На правах рукописи

СУВОРОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ВИТАМИННО-МИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ПШЕНИЧНОЙ МУКИ

И ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

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 -

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» им. К.Г. Разумовского

Научный руководитель доктор технических наук, старший научный сотрудник Шатнюк Людмила Николаевна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Ильина Ольга Александровна доктор технических наук, профессор Дубцов Георгий Георгиевич

Ведущая организация ГОУ ВПО Воронежская государственная технологическая академия

Защита состоится «28»октября 2011 года в 13 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления»

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского Отзывы высылать по адресу: 109004, Москва, ул. Земляной Вал, д.73.

Автореферат диссертации размещен на сайте ФГБОУ ВПО МГУТУ им.

К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Автореферат разослан: « 28» сентября 2011 года

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. «Основы государственной политики в области здорового питания населения РФ на период до 2020 г.» определяют в качестве приоритетной задачи увеличение производства обогащенных микронутриентами продуктов питания массового потребления, в т.ч. пшеничной муки высшего и первого сортов, хлебобулочных изделий.

Особое внимание специалисты органов здравоохранения, врачигигиенисты уделяют полноценному обеспечению организма человека, особенно групп риска, к которым относятся дети, подростки, женщины детородного возраста, беременные и кормящие, важнейшим микроэлементом - железом, дефицит которого в питании российского населения широко распространен.

В российской и зарубежной практике (Дубцов Г.Г., Позняковский В.М., Савенкова Т.В., Шатнюк Л.Н., Шевелева Г.И., Оттавей П.Б. и др.) накоплен положительный опыт использования витаминов, железа, других микронутриентов для обогащения пищевых продуктов. Проведенные исследования свидетельствуют об определенных трудностях как технологического, так и гигиенического характера применения железа в продуктах питания и обеспечения его адекватной абсорбции в организме (прогоркание жирового компонента пищевой системы, изменение цвета, вкуса и аромата, наличие в продуктах эндогенных ингибиторов абсорбции железа и др.).

К сожалению, данные, свидетельствующие об эффективности совместного использования в пищевых технологиях железа и других микронутриентов с целью улучшения качества и повышения пищевой ценности таких продуктов массового потребления, немногочисленны.

Учитывая специфические особенности соединений железа как металла переменной валентности, отсутствие в литературе сведений о влиянии этого микроэлемента на сохранность наиболее дефицитных витаминов (В1, В2, В6, РР, фолиевая кислота) в муке при ее хранении и хлебобулочных изделиях в процессе производства и хранеия, разработка специальных витаминно-минеральных смесей для комплексного обогащения пищевых продуктов и их использование в современных пищевых технологиях являются актуальной задачей.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилась разработка технологии повышения пищевой ценности пшеничной муки и хлебобулочных изделий путем использования витаминно-минеральных смесей (ВМС), содержащих различные соединения железа и витамины группы В.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

Научное обоснование и разработка ВМС для обогащения пшеничной муки и хлебобулочных изделий.

Исследование влияния ВМС на качество свежесмолотой пшеничной муки в процессе ее созревания:

- влияние ВМС на хлебопекарные свойства пшеничной муки;

- влияние ВМС на состояние липидного комплекса пшеничной муки;

- влияние ВМС на сохранность витаминов в обогащенной пшеничной муке.

Исследование влияния ВМС на свойства полуфабрикатов хлебопекарного производства и качество хлебобулочных изделий:

- влияние ВМС на бродильную активность хлебопекарных дрожжей;

- влияние ВМС на физические свойства теста и его газообразующую способность;

- влияние ВМС на органолептические и физико-химические показатели качества хлебобулочных изделий;

- влияние ВМС на качество хлебобулочных изделий в процессе хранения;

- влияние ВМС на сохранность витаминов в хлебобулочных изделиях;

- влияние ВМС на пищевую ценность хлебобулочных изделий.

Разработка новых видов хлебобулочных изделий, обогащенных железом и витаминами, их промышленная апробация и внедрение в производство.

Разработка, утверждение, экспертная оценка и согласование технической документации.

Структурная схема исследований представлена на рис. 1.

Научная новизна. На основании современных медико-биологических подходов подобраны различные соединения железа (электролитическое железо, двухвалентное сернокислое железо моногидрат и двухвалентное сернокислое железа гептагидрат) и витаминов группы В (В1, В2, В6, РР и фолиевая кислота) с целью комплексного их использования в составе витаминно-минеральных смесей для обогащения пшеничной муки высшего сорта и хлебобулочных изделий, обеспечивающих гарантированное содержание микронутриентов в готовой продукции.

Установлено влияние различных соединений железа в составе ВМС на качество свежесмолотой пшеничной муки в процессе ее созревания (кислотность, количество и качество клейковины, автолитическую активность) в зависимости от различных технологических факторов: длительности и температуры хранения муки, физико-химических свойств соединений железа.

Разработка витаминно-минеральных смесей для обогащения пшеничной муки и хлебобулочных изделий Научное обоснование и разработка ВМС для обогащения пшеничной муки и хлебобулочных изделий Исследование влияние ВМС на качество свежесмолотой пшеничной муки в процессе ее созревания Исследование влияние ВМС на свойства полуфабрикатов хлебопекарного производства и качество хлебобулочных изделий Разработка новых видов хлебобулочных изделий, обогащенных железом и витаминами, Разработка, утверждение, экспертная оценка и согласование технической документации Рисунок 1 Структурная схема исследований Выявлено, что минимальную степень влияния на активность липазы и липоксигеназы свежесмолотой пшеничной муки и снижение содержания ненасыщенных жирных кислот оказали элементарное электролитическое железо и сернокислое железо моногидрат, обладающие низкой химической активностью.

Впервые установлено, что сохранность витаминов В1, В6 и фолиевой кислоты в обогащенной свежесмолотой муке в процессе созревания зависит от температуры ее хранения и физико-химических свойств соединений железа в составе ВМС. Максимальную степень сохранности витаминов обеспечивает инертное в химическом отношении элементарное электролитическое железо.

