На правах рукописи

Куликов Дмитрий Александрович

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

КРУПЯНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»

доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

Никифорова Тамара Алексеевна доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Иунихина Вера Сергеевна кандидат технических наук, профессор Линниченко Валерий Трофимович ГНУ «Оренбургский научно

Ведущая организация:

исследовательский институт сельского хозяйства»

Защита диссертации состоится «27» декабря 2010 г. в 1100 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления»

им. К.Г. Разумовского по адресу: 109029, г. Москва, ул. Талалихина, 31, ауд. 36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского

Автореферат размещен на сайте ФГОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Автореферат разослан: «26» ноября 2010 г.

Учёный секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122. кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время одним из путей интенсификации крупяной промышленности является внедрение безотходных технологий, что предполагает не только повышение степени использования зерна, но и вовлечение в оборот побочных продуктов его переработки с целью получения дополнительной товарной продукции.

Продукты из овса известны с давних пор и в настоящее время заслуженно занимают одно из первых мест среди злаковых культур.

Значительный вклад в решение проблемы рационального использования вторичного сырья крупяных производств внесли такие отечественные ученые, как Гинзбург М.Е., Мельников Е.М., Нечаев А.П., Марков Д.И., Соколов А.Я и др.

Современная технология производства высококачественных продуктов из овса неизбежно сопровождается удалением не только оболочек, но и очень ценных для человека зародыша и периферийных слоев эндосперма.

Поэтому побочный продукт переработки зерна овса – овсяная мучка является ценным сырьем с высоким содержанием белка, жира, пищевых волокон, витаминов, минеральных веществ. В настоящее время овсяная мучка используется в основном на кормовые цели.

Более эффективное использование овсяной мучки возможно лишь при наличии полной информации о ее качественных показателях, химическом составе, биохимических свойствах, рациональных методах утилизации на основе передовых ресурсосберегающих технологий.

Поэтому исследования, направленные на повышение эффективности использования вторичного сырья крупяного производства, являются актуальными.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка ресурсосберегающей технологии использования вторичного сырья крупяного производства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:

- провести комплексное исследование химического состава овсяной мучки;

- исследовать безопасность овсяной мучки;

- исследовать изменение показателей качества и биохимических свойств овсяной мучки при хранении;

- разработать способы и оптимальные режимы обработки овсяной мучки с целью повышения ее стойкости при хранении;

- исследовать направления рационального использования овсяной мучки;

- утвердить нормативную документацию на разработанный ассортимент изделий;

- провести клинические исследования;

- провести апробацию основных результатов исследований и оценить экономическую эффективность разработанных изделий.

Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

дифференцированные подходы рационального использования потоков овсяной мучки с наибольшим содержанием белка, жира, клетчатки, минеральных веществ и витаминов, позволяющие эффективно применять ее в хлебопекарной, кондитерской, масложировой промышленностях.

Выявлено, что высокая активность ферментов липазы и липоксигеназы овсяной мучки приводит к снижению ее стойкости при хранении, характеризующейся ухудшением органолептических показателей, ростом кислотного числа и суммарных продуктов окисления липидов.

Научно обоснованы и разработаны способы стабилизации качества овсяной мучки при хранении с применением интенсивных методов энергоподвода (ИК-обработка, СВЧ-обработка, экструдирование), наиболее эффективным из которых является СВЧ-обработка.

На основании математической обработки экспериментальных данных получены зависимости, адекватно описывающие влияние продолжительности и температуры ИК- и СВЧ-обработки на рост кислотного числа липидов овсяной мучки при хранении, при оптимальных параметрах которых обеспечиваются стерилизация микрофлоры и наиболее полное сохранение водо- и солерастворимых фракций белков, а также витаминов.

Выявлено наличие пенообразующих свойств у овсяной мучки, обусловленных высоким содержанием альбуминов и пищевых волокон, что позволило разработать научно-обоснованную технологию производства бисквитного полуфабриката.

Разработка ресурсосберегающей технологии использования вторичного Комплексное исследование химического состава Исследование безопасности овсяной мучки Исследование изменения показателей качества и биохимических Разработка способов и оптимальных режимов обработки овсяной мучки с целью повышения ее стойкости при хранении Исследование направлений рационального использования овсяной мучки хлебобулочных мучных кондитерских растительных Утверждение нормативной документации на разработанный Клинические Апробация основных результатов исследований исследования и их экономическая эффективность Рисунок 1 – Структурная схема исследований Выявлена высокая биологическая эффективность липидного комплекса овсяной мучки, заключающаяся в значительном содержании полиненасыщенных жирных кислот -3 и -6, каротиноидов, токоферолов, стеринов, что позволило научно обосновать возможность получения из нее растительного масла.

гипохолестеринемический эффекты при употреблении хлеба «Золотая нива» и бисквитного полуфабриката «Любимый» с добавлением овсяной мучки, содержащей -глюканы и -ситостерины, способствующие снижению уровня глюкозы в крови, связыванию и выведению из организма холестерина.

