CC BY
7
УДК 664.653.05
DOI 10.24412/2311-6447-2023-2-92-98
Возможности совершенствования производства мучных кондитерских изделии
Production improvement opportunities flour confectionery
Доцент И.Ж. Искаков (ORCID 0000-0001-6557-4142), доцент В.Я. Кучеренко, профессор Г.В. Алексеев (ORCID 0000-0002-2867-108Х),
Университет при Межпарламентской ассамлее ЕврАз ЭС, лаборатория инновационных технологий, тел. 89213350796, [email protected]
аспирант А.П. Савельев, аспирант Е.Н. Ивлева Национальный исследовательский университет ИТМО, факультет биотехнологии, тел. 8921501876
Associate Professor I.Zh. Iskakov, Associate Professor V.Ya. Kucherenko, Professor G.V. Alekseev,
University under the Inter-Parliamentary Assembly of EurAsEC, laboratory of innovative technologies, tel. 89213350796, [email protected]
Postgraduate Student A.P. Savelyev, Postgraduate Student E.N. Ivleva National Research University ITMO, Faculty of Biotechnology, tel. 8921501876
Аннотация. Проблемы пищевого производства в настоящее время связаны с дисбалансом количества запрашиваемой обществом полноценной пищи и количеством пищевого сырья, которое может быть источником для ее производства. Такая ситуация связана с непрерывно увеличивающимся населением, с одной стороны, и с интенсивным развитием промышленных предприятий, которые не только потребляют пищевое сырье, но и в силу несовершенства применяемых технологий, оказывают на окружающую среду неблагоприятное воздействие, тормозящее воспроизводство такого сырья. Требования пищевой безопасности и рационального природопользования наложили отпечаток на направления развития и совершенствования отраслей, производящих продукты питания. Важным обстоятельством в этом процессе явились спрос и потребности рынка такой продукции, продиктованные желаниями потребителей компенсировать постоянно увеличивающуюся экологическую нагрузку на организм человека. Одним из путей смягчения этой проблемы является использование вторичного пищевого сырья для компенсации пищевых потребностей человека в недостающих в рационе питания веществах, в частности минеральных. Известно, что на многих пищевых производствах яйцо домашней птицы является основным или вспомогательным сырьем. Вторичное сырье в виде скорлупы в настоящее время применяют чаще всего для аграрных целей, хотя она содержит множество полезных элементов, основную часть которых составляет кальции. После дополнительной обработки скорлупу, по-видимому, можно вносить в продукты питания и обогащать их полезными веществами. Такие продукты смогут употреблять все слои населения, но особенно полезно это будет людям, страдающим дефицитом кальция. Существенным препятствием на пути реализации такого процесса является отсутствие необходимого технологического оборудования.
Abstract. Modern problems of food production are currently often associated with an imbalance in the amount of complete food requested by society and the amount of food raw materials that can be a source for its production. This situation is associated with a continuously increasing population, on the one hand, and with the intensive development of industrial enterprises, which not only consume food raw materials, but also, due to the imperfection of the technologies used, have an adverse effect on the environment, hindering the reproduction of such raw materials. The requirements of food safety and rational environmental management have left a significant imprint on the development and improvement of food-producing industries. An important circumstance in this process was the demand and needs of the market for such products, dictated by the desires of consumers to compensate for the ever-increasing environmental burden on the human body. One of the ways to mitigate this problem is the use of secondary food raw materials to compensate for the nutritional needs of a person in the missing substances in the diet, in particular minerals. It is known that in many food production, poultry eggs are the main or auxiliary raw
© И.Ж. Искаков, В.Я. Кучеренко, Г.В. Алексеев, А.П. Савельев, E.H. Ивлева, 2023
materials. Secondary raw materials, in the form of a shell, are currently used most often for agricultural purposes, although it contains many useful elements, the main part of which is calcium. After additional processing, the shell, apparently, can be added to food and enriched with useful substances. Such products can be used by people of all segments of the population, but it will be especially useful for people suffering from calcium deficiency. A significant obstacle to the implementation of such a process is the lack of the necessary technological equipment.