Выявлено, что на бродильную активность хлебопекарных дрожжей лимитирующее влияние оказывает сернокислое железо гептагидрат в составе ВМС, что приводит к увеличению длительности расстойки тестовых заготовок на 13-18 мин.

Установлено, что ВМС, содержащие элементарное электролитическое железо и сернокислое железо моногидрат, оказывают влияние на процессы созревания теста и качество хлеба, улучшая устойчивость, сопротивляемость и эластичность теста, а также пористость и удельный объем.

Определены оптимальные составы ВМС (с включением в рецептуру сернокислого железа моно- или гептагидрата), способствующие удержанию влаги и стабилизации структурно-механических свойств мякиша хлебобулочных изделий в процессе их хранения в течение 72 ч.

Впервые экспериментальным путем установлена максимальная сохранность витаминов В1, В2, В6, и фолиевой кислоты в обогащенных хлебобулочных изделиях с электролитическим железом и сернокислым железом моногидратом в составе ВМС, что позволило получить готовые изделия с рекомендуемыми уровнями содержания витаминов.

Практическая значимость. Разработана рецептура витаминноминеральной смеси «Колосок», содержащей витамины В1, В2, В6, РР, фолиевую кислоту, сернокислое двухвалентное железо моногидрат, в качестве технологической добавки – аскорбиновую кислоту, в качестве носителя - мальтодекстрин.

Показана целесообразность внесения электролитического железа и сернокислого железа моногидрата в составе ВМС в свежесмолотую пшеничную муку с клейковиной средней по качеству, обеспечивающих стабилизацию белковопротеиназного комплекса в процессе созревания муки.

Определено содержание витаминов группы В в обогащенных пшеничной муке и хлебобулочных изделиях, которое соответствует рекомендуемым нормам потребления микронутриентов СанПиН 2.3.2.2804-10 «Дополнения и изменения № 22 к СанПиН 2.3.2.1078-01».

Разработана технология обогащения хлебобулочных изделий витаминами и железом с использованием витаминно-минеральной смеси «Колосок».

Разработана и утверждена техническая документация на витаминноминеральную смесь «Колосок-1» (ТУ 9281-027-17028327-09), хлебобулочные изделия «Колосок» (ТУ 9114-436-05747152-04, ТУ 9115-435-05747152-04) и «Лицейские» (ТУ 9114-033-17028327-05, ТУ 9115-034-17028327-05), рекомендуемые для использования в питании детей дошкольного и школьного возраста.

Проведена промышленная апробация изделий на хлебозаводах Московской области (г. Дедовск, ЗАО «Дедовский хлеб»), г. Москвы (Хлебозавод №16) и Республики Мордовия (ОАО «Саранский хлебокомбинат» г. Саранск).

На ЗАО «Валетек Продимпэкс» организовано промышленное производство ВМС «Колосок».

На способ производства хлеба из пшеничной муки с использованием ВМС, содержащих различные соединения железа, подана заявка на патент Российской Федерации (№ 2011130433 от 21.07.2011 г.).

Работа выполнялась в соответствии с заданиями Постановлений Главного государственного санитарного врача РФ №91 от 05.05.2003 г, № 148 от 16.09.2003 г., №9 от 05.03.2004 г «О мерах по профилактике заболеваний, обусловленных дефицитом железа в структуре питания населения» и тематическим планом НИР НИИ питания РАМН на 2004-2006 г.г. по теме «Разработка технологических подходов, обеспечивающих микробиологическую безопасность и качество зерновых продуктов, обогащенных железом и витаминами» (в качестве внешнего соисполнителя).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на Всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, г.), Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания»

(Москва, 2004, 2007 гг.), научно-практической конференции «Питание здорового и больного человека» (Санкт-Петербург, 2005 г.), VI, Х и XI Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, 2005, 2008, 2010 г.г.), IХ Всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье»

(Москва, 2007 г.), Второй Международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов – современное состояние и перспективы развития» (Москва, г.), XII Международной научной конференции «Здоровье семьи – XXI век»

(Израиль, Эйлат, 2008 г.), Международных хлебопекарных форумах «Современное хлебопечение» (Москва, 2009, 2011 гг.), Межрегиональной научнопрактической конференции молодых ученых МГУТУ (2010 г.).

Смесь витаминно-минеральная «Колосок-1» экспонировалась на международной выставке «Пищевые ингредиенты, добавки и пряности – 2004» и награждена Золотой медалью в номинации «Ингредиент года отечественного производства ».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 9 статей в журналах, рецензируемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического указателя и приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка и 23 таблицы. Библиографический указатель включает 137 источников, в т.ч. 36 зарубежных авторов. Приложения к диссертации изложены на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, определены основные направления реализации цели, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы рассмотрены накопленные сведения о витаминной и минеральной ценности хлебобулочных изделий, роли белково-протеиназного, углеводно-амилазного и липидного комплексов пшеничной муки в формировании качества хлеба. Проанализированы свойства железа и его соединений, распространенность его в пищевых продуктах. Отмечена роль железа в профилактике таких заболеваний, как фолат– и железозависимая анемия у детского населения, женщин детородного возраста. Показаны основные возможности повышения витаминной и минеральной ценности хлеба и технологические аспекты обогащения пищевых продуктов микронутриентами.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» ГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского»

и «Технологии хлебопекарного и макаронного производств» ГОУ ВПО «Московский Государственный Университет пищевых производств», в лабораториях химии пищевых продуктов, технологии новых специализированных продуктов профилактического действия НИИ питания РАМН, в аналитической лаборатории ФГУП ГНИИ витаминов, ГНУ ГосНИИ хлебопекарной промышленности РАСХН, испытательной лаборатории ЗАО «Валетек Продимпэкс» (сертификат аккредитации № РОСС RU.0001.22.ПС23 от 04.05.2010 г., Московская обл., г.