Практическая значимость работы. Разработаны эффективные режимы стабилизации качества овсяной мучки. Показано, что обработка ИК-излучением (тип ламп КГТ 220-1000, плотность лучистого потока 24 кВт/м2, скорость нагревания 10 оС/мин, продолжительность обработки 5 минут, конечная температура нагревания 110 оС) позволяет обеспечить качество овсяной мучки в течение 15 суток, а обработка СВЧ-излучением (частота излучения 2450 МГц, скорость нагревания 0,45 С/с, продолжительность обработки 4 минуты, конечная температура нагревания 108 оС) и экструдирование (частота вращения вала 93 об/мин, температура обработки 140 оС, влажность овсяной мучки 18-20 %) - в течение 60 суток.

Разработаны технологии и утверждена нормативная документация на производство хлеба «Золотая нива» из пшеничной муки 1 сорта с добавлением овсяной мучки (ТУ 9114-001-05321443-09) и на производство бисквитного полуфабриката «Любимый» из муки пшеничной 1сорта с добавлением овсяной мучки (ТУ 9136-002-05321443-09).

Новизна предлагаемых технических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2391003. Обоснована возможность и предложена технология получения растительных масел из овсяной мучки.

Результаты исследований подтверждены опытно-промышленной апробацией на ЗАО «Хлебопродукт №2» (г. Оренбург), на предприятии «Фабрика-кухня от Виктории» (г. Оренбург) и актом, проведенных клинических исследований в ГУЗ «Оренбургская областная клиническая больница №2 (г. Оренбург).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях и форумах: VI Международная конференция «Торты и пирожные»

(Москва, 2008), V Международная конференция «Масложировой комплекс России:

новые аспекты развития» (Москва, 2008), V международная научно-практическая конференция «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2008), Международный хлебопекарный форум «Современное хлебопечение» (Москва, 2008), VII международная конференция «Кондитерские изделия ХХI века» (Москва, 2009), III Всероссийская заочная научно-практическая конференция «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг» (Тюмень, 2009), II Международный хлебопекарный форум «Современное хлебопечение - 2009» (Москва, 2009), Всероссийская конференция с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2009), Международная научно-практическая конференция «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы»

(Оренбург, 2009), II Межвузовская научно-практическая конференция «Новые технологии и инновационные разработки» (Тамбов, 2009), III Международный хлебопекарный форум «Современное хлебопечение - 2010» (Москва, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, 3 статьи в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, общих выводов, списка использованных источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 184 страницах, содержит 21 рисунок и 41 таблицу. Список литературы включает 253 источника российских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре научно-технической литературы систематизированы данные по химическому составу и биохимическим свойствам зерна овса и побочных продуктов его переработки. Проанализированы способы стабилизации качества побочных продуктов крупяных производств. Рассмотрены существующие направления рационального использования вторичного сырья крупозаводов. На основе проведенного анализа сформулирована цель и задачи исследования.

Исследования проводились в лабораториях кафедр «Технология пищевых производств» и «Пищевая биотехнология» ГОУ ВПО ОГУ, «Органическая химия»

ГОУ ВПО МГУПП, в комплексной аналитической лаборатории факультета «Ветеринарная медицина и биотехнология» ГОУ ВПО ОГАУ, в научноисследовательской лаборатории ГОУ ВПО КТИПП, в Институте питания РАМН, в аккредитованном испытательном лабораторном центре ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области», в испытательной лаборатории ФГУ «Государственный центр агрохимической службы «Оренбургский», в испытательной лаборатории ГНУ ВНИИМС (г. Оренбург). Производственные испытания осуществляли в условиях ЗАО «Хлебопродукт №2» (г. Оренбург) и предприятия «Фабрика-кухня от Виктории» (г. Оренбург). Клинические исследования проводили в ГУЗ «Оренбургская областная клиническая больница №2 (г. Оренбург) В соответствии с целью и задачами диссертационной работы основными материалами исследования служили образцы овсяной мучки, выработанной на Челябинском комбинате хлебопродуктов №1, зерно овса сортов «Скакун», «Конкур» (ГОСТ 28673-90) и овсяная крупа (ГОСТ 3034-75).

В работе применяли общепринятые и специальные методы исследования свойств сырья и готовых изделий.

Для определения химического состава овсяной мучки исследовали содержание белка методом Кьельдаля (ГОСТ 10846-91) и методом Дюма на экспрессанализаторе Rapid N cube. Содержание липидов определяли методом Сокслета (ГОСТ 29033-91). Содержание углеводов определяли фотометрическим методом (ГОСТ 26176-91). Определение клетчатки проводили методом Кюшнера и Ганека.

Зольность определяли по ГОСТ Р 51411-99.

Содержание витаминов В1 и В2 определяли флуориметрическим методом, витамина В6 - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, витамина Е - колориметрическим методом, витамина РР - роданбромидным методом, каротиноидов - спектрофотометрическим методом на приборе «Hitachi 557».

Содержание минеральных веществ определяли: на атомном спектрофотометре С-115 - калия (ГОСТ 30504-97), кальция (ГОСТ 26570-95), магния (ГОСТ 30502-94), фосфора (ГОСТ 26657-97), на атомном спектрофотометре ААS-4 - железа (ГОСТ 27998-88), кобальта (ОСТ 10.155-88), марганца (ГОСТ 27997-88), меди (ГОСТ 27995-88), никеля (ГОСТ 26929-94), цинка (ГОСТ 27996-8), на иономере И-130 М - натрия (ГОСТ 13496-98).