Ключевые слова: полноденная пища, пищевое сырье, несовершенство технологий, вторичное пищевое сырье, рацион питания, минеральные вещества, технологическое оборудование
Keywords: complete food, food raw materials, imperfection of technologies, secondary food raw materials, diet, minerals, technological equipment
В настоящее время идет активная разработка новых продуктов питания и технологий их изготовления на основе новых видов пищевого сырья, в том числе ранее не использовавшегося для этих целей. Эти разработки оказались возможными благодаря серьезным физико-химическим исследованиям пищевого сырья, как основного, так и вторичного. К одному из последних видов сырья стали относить яичную скорлупу, обладающую целым комплексом ценных минеральных веществ.
Скорлупа куриных яиц, на 90 % состоящая из карбоната кальция (СаСОз), не только легко усваивается, но и содержит все необходимые для организма микроэлементы: фтор, медь, железо, марганец, молибден, фосфор, серу, цинк, кремний и другие. Ее состав содержит 28 различных компонентов, совпадающих с составом костей и зубов и стимулирующих кроветворную функцию костного мозга, что ценно, например, при радиационном поражении. Известно также, что яичная скорлупа занимает особое место среди продуктов, моделирующих процесс пищеварения. Основную массу скорлупы куриных яиц составляют минеральные вещества (в основном СаСОз), 3,3 % - протеины и 1,6 % - вода. Исследования свидетельствуют о том, что СаСОз в условиях переваривания в составе пищи человека распадается практически полностью. Таким образом, СаСОз яичной скорлупы в сочетании с основным продуктом (например, бисквитным тестом, приготовленным традиционным способом) дает ценный кальцийсодержащий продукт, который можно широко использовать в лечебном и профилактическом питании населения. Введение в рецептуру мучных хлебобулочных изделий 0,5-3,0 % к массе муки измельченной скорлупы куриных яиц способствует повышению содержания кальция до 150-300 мг/100 г выпеченного изделия. Потребление мучных изделий, обогащенных порошком из яичной скорлупы, способствует оптимизации соотношения Са и Р, что благоприятно влияет на все стороны обмена веществ. Яичная скорлупа, включенная в мучные хлебобулочные изделия, -прекрасное выводящее средство для радионуклидов и может эффективно использоваться в очагах радиоактивного заражения. Потребление 300 г хлеба, обогащенного кальцием, позволяет покрыть суточную потребность в кальции не только детей, но и лиц любого возраста.
При попадании ячной скорлупы в организм человека естественный карбонат кальция легко связывается с фосфором и образует фосфаты кальция, которые идут на укрепление костей и зубов. Оптимальное усваивание яичной скорлупы организмом связано с тем, что этапы образования яичной скорлупы в организме птицы обусловлены ионами кальция из плазмы крови, которые образуют единую систему, разрушаемую теми же самыми элементами и легко попадающими в плазму крови человека.
Размер ионов кальция таков, что позволяет им с легкостью попадать в человеческую клетку и также выходить из нее, оставляя в ней целую цепочку важных питательных элементов. Это обеспечивает укрепление межклеточной мембраны, делает ее непроницаемой для вирусов, радионуклидов, что существенно укрепляет жизнестойкость всего человеческого организма.
Всемирная организация здравоохранения рекомендует взрослым ежедневно употреблять кальций в количестве не менее 1000 мг. После 50 лет кальций более быстро вымывается из организма, что может привести к хрупкости костей. В первую очередь, недостаток кальция сказывается на женщинах. Рекомендуемая норма для них увеличивается до 1200 мг в день, а детям от 4 до 8 лет следует потреблять до 1000 мг в день и от 9 лет до 18 лет около 1300 мг в день.
Перед использованием яичную скорлупу необходимо измельчить до состояния, похожего на муку, причем добавка не должна ощущаться в продукте. Замес теста выполняется в тестомесильных машинах периодического действия, в которых рецептурные компоненты дозируют при помощи весовых дозаторов и объемных мерников. Основной комплекс линии включает промежуточную обогреваемую емкость с мешалкой, камеру предварительного смешивания, двухсекционную тестомесильную машину.
Обычно перед введением добавки в рецептуру к десяти частям порошка яичной скорлупы добавляют одну часть сока лимона. Такая пропорция позволяет карбонату кальция переходить в растворимый цитрат кальция (пищевая добавка ЕЗЗЗ). В такой форме кальций лучше усваивается организмом человека.
Вместе с тем, хотя данный вид пищевой добавки и не требует дополнительных материальных затрат на производство, она нечасто используется в качестве сырья кондитерского производства.