Дедовск).

Выработку витаминно-минеральной смеси «Колосок» осуществляли в экспериментальном цехе ЗАО «Валетек Продимпэкс». Апробацию хлебобулочных изделий с использованием ВМС «Колосок» осуществляли на ЗАО «Дедовский хлеб» (Московская обл., г.Дедовск) и ОАО «Саранский хлебокомбинат»

(Республика Мордовия, г. Саранск), хлебобулочных изделий «Лицейские» - на хлебозаводе №16 (г. Москва).

2.1 Объекты и методы исследований При проведении исследований использовали 2 пробы пшеничной муки высшего сорта: (проба №1 – свежесмолотая мука, Wm=13,4%, кислотность град., белизна 54 у.е., содержание сырой клейковины – 39,6%, Нидк=75 ед. пр., ЧП -185 с; проба №2 - Wm=12%, кислотность 6 град., белизна 55,7 у.е., содержание сырой клейковины – 28,3%, Нидк=86 ед. пр., ЧП -233 с.) по ГОСТ Р 52189-03; дрожжи хлебопекарные прессованные по ТУ 9182-005-00353595-01;

соль поваренную пищевую по ГОСТ Р 51574-00; воду питьевую по ГОСТ Р 51232-98; поливитаминный премикс (DSM Nutritional Products, Швейцария) по свидетельству о государственной регистрации, железо электролитическое по санитарно-эпидемиологическому заключению, железо (II) сернокислое моногидрат по санитарно-эпидемиологическому заключению, железо (II) сернокислое гептагидрат по ГОСТ 4148-78.

В работе использовали общепринятые и специальные методы исследований свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

В пробах пшеничной муки определяли следующие показатели: влажность по ГОСТ 9404-88; кислотность по ГОСТ 27493-87; количество и качество клейковины (по содержанию и способности сырой клейковины оказывать сопротивление деформирующей нагрузке сжатия на приборе ИДК-1М) по ГОСТ 27839-88; белизну по ГОСТ 26361-84; автолитическую активность по числу падения по ГОСТ 27676-88; свойства теста (водопоглотительная способность муки, время образования, устойчивость, сопротивляемость, эластичность и степень разжижения теста) по ГОСТ Р 51404-99 на приборе «Farinograph» («Brabender», Германия); газообразующую способность муки на приборе ЯгоОстровского.

Состояние липидного комплекса свежесмолотой пшеничной муки определяли по следующим показателям: кислотное число жира по ГОСТ 5476-80;

жирнокислотный состав жира, выделенного из муки – методом газовой капиллярной хроматографии по ГОСТ Р 51483-99; активность липазы – методом, основанным на титровании раствором щелочи жирных кислот, образовавшихся при действии фермента на масло в слабокислой или щелочной среде; активность липоксигеназы – титрометрическим методом по количеству перекисных соединений, образовавшихся в процессе гидролиза жира.

Пробную лабораторную выпечку хлеба проводили по ГОСТ 27669-88. В хлебобулочных изделиях определяли: органолептические показатели по ГОСТ 5667-65; влажность по ГОСТ 21094-75; кислотность по ГОСТ 5670-96; удельный объем по ГОСТ 27669-88; пористость по ГОСТ 5669-96; толщину корки;

реологические показатели мякиша хлеба (общая, пластическая и упругая деформация мякиша) на приборе Структорометр СТ-1 (Россия).

Бродильную активность дрожжей в ходе брожения тестового полуфабриката измеряли на приборе «Rheofermentometre – F3».

Определение содержания витаминов группы В и железа в хлебобулочных изделиях и в пробах свежесмолотой пшеничной муки в процессе хранения осуществляли в аналитической лаборатории ФГУП НИИ витаминов и испытательной лаборатории ЗАО «Валетек Продимпэкс». Содержание тиамина (витамина В1) определяли по ГОСТ 29138-91; рибофлавина (витамина В2) – по ГОСТ 29139-91; пиридоксина (витамина В6) – методом ВЭЖХ после проведения кислотно-ферментативного гидролиза. Содержание фолиевой кислоты определяли экспресс-методом с помощью тест-системы для иммуноферментного анализа РИДАСКРИН ФАСТ ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА (производство АР-БИОФАРМ, Германия).

Содержание железа определяли по ГОСТ 26928-86. Отбор проб для проведения анализа осуществляли по ГОСТ 26929-94.

Обработку статистических данных результатов исследования осуществляли на компьютере с применением программных пакетов «Microsoft Excel».

2.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

2.2.1 Научное обоснование и разработка витаминно-минеральных смесей для обогащения пшеничной муки и хлебобулочных изделий Являясь составной частью гемоглобина, железо принимает активное участие в важнейших биохимических процессах кроветворения, переноса кислорода кровью из легких в ткани, биологического окисления, обеспечивающего организм энергией.

Источником этого микроэлемента является пища как животного, так и растительного происхождения. Учитывая, что основными продуктами питания населения являются продукты растительного происхождения, в состав которых железо входит в трехвалентной форме, неусваиваемой организмом человека, дефицит этого микроэлемента в питании неизбежен.

Кроме того, широко распространены дефициты тех микронутриентов, которые участвуют в процессах усвоения железа и перехода его из трехвалентного состояния в двухвалентное состояние: витаминов С, Е, В12, В6, фолиевой кислоты, микроэлемента селена.

Учитывая, что в кишечнике всасывается не более 10% железа, поступающего с пищей, рекомендуемая норма его потребления составляет для мужчин 10 мг в сутки, для женщин детородного возраста 18-20 мг, для беременных и кормящих женщин потребность в этом микроэлементе еще выше (25-27 мг).