Определение концентрации аминокислот осуществляли методом ионообменной хроматографии на аминокислотном анализаторе ARACUS.

Определение группового состава липидов осуществляли методом тонкослойной хроматографии. Количественное определение отдельных групп липидов проводили денситометрическим методом на приборе «Хромоскан 200». Жирнокислотный состав липидов изучали методом газожидкостной хроматографии на газовом хроматографе Carlo Erba Strumentazione. Количественное определение отдельных жирных кислот осуществляли на интеграторе Shimadzu С-R6А с применением метода внутренней нормализации.

Для определения стеринов применяли метод газожидкостной хроматографии.

Количественное определение флавоноидов проводили спектрофотометрическим методом (=415 нм) в виде комплексов с алюминием. Определение -глюкана проводили щелочной экстракцией методом МакКелари и Холмса. Определение кислотного числа осуществляли по ГОСТ 5476-80.

Для оценки безопасности овсяной мучки определяли содержание микотоксинов методом двухмерной тонкослойной хроматографии в соответствии с нормативной документацией: афлотоксин В1 (ГОСТ 30711-2001), Т-2 токсин (МУ 3184-84), дезоксиниваленол и зеараленон (МУ 5177-90). Содержания пестицидов в сырье определяли хроматографией в тонком слое (МУ 1218-75), радионуклидов - на спектрометре ДГДК-80В (МУК 2.6.1.717-98).

Исследование микробиологических показателей проводили: КМАФАиМ по ГОСТ 10444.15-94, БГКП по ГОСТ Р 50474-93, бактерий рода Salmonella по ГОСТ Р 50480-93, дрожжей и плесневых грибов ГОСТ Р 52816-2007.

Качество готовых изделий оценивали по влажности (ГОСТ 21094-75), пористости (ГОСТ 5669-96), кислотности (ГОСТ 5670-96), удельному объему (ГОСТ 27669-88). Органолептические показатели хлеба определяли по ГОСТ 26987-86, бисквитного полуфабриката – по ГОСТ 5897-90.

Статистическую обработку экспериментальных данных с последующей графической интерпретацией проводили с помощью программ Statistica 8.0 и Excel.

2.2.1 Комплексное исследование химического состава овсяной мучки Учитывая возможность дифференцированного подхода рационального использования овсяной мучки, полученной с различных систем технологического процесса, был изучен химический состав ее отдельных фракций (таблица 1).

Таблица 1 - Химический состав овсяной мучки Анализ экспериментальных результатов показал, что мучка, полученная с разных систем шелушения, неоднородна по качеству. Овсяная мучка, отобранная с первой системы шелушения, отличается значительным содержанием белка (25,9 %) и клетчатки (18,3 %). Мучка, отобранная со второй системы, отличается высоким содержанием жира (14,8 %).

Проводились подробные исследования белкового комплекса овсяной мучки.

Результаты исследования белков овсяной мучки свидетельствуют о существенных различиях по составу фракций от белков целого зерна. Белки мучки представлены в основном альбуминами, содержание которых в среднем составляет 38,4 %, что в 2,6 раза выше, чем в целом зерне.

Белковый комплекс овсяной мучки сбалансирован по аминокислотному составу и более полноценен, чем белковый комплекс целого зерна. По содержанию лизина овсяная мучка превосходит зерно овса в 2,7 раза, треонина – в 2,0 раза, изолейцина – в 1,4 раза, лейцина – в 1,5 раза, фенилаланина – в 2,3 раза.

Результаты экспериментов на опытных животных (крысы-отъемыши) показали, что белки овсяной мучки обладают высокой биологической эффективностью (таблица 2).

Таблица 2 – Биологическая оценка овсяной мучки на опытных животных Исследование липидного комплекса овсяной мучки показало, что по содержанию липидов она превосходит зерно овса в 1,9 раза. Исследование группового состава липидов овсяной мучки выявило, что основной фракцией являются триацилглицериды (83,7-84,2 %).

Результаты исследования количественного и качественного состава жирных кислот свидетельствуют о высокой биологической эффективности липидов овсяной мучки (Таблица 3).

Таблица 3 - Жирнокислотный состав липидов овсяной мучки Жирная кислота, % от суммы Жирнокислотный состав липидов овсяной мучки на 80,30-80,97 % состоит из ненасыщенных жирных кислот. Главным представителем ненасыщенных жирных кислот липидов овсяной мучки является линолевая кислота, обладающая высокой биологической активностью. На ее долю приходится в среднем 38,93 % от суммы всех кислот. Овсяная мучка также содержит длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты -3 и -6, играющие роль мощных антиоксидантов и участвующие в регуляции процессов памяти, работы желез внутренней секреции.

Существенных отличий в жирнокислотном составе овсяной мучки, выделенной с различных систем шелушения, не выявлено.

Неомыляемая фракция липидов овсяной мучки содержит биологически активные вещества – стерины. Определен качественный и количественный состав стеринов овсяной мучки (таблица 4).

