Стеблинин, И.Э. Миневич, А.В.

Исакова, А.Л. Григорьева// Материалы межд. науч.-практич. конф. «Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца», Торжок.- 2004.- 132с.

7. Стеблинин А.Н. Свойства льняного жмыха и возможности его переработки/ А.Н. Стеблинин, И.Э. Миневич, А.В. Исакова, А.Л. Григорьева // Материалы межд. науч.-практич. конф.

«Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции».-Тверь, июль.- 2004.- 140с.

8. Стеблинин А. Белковый корм для жвачных животных /А. Стеблинин, И. Миневич, А.

Григорьева, А. Исакова //Комбикорма.- 2005.- № 5.- С. 30-31.

9. Стеблинин А.Н. Пути повышения эффективности использования продукции растениеводства/ А.Н. Стеблинин, И.Э. Миневич, А.Л.Григорьева, А.В. Исакова //Материалы ХIII междун.

науч.- практич. конф. «Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в сельскохозяйственном производстве».- Тамбов, Москва- 2005.Т2.- С.307.

10. Стеблинин А.Н., Миневич И.Э., Григорьева А.Л., Исакова А.В., Ресурсосбережение – путь повышения рентабельности сельского хозяйства // Материалы междун. науч.-практич.

конференции «Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК».- Тверь.- 2006. – С.345- 11. Стеблинин А.Н. Некондиционные семена льна-долгунца и перспективы их промышленного использования /А.Н. Стеблинин, И.Э. Миневич, А.Л. Григорьева, А.В. Исакова // Достижения науки и техники АПК.- 2006- №6.- С. 45-46.

12. Миневич И.Э., Получение белковых продуктов из семян льна /И.Э. Миневич, А.Л. Григорьева // Материалы Х междун. науч.-практич. конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России».- Вологда, март.- 2007.- С. 182-184.

13. Цыганова Т.Б. Разработка технологии козинак с физиологическими функциональными ингредиентами / Т.Б. Цыганова, И.Э. Миневич, Г.В. Поснова // Материалы 3 междун. конф.

«Индустрия пищевых ингредиентов XXI века».- Международная Промышленная Академия, 25-27 мая 2009г. – М.: Пищепромиздат.- 2009. – С.165-169.

14. Патент на изобретение № 2232513 РФ МПК А23J1/14. Способ получения альбуминноглобулинового белка «линумина» из жмыха семян льна / Стеблинин А.Н., Григорьева А.Л., Миневич И.Э. и др. № 2002129154; Заявл. 31. 10.2002; Опубл. 20.07.2004, Бюл. № 20.

15. Патент на изобретение № 2268610 РФ МПК А23К1/12. Способ получения соломобелкового корма для жвачных животных / Стеблинин А.Н., Миневич И.Э., Исакова А.В., Григорьева А.Л. № 2004121661/13; Заявл. 14. 7.2004; Опубл. 27.01.2006, Бюл. № 03.

16. Патент на изобретение № 2243675 РФ МПК А23G3/00. Способ получения сладости типа козинака (варианты) / Стеблинин А.Н., Миневич И.Э. и др. № 2002114957; Заявл. 05. 06.2002; Опубл.

10.01.2005, Бюл. № 1.

17. Патент на изобретение № 2280366 РФ МПК А21D13/04, A21D 8/02. Способ производства хлебобулочных изделий / Стеблинин А.Н., Черников В.Г., Миневич И.Э. и др. № 2003123542/13;

Заявл. 30.07.2003; Опубл. 27.07.2006, Бюл. № 21.

18. Патент на изобретение № 2333656 РФ МПК А23С 11/00, А23J 1/14?, A23C 11/10, Способ получения растительного молока из семян льна/ Миневич И.Э., Григорьева А.Л № 2007107240/13; Заявл. 26.02.2007; Опубл. 20.09.2008, Бюл. № 26.

19.Положительное решение на выдачу патента по заявке на изобретение № 2008132575, «Способ получения пищевой муки из семян масличных культур, в частности семян льна (варианты)», авторы Миневич И.Э., Зубцов В.А., Цыганова Т.Б., Григорьева А.Л., Осипова Л.Л.

Автор выражает глубокую признательность к.м.н. Зубцову В.А., сотрудникам отдела «Биотехнологии в льноводстве» ГНУ ВНИПТИМЛ Россельхозакадемии и кафедры ТХМ и КП МГУТУ за оказанную помощь и ценные советы при выполнении диссертационной работы.