Получить требуемое количество хорошо усвояемого железа с обычным рационом возможно только при использовании обогащенных этим микронутриентом продуктов питания. Поэтому приоритетными направлениями «Основ государственной политики в области здорового питания детского и взрослого населения РФ», Постановлений Главного государственного санитарного врача РФ является расширение производства продуктов массового потребления (мука, хлебобулочные изделия), обогащенных железом и другими микронутриентами.

В соответствии с задачами исследований был выбран наиболее эффективный способ обогащения микронутриентами хлебобулочных изделий и пшеничной муки – использование специальных витаминно-минеральных смесей (ВМС), содержащих железо и витамины группы В (В1, В2, В6, PP, фолиевую кислоту). С этой целью готовили модельные ВМС с фиксированным содержанием железа. При разработке рецептур модельных смесей руководствовались требованиями, изложенными в Постановлении Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 05.05.2003 г. №91, которые предусматривают содержание в 100 г хлеба тиамина 0,3-0,5 мг, рибофлавина 0,15мг, витамина В6 0,3-0,5 мг, витамина РР 3,0-5,0 мг, фолиевой кислоты 0,03мг, железа 3-4 мг.

В качестве источников железа использовали:

- железо элементарное электролитическое (Ж-Э); - железо двухвалентное сернокислое моногидрат FeSO4 х Н2О (СЖ-М);- железо двухвалентное сернокислое гептагидрат FeSO4 х 7Н2О (СЖ-Г).

Витамины В1, В2, В6, РР, фолиевую кислоту вводили в состав модельных смесей в виде поливитаминного премикса. В качестве технологической добавки в рецептуры была включена аскорбиновая кислота из расчета 2 мг на 100 г муки, которая выполняет функцию улучшителя окислительного действия в процессе тестоприготовления и препятствует переходу железа из двухвалентной формы в трехвалентную (неусвояемую). ВМС представляют собой сухие порошкообразные продукты, содержащие железо, поливитаминный премикс, аскорбиновую кислоту, в качестве носителя – пшеничную муку (ВМС№1) или мальтодекстрин (ВМС№2 и ВМС№3). При производстве использована апробированная технология поэтапного разведения используемых добавок основным рецептурным компонентом (носителем), которая гарантирует равномерное распределение микронутриентов по всей массе продукта.

Содержание витаминов и соединений железа в модельных витаминноминеральных смесях представлено в табл. 1.

Данные, представленные в табл. 1, подтверждают соответствие состава ВМС требованиям Постановлений Главного государственного санитарного врача РФ (№148 от 16.09.2003 г.).

Таблица 1 - Содержание витаминов и соединений железа в модельных смесях Витамины и 2.2.2 Влияние ВМС на качество свежесмолотой пшеничной муки в процессе ее созревания Изучали влияние ВМС на технологические, биохимические и гигиенические показатели муки в процессе ее созревания.

В исследованиях использовали свежесмолотую пшеничную муку высшего сорта (проба №1), в которую были внесены поливитаминный премикс (контроль) и ВМС с витаминами и различными соединениями железа (образцы ВМС №№ 1-3).

Приготовленные образцы муки были расфасованы по 1 кг в бумажные пакеты и заложены на хранение при двух режимах: в условиях нерегулируемых температур (комнатные условия) и в условиях холодильника при температуре +5оС. Через 1,2 и 3 месяцев хранения в пшеничной муке определяли влажность, кислотность, содержание и качество клейковины, число падения.

2.2.2.1 Влияние витаминно-минеральных смесей на хлебопекарные свойства пшеничной муки Биохимические процессы, протекающие в муке и влияющие на ее хлебопекарные свойства, сопровождаются накоплением кислых продуктов, о чем свидетельствовало нарастание титруемой кислотности (Рис.2). Значение этого показателя в контрольной пробе увеличивалось к окончанию периода хранения в среднем в 1,4 раза. Наибольший прирост значений наблюдался при добавлении ВМС№3, содержащей сернокислое железо гептагидрат.

Содержание и качество клейковины пшеничной муки в процессе хранения при t=202С изменялось как в контрольной, так и в опытных пробах. В течение 3-х месяцев содержание клейковины снижалось на 2-4% при внесении ВМС №3 при различных режимах хранения; при этом значение показателя Н ИДК снижалось с 75 ед. прибора в контрольной пробе на 10 ед. прибора, т.е.

клейковина укреплялась (рис. 3).

Автолитическую активность муки оценивали по числу падения (ЧП), характеризующему степень начального гидролиза крахмала под действием амилолитических ферментов. Из графиков, представленных на рис.4, видно, что в контрольной пробе свежесмолотой муки, хранившейся в нерегулируемых условиях, ЧП возрастало с 280 до 300 с., при t +5 оС этот показатель практически не изменялся.

2.2.2.2 Влияние витаминно-минеральных смесей на состояние липидного комплекса пшеничной муки Важную роль в изменении хлебопекарных свойств пшеничной муки в период созревания и хранения играют окислительные процессы, интенсивность которых в значительной степени связана с содержанием и превращением в муке липидов. При обогащении пшеничной муки биологически активными компонентами (витамины, макро- и микроэлементы) большую роль играют влажность муки, условия ее хранения, физико-химические свойства обогащающих добавок, прежде всего металлов переменной валентности, способных активизировать окислительные процессы, приводящие к ухудшению качества муки.

Эффективность воздействия различных соединений железа на липидный комплекс муки в процессе хранения оценивали по их влиянию на жирнокислотный состав липидов; кислотное число жира муки; активность ферментов липазы и липоксигеназы. Установлено, что на протяжении 3 месяцев хранения в обогащенной муке активно протекали гидролитические и окислительные процессы. Фермент липаза (А), расщепляя жир до свободных жирных кислот, в процессе хранения постепенно теряла свою активность во всех исследуемых образцах.

В образцах муки, обогащенной различными соединениями железа и хранившейся при t +20 оС, активность липазы была несколько выше, чем в контрольной пробе. Наиболее интенсивно гидролитические процессы расщепления жира протекали в образце муки, обогащенной СЖ-Г (рис. 5).