Таблица 4 - Содержание и состав стеринов в овсяной мучке Установлено, что главным представителем стеринов овсяной мучки является -ситостерин (66,16 %), обладающий гипохолестеринемическим действием. Также в мучке содержится стигмастерин (11,54 %), проявляющий бактериостатическую, эстрогенную и противоопухолевую активность.

Исследование углеводного комплекса показало, что помимо крахмала овсяная мучка содержит моносахариды - галактозу (10,8 %), глюкозу (8,4 %) и полисахариды - сахарозу (48,0 %), раффинозу (32,8 %).

Установлено, что в состав углеводов овсяной мучки входит растворимый полисахарид - -глюкан, обладающий иммуномодулирующими и радиопротекторными свойствами. В овсяной мучке содержание -глюканов составляет 15 %, что в 3,0 раза больше содержания -глюканов в целом зерне.

Изучение флавоноидов представляет большой практический интерес, так как они могут выступать в качестве биологических модификаторов реакций и сильнейших антиоксидантов. Было определено содержание и состав флавоноидов в овсяной мучке (таблица 5).

Таблица 5 – Содержание и состав флавоноидов овсяной мучки Как показали исследования, овсяная мучка содержит флавоноид рутин, обладающий Р-витаминной активностью и оказывающий положительное влияние на сосудистый тонус. Помимо этого овсяная мучка содержит апигенин и гиперозид.

Исследовано содержание витаминов в овсяной мучке (таблица 6).

Таблица 6 – Содержание витаминов в овсяной мучке Система шелушения По результатам проведенных исследований установлено, что овсяная мучка по содержанию витаминов богаче зерна овса. Так, витамина В2 в овсяной мучке содержится в 2,3 раза больше, чем в зерне, витамина Е - в 1,8 раза, витамина В6 в 1,7 раза.

Исследования минерального состава овсяной мучки показали, что по содержанию кальция овсяная мучка превосходит зерно овса в 1,4 раза, калия – в 1,3 раза, фосфора – в 1,3 раза, железа – в 3,3 раза и марганца – в 2,3 раза (таблица 7).

Таблица 7 – Минеральный состав овсяной мучки Система шелушения Таким образом, комплексные исследования химического состава овсяной мучки показали, что она представляет собой продукт высокой пищевой и биологической ценности.

2.2.2 Исследование безопасности овсяной мучки В связи с перспективой применения овсяной мучки в пищевых целях важную роль играет оценка ее санитарно-гигиенического состояния.

Основываясь на действующих гигиенических требованиях к безопасности продовольственного сырья СанПиН 2.3.2.1078-01, исследовали содержание пестицидов, микотоксинов, радионуклидов и токсичных элементов в образцах свежевыработанной овсяной мучки (таблица 8).

Таблица 8 - Характеристика санитарно-гигиенического состояния овсяной Результаты исследования указывают на то, что содержание токсичных элементов и радионуклидов в овсяной мучке значительно ниже предельно допустимой концентрации, а микотоксины и пестициды полностью отсутствуют.

соответствуют действующим гигиеническим требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

2.2.3 Исследование изменения показателей качества и биохимических Учитывая высокое содержание липидов в овсяной мучке, представлялось целесообразным оценить стойкость данного продукта при хранении. Хранение свежевыработанной овсяной мучки с исходной влажностью 12,5 % осуществляли при температурах 20 оС, 30 оС и при пониженной температуре 0 оС.

В процессе хранения овсяной мучки оценивали изменение липидного комплекса, ферментативной активности, микрофлоры, а также органолептических показателей.

Результаты анализа полученных данных показали, что липидный комплекс овсяной мучки при хранении подвергается глубоким изменениям. Так, за 60 суток хранения содержание фракции триацилглицеридов снизилось в 2,8 раза, а содержание фракции свободных жирных кислот выросло в 4,7 раза (рисунок 2).

Накопление жирных кислот приводит к росту кислотного числа липидов овсяной мучки. Кислотное число свежевыработанной овсяной мучки составляет 8,0-10,0 мг КОН. За два месяца хранения овсяной мучки при температуре 20 оС оно возрастает в 12,0 раз, при температуре 30 оС – в 14,0 раз. Хранение овсяной мучки при температуре 0 оС замедляет рост кислотного числа липидов, но полностью его не останавливает (рисунок 3).

С целью выяснения причин интенсивного гидролиза липидов овсяной мучки установлено, что овсяная мучка обладает высокой активностью фермента липазы.

Начальная активность липазы в овсяной мучке составляет 3,2 мл 0,01 н КОН, что превышает активность липазы целого зерна в 4,0 раза. При хранении активность фермента липазы снижается.

Помимо гидролитических процессов в липидах овсяной мучки протекают окислительные процессы. Проведенные исследования показали, что хранение мучки в течение 60 суток сопровождается ростом суммарных продуктов окисления липидов почти в 4,0 раза, что указывает на высокую активность фермента липоксигеназы. При хранении активность фермента липоксигеназы снижается.

Исследовано изменение состава жирных кислот овсяной мучки при хранении.

Результаты исследования показали, что жирнокислотный состав липидов овсяной мучки при хранении не изменяется.