Часто это связано с тем, что скорлупу приходится измельчать вручную. Измельченная механическим способом на современном оборудовании скорлупа резко теряет свои полезные свойства, что заметно уже на первом этапе технологического процесса приготовления полуфабриката. Так, например, бисквитное тесто со скорлупой, измельченной вручную, увеличивается в объеме больше, чем со скорлупой, измельченной механическим способом. Обычные режимы технологического процесса требуют при использовании яичной скорлупы существенной корректировки, да и состав самого теста тоже.
Одной из сформировавшихся в настоящее время тенденций является повышение спроса на диетические продукты питания, в том числе на хлебобулочные изделия, к которым относится сбивной бездрожжевой хлеб. Представляется целесообразным применение молотой яичной скорлупы именно в этом продукте. Как было отмечено выше, часто существующие тестомесильные машины не могут приготовить тесто высокого качества для такого хлеба.
В связи с этим была разработана и сконструирована тестомесильная машина для получения бездрожжевого хлеба высокого качества с заданными стабильными физико-химическими и структурно-механическими свойствами [1]. Технической задачей, которую ставили перед собой авторы, являлась разработка месильной рамки для месильно-сбивальной машины, позволяющей исключить неравномерность распределения отдельных ингредиентов и повысить показатели качества сбивного бездрожжевого теста при интенсификации процесса перемешивания рецептурных компонентов, включающих молотую яичную скорлупу, снизить энергозатраты на приготовление теста рис.1.
е
4
I
Рис. 1. Конструкция месильной рамки: 1 - полу эллипсы; 2 - ферромагнитные стержни; 3 -электрические катушки; 4 - неметаллическая втулка
Решение такой задачи было достигнуто тем, что нижняя часть месильной камеры выполнялась в форме полусферы, а в верхней части был установлен вал с насаженной на него месильной рамкой. Этот орган устанавливали горизонтально с минимальным зазором относительно днища и выполняли в виде четырех полуэллипсов, расположенных под углом 90 ° относительно друг друга. Кроме того, сам вал выполняли в виде двух стержней из ферромагнитного материала, соединенных неметаллической втулкой. Для достижения поставленной цели на каждом из стержней между стенкой месильной камеры и месильной рамкой с обеих сторон размещали маг-нитострикционные элементы.
Эффект от работы такой конструкции состоял в повышении равномерности распределения ингредиентов и качества сбивного бездрожжевого теста за счет воздействия на обрабатываемую среду ультразвукового поля, генерируемого магнито-стрикционными механизмами и вызывающего эффекты кавитации, инициирующей перемешивание ингредиентов на межмолекулярном уровне [2-4].
Месильная рамка работает следующим образом: сначала в камеру загружают жидкие рецептурные компоненты, их перемешивают, затем загружают муку и измельченную яичную скорлупу. Камеру закрывают крышкой и включают электропривод, при этом стержни с насаженной на них месильной рамкой начинают вращаться с заданной скоростью. Одновременно на электрические катушки магнито-стрикционных элементов подается электрический ток, под действием которого ферромагнитные стержни, выполняющие в магнитострикционных элементах роли сердечников, начинают совершать продольные колебания с частотой подаваемого напряжения, возбуждая ультразвуковое поле. Неметаллическая втулка, обеспечивая синхронность работы двух магнитострикционных элементов, не мешает распространяться ультразвуковому полю по всему объему камеры. Возникающие кавита-ционные явления разрушают любые неоднородности в перемешиваемой среде и обеспечивают высокую равномерность распределения отдельных ингредиентов. Перемешивание осуществляют до получения однородной консистенции в течение заданного времени и рецептуры. После выгрузки теста его загружают в формы и подают на выпечку. Таким образом, предложенная конструкция месильной камеры обеспечивает исключение неравномерности распределения отдельных ингредиентов, следовательно, повышает показатели качества сбивного бездрожжевого теста при интенсификации процесса перемешивания рецептурных компонентов.
При постановке эксперимента в качестве рецептурных компонентов использовали меланж и яичную скорлупу [5, 6].
В качестве целевой функции, критерия оценки эффективности работы месильной рамки выбирали период расслоения (продолжительность времени, в течение которой устанавливалась четкая неравномерность распределения между компонентами) после перемешивания.
Полагали, что на период расслоения будут влиять: температура смеси, концентрация компонентов и частота вращения месильной рамки.