Другой фермент – липоксигеназа (Б) сохранял свою активность через месяца хранения в пробах муки с добавлением ВМС, в наибольшей степени – в присутствии СЖ-Г.

О степени гидролиза жира судили по значению кислотного числа жира муки. В образцах жира, выделенного из контрольной пробы муки, хранившейся в нерегулируемых условиях, значение этого показателя увеличивалось к концу хранения практически в 2 раза (40 мг КОН/1 г жира); при t +5 оС – изменялось мл 0,1н NaOH /г с.в-ва Активность липазы, незначительно.

Рисунок 5. Изменение активности липазы (А) муки и липоксигеназы (Б) Во всех образцах муки с добавлением ВМС динамика процессов окисления была идентичной, однако наиболее высокое значение кислотного числа отмечено в образце муки, обогащенной СЖ-Г.

Исследование жирнокислотного состава муки показало,что в муке, обогащенной различными соединениями железа и витаминами, в течение 3 месяцев хранения в нерегулируемых условиях происходят изменения жирнокислотного состава в сторону уменьшения количества ненасыщенных жирных кислот:

в наименьшей степени - в муке, обогащенной электролитическим железом (на 0,41%), моногидратом сернокислого железа (на 0,66%), в наибольшей гептагидратом сернокислого железа – на 1,34%, по сравнению с необогащенной мукой.

Полученные данные свидетельствуют о том, что интенсивность окислительных процессов, происходящих в липидном комплексе муки, обогащенной различными соединениями железа и витаминами, зависит не только от длительности и температуры хранения, но и от вида и физико-химических свойств соединений этого микроэлемента.

В наибольшей степени изменение активности ферментов липазы и липоксигеназы, кислотного числа и жирнокислотного состава жира муки происходит при добавлении гептагидрата сернокислого железа, негативное влияние которого на липидный комплекс муки, можно объяснить следующим образом. Молекула СЖ-Г представляет собой кристаллогидрат (лиганд), в центре которого находится ион железа Fe+2, окруженный гидратной оболочкой. Лиганд взаимодействует с комплексом пшеничной муки, укрепляя клейковину и оказывая ингибирующее действие на активность липолитических ферментов. В процессе хранения пшеничной муки в присутствии небольшого количества влаги при значении активности воды аw=0,52 антиоксиданты (содержащиеся в муке токоферолы и внесенная в составе смеси аскорбиновая кислота) могут стимулировать высвобождение иона железа из молекулы лиганда, который и будет влиять на активность липазы и липоксигеназы и инициировать окисление липидов муки.

2.2.2.3 Влияние витаминно-минеральных смесей на сохранность витаминов в обогащенной пшеничной муке При изучении влияния температуры хранения и состава ВМС на содержание витаминов в обогащенной пшеничной муке в процессе ее созревания (табл. 2) установлено, что температурный фактор (температура хранения t=202С или t=5С) не оказал существенного влияния на содержание витаминов В1 и В6.

Гораздо большее значение имел вид соединения железа, используемого для обогащения. При добавлении Ж-Э и СЖ-М сохранность витамина В1 была максимальной и составила 97% (t=202С); 98% (t=5С) и 97% (t=202С);

100% (t=5С), соответственно. Сохранность этого витамина при добавлении СЖ-Г была ниже – 85 % (t=202С) и 90% (t=5С). По витамину В6 были получены идентичные результаты.

Наименее устойчивой была фолиевая кислота, сохранность которой в случае использования Ж-Э составила 72 и 78%, СЖ-М – 67 и 79%, СЖ-Г – 64 и 67% (при соответствующих температурных режимах хранения).

Наибольшие потери всех исследуемых витаминов отмечены в образцах муки, обогащенной СЖ-Г. Сохранность витаминов в образцах муки с использованием Ж-Э и СЖ-М оказалась на одном уровне.

Таким образом, анализ полученных данных позволяет предположить, что сульфат железа гептагидрат оказывает негативное воздействие на сохранность витаминов при обогащении им пшеничной муки высшего сорта в процессе ее хранения в течение 3-х месяцев.

Таблица 2 - Сохранность витаминов в муке в процессе хранения в течение 3 месяцев (в % к исходному содержанию в свежесмолотой обогащенной муке) Препарат 2.2.3 Влияние ВМС на свойства полуфабрикатов хлебопекарного производства и качество хлебобулочных изделий 2.2.3.1 Влияние витаминно-минеральных смесей на бродильную активность хлебопекарных дрожжей При изучении влияния различных соединений железа в составе ВМС на бродильную активность дрожжей замес теста осуществляли на приборе «Farinograph», динамику бродильной активности дрожжей изучали на приборе «Rheofermentometre F3».* Анализ полученных ферментограмм развития теста выявил, что при приготовлении дрожжевых полуфабрикатов добавки ВМС№1 и ВМС№2 не оказывали существенного влияния на бродильную активность дрожжей. Включение же в рецептуру ВМС гептагидрата сернокислого железа (ВМС№3) замедлило адаптацию дрожжей со сбраживания на первом этапе глюкозы, фруктозы и сасовместно с магистром МГУПП Силенчук Н.К.

харозы на сбраживание мальтозы более чем на 10 мин, по сравнению с контролем, о чем свидетельствовало выявленное изменение характера ферментограммы и увеличение длительности расстойки теста.

Наблюдаемое подавление бродильной активности дрожжей, предположительно, связано с тем, что, будучи металлом переменной валентности, железо легко катализирует окислительные процессы, которые могут оказывать негативное влияние на жизнедеятельность дрожжевых клеток.

2.2.3.2 Влияние витаминно-минеральных смесей на физические свойства теста Следующим этапом работы явилось изучение влияния ВМС на процессы структурообразования теста по показателям времени образования и устойчивости теста, ВПС муки, сопротивляемость и эластичность теста.