Поскольку в процессе хранения качество овсяной мучки снижается, считалось целесообразным исследовать ее микрофлору. Установлено, что микрофлора овсяной мучки при хранении существенно изменяется. Так, за 60 суток хранения количество плесневых грибов выросло в 7,0 раз и составило 2,2102 КОЕ/г, количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов выросло в 4,4 раза и составило 70 КОЕ/г, количество дрожжей выросло в 1,9 раза и составило 125 КОЕ/г.

Проведенные исследования показали, что предельная величина кислотного числа липидов овсяной мучки, выше которой происходит ухудшение органолептических показателей качества с появлением горечи, составляет 20-25 мг КОН. Установлено, что безопасным сроком ее хранения является 4-7 суток.

Таким образом, проведенные исследования позволили сделать вывод о том, что для увеличения сроков хранения овсяной мучки необходимо изыскать способы ее обработки с целью инактивации ферментов и снижения микробиологической обсемененности.

2.2.4 Разработка способов и оптимальных режимов обработки овсяной мучки с целью повышения ее стойкости при хранении Результаты проведенных исследований показали, что овсяная мучка обсеменена микроорганизмами, имеет высокую активность ферментов липазы и липоксигеназы, отличается значительным содержанием ненасыщенных жирных кислот, что обусловливает ее низкую стойкость при хранении и является существенным препятствием ее широкого применения.

С целью сохранения качества овсяной мучки при хранении применяли следующие способы стабилизации: ИК-обработку, СВЧ-обработку, экструдирование.

Эффективность выбранных способов стабилизации оценивали по изменению показателя кислотного числа липидов овсяной мучки. Кислотное число липидов свежевыработанной овсяной мучки составляло 9,4 мг КОН.

Обработку овсяной мучки ИК-излучением и СВЧ-излучением осуществляли на лабораторных установках. Режим ИК-обработки: лампы типа КГТ 220-1000 с плотностью лучистого потока 24 кВт/м2, скорость нагревания 10 оС/мин, толщина обрабатываемого слоя овсяной мучки 5 мм. Параметры СВЧ-обработки: частота электромагнитного излучения 2450 МГц, скорость нагревания 0,45 оС/с.

Для выявления оптимальных параметров обработки была осуществлена математическая обработка в среде Statistica® 8.0. На основании найденных математических зависимостей, адекватно описывающих влияние продолжительности и температуры ИК- и СВЧ-обработки на кислотное число липидов овсяной мучки, в трехмерном пространстве графическим методом были построены поверхности отклика исследуемых характеристик.

Полученные поверхности отклика позволили оптимизировать параметры ИК- и СВЧ-обработки. Установлено, что оптимальные продолжительность и температура для ИК-обработки составляют 5 минут и 110 оС, для СВЧ-обработки – 4 минуты и 108 оС. ИК-обработка овсяной мучки в течение 5 минут позволяет стабилизировать качество овсяной мучки в течение 15 суток. Кислотное число липидов овсяной мучки за указанный период хранения практически не изменилось. Кислотное число липидов овсяной мучки, подвергшейся СВЧ-обработке в течение 4 минут, за 60 суток хранения изменилось с 9,4 до 11,6 мг КОН.

Экструзионную обработку овсяной мучки осуществляли на лабораторном экструдере при частоте вращения рабочего вала 93 об/мин и температуре обработки 140 оС. Овсяную мучку перед экструзионной обработкой увлажняли до 18-20 % влажности. В результате исследований установили, что экструдирование обеспечивает гарантированное хранение овсяной мучки. За два месяца хранения кислотное число изменилось с 9,4 до 12,5 мг КОН.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что все предложенные способы обработки обеспечивают стерилизацию овсяной мучки.

Как известно, изменение содержания водо- и солерастворимых фракций белков является своеобразным индикатором теплового воздействия на продукт.

В связи с чем, проводили исследование влияния ИК-обработки, СВЧ-обработки, экструзионной обработки на содержание водо- и солерастворимых фракций белков, а также витаминов в овсяной мучке.

Результаты исследования показали, что ИК-обработка овсяной мучки в течение 5 минут при температуре 110 оС приводит к снижению альбуминов на 6,2 %, глобулинов - на 6,9 %, витамина В1 - на 23,0 %, В6 - на 15,3 %, Е - на 6,2 %.

СВЧ-обработка в течение 4 минут при температуре 108 оС снижает содержание альбуминов на 1,8 %, глобулинов - на 2,6 %, витамина В1 - на 12,5 %, В6 - на 5,5 %, Е - на 1,1 %. Экструзионная обработка вызывает снижение содержания альбуминов на 5,3 %, глобулинов - на 4,6 %, витамина В1 - на 13,2 %, В6 - на 5,8 %, Е - на 1,6 %.

Таким образом, разработаны способы стабилизации качества овсяной мучки при хранении с применением интенсивных методов энергоподвода. Наиболее эффективным способом стабилизации является СВЧ-обработка, останавливающая рост кислотного числа липидов, обеспечивающая наиболее полное сохранение пищевой ценности овсяной мучки и ее микробиологическую чистоту.

2.2.5 Исследование направлений рационального использования Результаты исследования химического состава овсяной мучки предопределили целесообразность ее применения при производстве хлебобулочных, мучных кондитерских изделий и растительных масел.

В связи с этим была исследована возможность применения овсяной мучки для создания нового вида хлеба – «Золотая нива».