В исследованиях применяли пробу муки №2.

Установлено, что добавки железа и витаминов в составе ВМС не влияли на степень разжижения теста и водопоглотительную способность муки. В то же время при внесении в тесто ВМС, содержащих Ж-Э и СЖ-М увеличивались эластичность теста на 10-30% (кроме проб с СЖ-Г) устойчивость на 17-20%, сопротивляемость – на 16%, по сравнению с пробой теста без внесения ВМС.

Упрочнение структуры теста, отмеченное в образцах, содержащих железо, обусловлено, по нашему мнению, взаимодействием металла с белковыми компонентами теста, что способствовало упрочнению клейковинного каркаса.

2.2.3.3 Влияние ВМС на органолептические и физико-химические показатели качества хлебобулочных изделий При изучении влияния ВМС на качество хлеба из пшеничной муки высшего сорта и изменения физико-химических и органолептических показателей в процессе хранения выпечку хлеба проводили по ГОСТ 27669-88. Дозировку ВМС определяли с учетом содержания витаминов и железа в готовом продукте, обеспечивающего рекомендуемый уровень (30-50%) суточной потребности в микронутриентах и потребительское качество изделий. Контролем служили пробы хлеба с добавлением витаминов группы В.

Установлено, что внесенные ВМС не оказывали влияния на внешний вид, формоустойчивость, пропеченность, упругость и эластичность мякиша, удельный объем, по сравнению с контрольным образцом (табл. 3). Отмечена тенденция улучшения реологических свойств мякиша и пористости хлеба при внесении ВМС №1 и ВМС №2, содержащих электролитическое железо и сернокислое железо моногидрат.

Таблица 3 - Влияние витаминно-минеральных смесей на качество хлеба мякиша, мм Н общ Формоустойчивость Свойственная данному виду изделий Характеристика пори- Равномерная, средняя, тонкостенная стости Характеристика мякиша Хорошо пропеченный, эластичный, незаминающийся, некрошащийся, Характеристика корки Выпуклая, гладкая, без подрывов и трещин 2.2.3.4 Влияние ВМС на качество хлебобулочных изделий в процессе хранения При исследовании качества хлебобулочных изделий с добавками ВМС в процессе хранения выпеченные пробы после охлаждения упаковывали в полиэтиленовую пленку и хранили в нерегулируемых условиях в течение 12, 16, и 72 ч. Определяли влажность и реологические показатели мякиша образцов хлебобулочных изделий.

Установлено, что влажность мякиша хлебобулочных изделий у образцов, с добавлением СЖ-М и СЖ-Г в процессе хранения не изменялась. Общая деформация мякиша хлеба снизилась у контрольного образца на 32 %, с добавлением витаминов – на 27%, с добавлением витаминов и Ж-Э – на 48%, с добавлением витаминов и СЖ-М и СЖ-Г – не изменилась.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что в хлебобулочных изделиях, вырабатываемых с добавлением витаминов в сочетании с железом сернокислым моногидратом и железом сернокислым гептагидратом, замедляются процессы черствения, так как в процессе практически хранения не изменяются реологические свойства и влажность мякиша.

Предположительно, это может быть связано с увеличением гидратационной способности клейковины за счет укрепления белкового каркаса в присутствии молекул лигандов железа (FeSO4XH2O и FeSO4X7H2O).

2.2.3.5 Влияние витаминно-минеральных смесей на сохранность витаминов в хлебобулочных изделиях Сохранность витаминов зависит от многих факторов – параметров технологического процесса, способа внесения микродобавок, продолжительности и способа выпечки, а также от влияния других рецептурных компонентов пищевой массы. В связи с этим в данном разделе работы изучали влияние различных соединений железа в составе ВМС и способа внесения в тесто этих смесей на сохранность витаминов в готовых изделиях.

Данные, представленые на рис. 6., свидетельствуют о высоком уровне сохранности витаминов В1, В2, В6 и фолиевой кислоты в хлебе с добавлением Ж-Э и СЖ-М. Так, в образце хлеба, содержащем электролитическое железо, сохранность тиамина составила - 95%, рибофлавина - 100%, пиридоксина фолиевой кислоты - 94%; в образце, содержащем СЖ-М, также наблюдалось незначительное снижение содержания витаминов В1 и В6 (11%). Потерь витамина В2 не отмечалось.

В наибольшей степени содержание витаминов снижалось в пробах хлеба с использованием ВМС, содержащих гептагидрат сернокислого железа (66Самым неустойчивым витамином оказалась фолиевая кислота.

Рисунок 6. Сохранность витаминов в хлебобулочных изделиях, обогащенных различными соединениями железа Сохранность ее колебалась от 42% в образце хлеба с СЖ-Г до 60% - в образце хлеба с СЖ-М. Максимальная сохранность витамина отмечена в образце хлеба с Ж-Э – 94%.

Таким образом, сохранность всех витаминов зависела как от формы, так и физико-химических свойств используемых соединений железа.

Можно предположить, что максимальные потери витаминов в присутствии СЖ-Г связаны с особенностями строения молекулы этого соединения, представляющего собой кристаллогидрат. Активные группы –ОН, входящие в состав кристаллогидрата и гидратной оболочки, повышают подвижность иона железа Fe (II), по сравнению с СЖ-М и Ж-Э. В результате стабильность молекул витаминов в водном растворе в присутствии молекулы кристаллогидрата существенно снижается, особенно фолиевой кислоты.

2.2.3.6 Влияние ВМС на пищевую ценность хлебобулочных изделий Добавление в хлебобулочные изделия витаминов В1, В2, В6, РР и фолиевой кислотой в сочетании с различными соединениями железа повышало пищевую ценность продуктов без изменения их калорийности. Расчеты показывают (табл. 4), что потребление 150 г обычного хлеба из пшеничной муки высшего сорта обеспечивает поступление 10% тиамина, 4,5% рибофлавина, 7% пиридоксина, 0,19% фолиевой кислоты, 12-17% железа от рекомендуемой нормы потребления. Добавление витаминов и железа в тесто в составе ВМС в количестве 22,5 мг на 100 г муки обеспечивает поступление с 150 г хлеба 35% тиамина, 26%, рибофлавина 30% пиридоксина, 11% фолиевой кислоты и 33-49% железа от рекомендуемой нормы.

Таблица 4 - Адекватные уровни потребления (АУП) витаминов и железа и их обеспечение Витамин В (пиридоксин) Фолиевая кислота *) Данные представлены из расчета адекватного уровня потребления железа для мужчин мг/сут, для женщин - 15 мг/сут.

ВЫВОДЫ

Проведены комплексные исследования по разработке витаминноминеральных смесей и их применению для обогащения муки и хлебобулочных изделий. На основании полученных результатов сделаны следующие выводы:

1. Осуществлен выбор соединений железа и витаминов группы В, научно обоснованы составы и разработаны рецептуры витаминно-минеральных смесей (ВМС) для обогащения пшеничной муки и хлебобулочных изделий. В качестве источников железа использованы элементарное электролитическое железо с нулевой валентностью, соли сернокислого двухвалентного железа моногидрат и гептагидрат; витамины В1, В2, В6, РР, и фолиевую кислоту вносили в рецептуры ВМС в виде поливитаминного премикса, аскорбиновую кислоту – в качестве технологической добавки.

2. Установлено влияние витаминно-минеральных смесей на качество свежесмолотой пшеничной муки при ее созревании.

2.1. Хлебопекарные свойства свежесмолотой пшеничной муки в процессе созревания улучшались. Отмечалось укрепление клейковинного каркаса при внесении ВМС, содержащих сернокислое железо моно- и гептагидрат: значение НИДК в опытной пробе увеличивалось на 17%, по сравнению с контрольной пробой без добавок железа, через 3 месяца хранения. Значение числа падения при внесении ВМС№3 возрастало на 24%, по сравнению с контролем без добавок железа.

2.2. Установлено изменение липидного комплекса муки при добавлении ВМС, в наибольшей степени – при нерегулируемых температурах хранения.

Внесение в свежесмолотую пшеничную муку ВМС с электролитическим железом или сернокислым железом моногидратом оказывало минимальное влияние на активность липолитических ферментов, кислотное число и жирнокислотный состав липидов муки. Содержание ненасыщенных жирных кислот при добавлении электролитического железа составило 75,55%, сернокислого железа моногидрата – 75,27% (в контроле без добавок железа – 76,27%). Более интенсивно окислительные и гидролитические процессы происходили в липидном комплексе муки, обогащенной железом сернокислым гептагидратом: через 3 месяца хранения активность липолитических ферментов уменьшалась в 3-4 раза, значение кислотного числа жира возрастало в 2 раза, жирнокислотный состав липидов муки изменялся в сторону уменьшения суммы ненасыщенных жирных кислот на 1,34 %, по сравнению с контрольной пробой муки без железа.

2.3. Установлено, что на сохранность витаминов оказывали влияние длительность хранения муки и физико-химические свойства соединений железа.

Максимальная сохранность витаминов через 3 месяца (тиамина 90-97%, витамина В6 – 79%, фолиевой кислоты – 67-72%) получена при использовании ВМС с электролитическим железом и сернокислым железом моногидратом; минимальная – в образцах муки с сернокислым железом гептагидратом (соответственно, 98, 60, 63%%). Самым устойчивым оказался витамин В1 (сохранность 90-97%) при внесении ВМС, самым лабильным – фолиевая кислота (63-72%).

3. Установлено, что соединения железа в составе ВМС оказывают влияние на свойства полуфабрикатов хлебопекарного производства и качество хлебобулочных изделий.

3.1 ВМС с использованием сернокислого железа моногидрата и сернокислого железа гептагидрата оказывали незначительное влияние на бродильную активность дрожжей, что привело к увеличению длительности расстойки тестовых заготовок на 15-18 мин. Газообразование теста снизилось при добавлении ВМС в среднем на 10%.

3.2 Соединения железа в составе ВМС улучшали реологические свойства теста, измеряемые на фаринографе: эластичность теста на 20-30%, устойчивость – на 17-20%, сопротивляемость – на 15%. Наибольший улучшающий свойства теста эффект получен при внесении сернокислого железа моногидрата.

3.3 Внесение ВМС№1 и ВМС №2 в тесто обеспечивало увеличение объема хлебобулочных изделий на до 7%, пористости – на 2% и более, общей деформации мякиша в среднем на 27%, по сравнению с контрольной пробой без добавок железа.

3.4 Установлено, что добавки соединений железа в сочетании с витаминами тормозят потерю влаги и не приводят к ухудшению реологических свойств мякиша хлебобулочных изделий в процессе хранения в течение 72 ч.

Наибольший улучшающий эффект получен при использовании сернокислого железа моногидрата.

3.5 Впервые установлено влияние соединений железа в составе ВМС на сохранность витаминов в хлебобулочных изделиях. Максимальная сохранность тиамина – 95%, рибофлавина – 100%, пиридоксина – 98%, фолиевой кислоты – 94% получена при использовании витаминно-минеральной смеси с электролитическим железом и сернокислым железом моногидратом, минимальная в образцах хлебобулочных изделий с железом сернокислым гептагидратом (соответственно 66%, 78, 77 и 42%).

3.6 Установлено, что потребление 150 г хлебобулочных изделий, обогащенных ВМС, содержащей сернокислое железо моногидрат, обеспечивают потребность человека в витаминах и железе на 35 % (тиамин), 26 % (рибофлавин), 30 % (витамин В6), 11 % (фолиевая кислота), 49-33 % (железо) по сравнению с необогащенными хлебобулочными изделиями (соответственно 10%, 4,5, 7 и 0,2 % адекватного уровня потребления микронутриентов).