Хлеб готовили безопарным способом по традиционной технологии. Овсяную мучку вносили в количестве 5-45 % взамен муки пшеничной 1сорта. Контролем в эксперименте служили образцы без добавления овсяной мучки.

Методом лабораторных выпечек установлено, что использование овсяной мучки в количестве более 25 % приводило к значительному снижению физикохимических показателей хлеба.

Наилучшее качество хлеба достигнуто при применении овсяной мучки в количестве от 5 до 25 %. Так, внесение овсяной мучки в количестве 25 % оказывало положительное влияние на органолептические показатели хлеба. Корка изделий приобретала более насыщенный цвет, у хлеба появлялся приятный овсяной аромат и вкус. Однако внесение 25 % овсяной мучки снижало удельный объем хлеба по сравнению с контрольным образцом на 6,0 %, пористость - на 5,3 %.

Установлено, что внесение 25 % овсяной мучки (взамен пшеничной муки 1 сорта) приводило к увеличению содержания в нем белка в 1,2 раза, витамина В1 - в 1,2 раза, витамина В6 – в 1,8 раза, РР – в 1,3 раза, Е – в 1,2 раза.

Была исследована возможность использования овсяной мучки при производстве бисквитного полуфабриката «Любимый». Значительное содержание в составе овсяной мучки альбуминов и пищевых волокон позволило предположить наличие у нее пенообразующих свойств.

пенообразующая способность смеси овсяной мучки с водой в 1,7 раза ниже, чем у меланжа, но в 1,7 раза выше пенообразующей способности смеси пшеничной муки 1 сорта с водой. По показателю устойчивости пены смесь овсяной мучки с водой превосходит меланж в 1,5 раза, муку пшеничную 1-го сорта – в 7,1 раза.

В связи с этим исследовали возможность использования овсяной мучки при производстве бисквитного полуфабриката. Мучку вводили в составе водно-мучных смесей в количестве 10-60 % (взамен пшеничной муки 1 сорта). Качество готовых изделий оценивали по физико-химическим и органолептическим показателям. В качестве контроля выступал бисквитный полуфабрикат, приготовленный традиционным способом без добавления мучки.

Исследования показали, что замена пшеничной муки 1 сорта на овсяную мучку в количестве 40 % улучшает органолептические показатели готового бисквитного полуфабриката и повышает пористость изделия по сравнению с контролем на 8,4 %, удельный объем - на 3,8 %.

Основываясь на результатах проведенных исследований, была разработана технология производства и рецептура бисквитного полуфабриката «Любимый».

Обогащение бисквитного полуфабриката овсяной мучкой приводит к увеличению содержания белка в 1,1 раза, витамина В1 в 1,4 раза, В2 – в 1,1 раза, Е – в 1,2 раза.

Установлено, что применение овсяной мучки при производстве хлеба и бисквитного полуфабриката способствует увеличению сроков хранения готовых изделий.

Овсяная мучка характеризуется сравнительно высокой масличностью (14,7 %) и содержит биологически активные полиненасыщенные жирные кислоты -3, -6, токоферолы, каротиноиды, стерины, что делает ее перспективным сырьем для производства растительного масла. Разработана технология подготовки овсяной мучки к экстракции масла. Рекомендована технологическая схема извлечения растительного масла экстракционным способом.

2.2.6 Разработка нормативной документации на хлебобулочные и мучные кондитерские изделия с добавлением овсяной мучки Разработаны и утверждены технические условия на хлеб «Золотая нива»

(ТУ 9114-001-05321443-09) и на бисквитный полуфабрикат «Любимый»

(ТУ 9136-002-05321443-09).

В государственном учреждении здравоохранения «Оренбургская областная клиническая больница №2» проводили исследование по клинической оценке хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, обогащенных овсяной мучкой, в комплексном лечении лиц, страдающих сахарным диабетом.

В клинических исследованиях принимали участие 16 человек, среди которых 8 человек без отклонений в здоровье и 8 человек с сахарным диабетом первого типа.

В рацион их питания были включены хлеб «Золотая нива» и бисквитный полуфабрикат «Любимый». Продолжительность исследования составляла 14 суток.

Исследовали влияние опытных продуктов на обменные процессы посредством определения уровней общего холестерина, липопротеидов высокой и низкой плотности, триацилглицеридов, глюкозы в крови, креатинина, мочевой кислоты, альбуминов и 1-, 2-, -, -глобулинов до начала эксперимента и по истечении 14 суток.

Анализ биохимических показателей крови лиц, страдающими сахарным диабетом, показал, что употребление хлеба «Золотая нива» и бисквитного полуфабриката «Любимый», приводит к увеличению содержания альбуминов на 1,0 %, снижению уровня глюкозы на 10,6 %, липопротеидов низкой плотности – на 43,1 %, триацилглицеридов – на 36,7 %, креатинина – на 17,9 %, мочевой кислоты – на 16,0 %.

Таким образом, результаты клинических исследований свидетельствуют о том, что разработанные продукты, обогащенные овсяной мучкой, проявляют выраженные гипохолестеринемический, гипогликемизирующий эффекты, способствуют нормализации белкового, липидного, углеводного обменов, обмена азотсодержащих соединений и могут быть рекомендованы в качестве продуктов лечебно-профилактического назначения, как для массового питания, так и для питания лиц, страдающих сахарным диабетом.

2.2.7 Апробация результатов исследований и их экономическая Проведена опытно-промышленная апробация хлеба «Золотая нива» на ЗАО «Хлебопродукт №2» и бисквитного полуфабриката «Любимый» на предприятии «Фабрика-кухня от Виктории».

Ожидаемый экономический эффект от производства хлеба «Золотая нива»

составляет 79800 руб. в год, от производства бисквитного полуфабриката «Любимый» - 41000 руб. в год.

Проведены комплексные исследования по разработке научно обоснованных решений рационального использования вторичного сырья крупяного производства.

1. Проведено комплексное исследование химического состава овсяной мучки.

Установлена ее высокая пищевая и биологическая ценность.

1.1. Установлено, что белковый комплекс овсяной мучки более полноценен, чем белки целого зерна овса. Сумма альбуминов и глобулинов составляет в среднем 63,0 %.

Выявлено, что белки овсяной мучки хорошо сбалансированы по аминокислотному составу и обладают высокой биологической ценностью, о чем свидетельствуют результаты экспериментов на животных и оценка аминокислотного скора.

1.2. Проведены комплексные исследования липидного комплекса овсяной мучки.

Изучен количественный и качественный состав жирных кислот. Установлено, что жирнокислотный состав овсяной мучки носит ненасыщенный характер (сумма ненасыщенных жирных кислот в среднем составляет 80,6 %), содержит ненасыщенные жирные кислоты (олеиновую - 35,6 %, линолевую - 39,0 %) и - (0,4 %), -6 (2,0 %) кислоты. Изучен групповой состав липидов овсяной мучки.

Исследовано содержание и состав стеринов в овсяной мучке. Основным представителем стеринов является -ситостерин (66,1 %).

1.3. Установлено, что сахара в овсяной мучке представлены моносахаридами:

глюкозой (8,4 %), галактозой (10,8 %) и полисахаридами: сахарозой (48,0 %), раффинозой (32,8 %). Выявлено, что овсяная мучка содержит растворимую клетчатку -глюкан (15,0 %).

1.4. Впервые исследован количественный и качественный состав фенольных соединений овсяной мучки. Установлено, что в овсяной мучке содержатся представители различных классов флавоноидов: рутин (0,02 мг/г), апигенин (0,01 мг/г) и гиперозид (0,02 мг/г).

2. Установлено, что по содержанию микотоксинов, пестицидов, радионуклидов и токсических элементов овсяная мучка соответствует действующим санитарногигиеническим требованиям, предъявляемым к безопасности сырья для производства продуктов питания.

3. Установлено, что при хранении овсяной мучки наблюдается рост кислотного числа, суммарных продуктов окисления, что является следствием протекания окислительных и гидролитических процессов в липидах мучки. Выявлена высокая активность ферментов липазы и липоксигеназы.

4. Разработаны и оптимизированы способы стабилизации качества овсяной мучки при хранении. Показано, что ИК-обработка овсяной мучки в течение 5 минут (плотность лучистого потока 24 кВт/м2, скорость нагревания 10 о останавливает рост кислотного числа липидов в течение 15 суток. СВЧобработка (продолжительность обработки 4 мин; скорость нагревания мучки 0,45 оС/с; частота электромагнитного излучения 2450 МГц) и экструзионная (влажность овсяной мучки 18-20 %, температура 140 оС, частота обработка вращения шнека 93 об/мин) обеспечивают сохранение показателей качества овсяной мучки в течение 60 суток.

5. Установлена возможность использования овсяной мучки в производстве хлебобулочных, мучных кондитерских изделий, растительных масел. Разработана технология производства хлеба «Золотая нива» из смеси пшеничной муки 1 сорта и овсяной мучки. Обогащение хлеба 25 % овсяной мучки приводит к увеличению содержания витамина В1 в 1,2 раза, витамина В2 – в 2,1 раза, витамина В6 – в 1,8 раза, витамина РР – в 1,3 раза и витамина Е – в 1,2 раза. Разработан способ производства бисквитного полуфабриката «Любимый» с добавлением 40 % овсяной мучки. Наличие значительных пенообразующих свойств у овсяной мучки позволило получить бисквитный полуфабрикат, отличающийся высокими показателями качества (пористость 79,7 %, удельный объем 3,95 см3/г), пищевой ценностью и меньшей калорийностью, по сравнению с бисквитным полуфабрикатом, приготовленным по традиционной технологии. Разработана технология подготовки овсяной мучки к экстракции масла и рекомендована технологическая схема извлечения растительного масла экстракционным способом.

6. Разработаны и утверждены технические условия на хлеб «Золотая нива» и на бисквитный полуфабрикат «Любимый».

7. Результаты клинических исследований установили, что продукты с добавлением овсяной мучки способствуют нормализации белкового, липидного, углеводного обменов, обмена азотсодержащих соединений.

8. Проведена опытно-промышленная апробация, ожидаемый экономический эффект от производства бисквитного полуфабриката «Любимый» составляет 41000 руб. в год, от производства хлеба «Золотая нива» - 79800 руб. в год.