4. На витаминно-минеральную смесь и новые виды хлебобулочных изделий с железом и витаминами разработана и утверждена техническая документация: «Смеси витаминно-минеральные «Колосок» для пищевых продуктов»

(ТУ 9281-027-17028327-04). Хлебобулочные изделия «Колосок» (ТУ 9114-436ТУ 9115-435-05747152-04) и «Лицейские» (ТУ 9114-033ТУ 9115-034-17028327-05).

5. Организовано промышленное производство на ЗАО «Валетек Продимпэкс» витаминно-минеральной смеси «Колосок». На ЗАО «Дедовский хлеб»

(Московская обл., г. Дедовск) внедрены в производство хлебобулочные изделия «Колосок» из пшеничной муки высшего и первого сортов, обогащенные витаминно-минеральной смесью.

Автор диссертации выражает искреннюю благодарность к.б.н., научному сотруднику НИИ питания РАМН Воробьевой Ирине Сергеевне за неоценимую помощь, оказанную при выполнении работы.

Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В., Кветный Ф.М., Шлеленко Л.А., Воробьева В.М.

Новые виды хлебобулочных изделий, обогащенных железом и витаминами. Хлебопечение России. – 2004. - № 4. – С. 17-18.

2. Суворов И.В., Шатнюк Л.Н. Витаминно-минеральные смеси «Колосок». Пищевая промышленность. – 2004. - №12. – С. 82-83.

3. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В. Витаминно-минеральный премикс «Колосок».

Хлебопродукты. – 2006. - №3. – С.46- 4. Суворов И.В. Обогащение хлебобулочных изделий функционального назначения. Хлебопродукты. – 2006. - №8. – С.45-46.

5. Суворов И.В. Зачем обогащать муку витаминами. Хлебопродукты. – 2006. С.26.

6. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В., Воробьева В.М., Юдина А.В. Новые виды хлебобулочных изделий для здорового питания. Хлебопродукты. – 2007. - №6. – С.42Суворов И.В. Обогащение зерновых продуктов витаминами и минеральными веществами. Хлебопродукты. – 2007. - №12. – С 41-43.

8. Суворов И.В., Шатнюк Л.Н. Продукты здорового питания, обогащенные микронутриентами. Пищевая промышленность. – 2008. - №10. – С. 62.

9. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В., Байков В.Г., Воробьева В.М., Воробьева И.С. Изменение липидного комплекса обогащенной пшеничной муки в процессе хранения.

Хлебопечение России. – 2010. - №2. – С. 29-31.

10. Суворов И.В., Шатнюк Л.Н. Гигиенические аспекты обогащения пищевых продуктов железом и витаминами. Кондитерское и хлебопекарное производство. – 2004. - №3. – С. 8.

11. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В. Обогащение продуктов питания железом: проблемы и решения. Тезизы докладов Всероссийский семинар «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России». Орловский государственный технологический университет. – Орел, 2003. – С. 48-53.

12. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В. Препараты железа для обогащения пищевых продуктов. Сборник материалов докладов Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания». – Москва. – 2004 г. – С. 89-93.

13. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В., Байков В.Г., Воробьева И.С. Гигиенические и биохимические аспекты обогащения хлебобулочных изделий железом и витаминами.

Материалы 6-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития». – Екатеринбург. – 2005. – С.12-15.

14. Суворов И.В., Воробьева И.С. Влияние различных соединений железа на сохранность витаминов при обогащении пшеничной муки. Материалы III Межрегиональной научно-практической конференции «Питание здорового и больного человека» Санкт-Петербург:

- 2005. – С. 45-46.

15. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В., Воробьева В.М., Воробьева И.С., Силенчук Н.К., Юдина А.В. Гигиеническая оценка качества и безопасности продуктов переработки зерновых культур обогащенных микронутриентами. V Международная научнопрактическая конференция «Технология и продукты здорового питания 2007». – М.:

2007. - С. 89-93.

16. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В. Функциональные хлебобулочные изделия для питания детей дошкольного и школьного возраста. Материалы IХ Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье». – М.: 2007. – С. 95-96.

17. Суворов И.В. Функциональные ингредиенты для хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. Материалы Второй Международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов – современное состояние и перспективы развития. – Москва: 2007. – С 62-64.

18. Шатнюк Л.Н., Воробьева В.М., Воробьева И.С., Суворов И.В., Байков В.Г., Силенчук Н.К., Муравьева Н.Н., Хариточник Л.А. Гигиенические аспекты создания функциональных хлебобулочных изделий, обогащенных железом и витаминами. Материалы XII Международной научной конференции «Здоровье семьи – XXI век». – Пермь:

- Издательство ПОНИЦАА. - 2008. – Ч. II. – С. 416-419.

19. Суворов И.В., Шатнюк Л.Н., Силенчук Н.К., Воробьева И.С. Функциональные хлебобулочные изделия для питания различных групп детского и взрослого населения. Материалы Х Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития»». – Екатеринбург: 2008.

– С. 67-72.

20. Суворов И.В., Шатнюк Л.Н., Воробьева И.С., Воробьева В.М., Байков В.Г.

Влияние различных соединений железа на состояние липидного комплекса пшеничной муки, обогащенной витаминами группы В. Материалы Второго Международного хлебопекарного форума Современное хлебопечение – 2009». – М.: 2009. – С. 181-183.

21. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В., Воробьева В.М., Силенчук Н.К. Функциональные хлебобулочные изделия, обогащенные железом и витаминами. Сборник научных трудов ХI Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития». – Екатеринбург: 2010. – С. 61-64.

22. Шатнюк Л.Н., Суворов И.В. Влияние различных соединений железа на сохранность витаминов в обогащенной пшеничной муке и хлебобулочных изделиях.

Материалы Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых МГУ ТУ - Москва: 2010. – С. 149-153.