1. Никифорова Т.А. Перспективы использования вторичного сырья крупяных производств [Текст] / Т.А. Никифорова, С.М. Севериненко, Д.А. Куликов, С.Г. Пономарев // Хлебопродукты. – 2009. – №7. – С. 50-51.

2. Никифорова Т.А. Потенциальные возможности побочных продуктов крупяных производств [Текст] / Т.А. Никифорова, С.М. Севериненко, Д.А. Куликов, С.Г. Пономарев // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2010.

– №5. – С. 141-144.

3. Куликов Д.А. Побочный продукт переработки овса – перспективное сырье для хлебопечения [Текст] / Д.А. Куликов // Хлебопродукты. – 2010. – №12. – С. 52.

4. Никифорова Т.А. Возможность использования овсяной мучки в технологии бисквитной продукции [Текст] / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов // Материалы 6-ой международной конференции «Торты и пирожные», 17-19 марта 2008 г. – Москва, 2008. – С. 129-131.

5. Никифорова Т.А. Исследования липидного комплекса овсяной мучки [Текст] / Т.А. Никифорова, Е.М. Мельников, С.М. Севериненко, В.Г. Байков, Д.А. Куликов // Материалы 5-ой Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», 2-4 июня 2008 г. – Москва, 2008. – С. 108-110.

6. Никифорова Т.А. Изменение липидного комплекса овсяной мучки при хранении [Текст] / Т.А. Никифорова, Л.М. Рагузина, Д.А. Куликов // Труды V Международной научно-практической конференции «Пища. Экология.

Качество», 30 июня – 2 июля 2008 г. – Новосибирск, 2008. – С. 281-283.

7. Никифорова Т.А. Исследование возможности использования побочных продуктов переработки овса в хлебопечении [Текст] / Т.А. Никифорова, Е.М. Мельников, Д.А. Куликов // Материалы хлебопекарного форума «Современное хлебопечение – 2008», 13-15 октября 2008 г. – Москва, 2008. – С. 95-98.

8. Куликов Д.А. Перспектива использования продуктов переработки овса в технологии хлеба [Текст] / Д.А. Куликов // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2009. – №2. – С. 197-198.

9. Никифорова Т.А. Овсяная мучка в технологии бисквитных полуфабрикатов [Текст] / Т.А. Никифорова, Л.М. Рагузина, Д.А. Куликов // Материалы 7-ой Международной конференции «Кондитерские изделия ХХI века», 30 марта – 1 апреля 2009 г. – Москва, 2009. – С. 235-236.

10. Никифорова Т.А. Овсяная мучка как уникальное сырье для продуктов функционального и лечебно-профилактического назначения [Текст] / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов // Сборник научных трудов 3-ей Всероссийской заочной научно-практической конференции «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг», 16 апреля 2009 г. – Тюмень, 2009. – С. 217-220.

11. Никифорова Т.А. Исследование побочных продуктов переработки крупяного производства [Текст] / Т.А. Никифорова, Е.М. Мельников, С.М. Севериненко, В.Г. Байков, Д.А. Куликов // Сборник научных трудов МПА: Выпуск VI-2. – М., 2009. – С. 223-231.

12. Никифорова Т.А. Перспективные направления повышения пищевой ценности хлеба [Текст] / Т.А. Никифорова, Е.М. Мельников, Д.А. Куликов // Материалы 2-го международного хлебопекарного форума «Современное хлебопечение – 2009», 22-24 июня 2009. – Москва, 2009. – С. 228-230.

13. Никифорова Т.А. Исследование вторичного сырья крупяных производств [Текст] / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов, С.Г. Пономарев, И.А. Бочкарева // Сборник научных трудов МПА: Выпуск VII/2. – М., 2009. – С. 109-114.

14. Никифорова Т.А. Повышение пищевой ценности хлеба за счет нетрадиционного сырья зерновых культур [Текст] / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов // Сборник материалов Всероссийской конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности», 18-20 сентября г. – Самара, 2009. – С. 145-147.

15. Никифорова Т.А. Повышение качества бисквитной продукции и эффективности производства [Текст] / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов // Материалы Международной научная конференции «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы», 14-15 октября 2009 г. – Оренбург, 2009. – С. 213-215.

16. Никифорова Т.А. Вторичное сырье крупяных производств – источник растительных масел [Текст] / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов, С.Г. Пономарев // Материалы II Межвузовской научно-практической ежегодной конференции «Новые технологии и инновационные разработки», 3-4 декабря 2009 г. – Тамбов, 2010. – С. 91-93.

17. Способ производства бисквитного полуфабриката : пат. 2391003 Рос. Федерация / Т.А. Никифорова, Д.А. Куликов. – Заяв. 11.12.2008; опубл. 10.06.2010, Бюл. №16.

18. Куликов Д.А. Новые виды нетрадиционного сырья для производства хлебобулочных и мучных кондитерских изделий [Текст] / Д.А. Куликов, С.Г. Пономарев, Т.А. Никифорова, В.Г. Байков, С.М. Севериненко // Материалы 3-го международного хлебопекарного форума «Современное хлебопечение – 2010», 10-14 октября 2010. – Москва, 2010. – С. 106-111.