Результаты исследований приведены в табл. 1. Там же приведены средние арифметические значения периода расслоения, полученные из 3 единичных опытов.
Для величин варьируемых факторов выбирали:
- X] - концентрацию 5,0; 3,0; 1,0 %;
- Х2 - температуру 20; 40; 60; 80 °С;
- Хз - частоту вращения месильной рамки 40,0; 80,0; 120,0 мин1.
Математико-статистическая обработка в Excel позволила определить коэффициенты соответствующих уравнений регрессии и коэффициенты множественной детерминации R2, говорящие о степени достоверности полученных регрессионных соотношений.
Таблица 1
Результаты экспериментальных исследований
Изменяемые факторы Целевая функция
Содержание яичной скорлупы Ц, % Темпер атур ный режим 1:, °С Скорость вращения месильной рамки П, МИН"1 Период стабнль носги Т, мин
40,0 30,3
20 80,0 42,0
120,0 45,3
40,0 57,3
40 30,0 613
120,0 64,0
40,0 71,7
50 30,0 35,5
5.0 120,0 91,7
40,0 38,2
80 30,0 92,3
120,0 93,6
40,0 28,0
20 30,0 37,3
120,0 41,6
40,0 38,7
40 30,0 43,3
120,0 49,6
40,0 58,4
60 30,0 65,9
3.0 120,0 69,3
40,0 69,3
30 30,0 71,3
120,0 73,5
40,0 22,2
20 30,0 22,3
120,0 24,3
40,0 30,2
40 30,0 31,4
1,0 120,0 36,0
60 40,0 40,0
30,0 50,0
120,0 59,7
Так, например, соответствующие сведения об обработке результатов эксперимента для скорости перемешивания п1=40 приведены на рис. 2.
Коэффициенты уравнения регрессии
nl=40,0
1,01814 - 49,7215 0,63952 - 5,77352
6 0,00228 8 1 13,3527 9
0,49509 3 0,00297 5 110,132 7 0,29935 77,4000 2 14,7908 7
0,9852 42 3,66322 6 #н/д #н/д #н/д #н/д
66,7593 5 #н/д #н/д #н/д #н/д
4479,28 9 67,0961 1 #н/д #н/д #н/д #н/д
Рис. 2. Результаты обработки эксперимента для частоты вращенияп1 =40,0
Таким образом, соответствующее уравнение регрессии будет иметь вид для времени расслоение при частоте вращения, п1=40,0
Тюо = 5,77 - 13,35X1+0,64X2+49,72X12+1,02X1X2 при 1*2=0,98
Аналогичные расчеты дают возможность записать для других скоростей вращения (п2=80,0, пЗ= 120,0) месильной рамки, следующие уравнения регрессии Т8оо = 2,19 -11,02X1+1,02X2+85,61X12+0,73X1X2 при И2=0,95 Т1200 =6,45 -1,88X1+1,03X2+60,62X12+0,81X1X2 при 1*2=0,95 Графически эти зависимости представлены на рис. 3.
т
12 3 4
содержание яичной скорлупы, %
Рис. 3. Характер изменения стабильности смеси от варьируемых параметров: 1 - скорость вращения месильной рамки 40,0 мин-1; 2 - скорость вращения месильной рамки 80,0 мин-1; 3 - скорость вращения месильной рамки 120,0 мин-1
Анализ характера изменения периода стабильности смеси от количества вносимой измельченной яичной скорлупы при выбранных диапазонах варьируемых параметров говорит о том, что содержание минеральной добавки наиболее сильно влияет на целевую функцию при высоких скоростях вращения месильной рамки. С другой стороны, период стабильности смеси существенно возрастает при повышении содержания вводимой добавки. Температура смешения в исследованных диапазонах изменения параметров менее важна, чем частота вращения месильной рамки. Такое изменение характера стабильности приготавливаемого теста говорит о том, что кавитационные процессы от локальных воздействий ультразвуковых колебаний непосредственно в зоне соприкосновения месильной рамки с тестом более эффективно гомогенизируют перемешиваемую среду, чем массовое тепловое влияние [7,8].
ЛИТЕРАТУРА
1. Искаков И.Ж., Кучеренко В.Я., Сызранцев Д.В. Месильная камера для замеса теста в месильно-сбивальной машине. Патент РФ №216 005, опубл. 12.01.2023, Бюл. № 2
2. ГОСТ 30363-96. Продукты яичные. Общие технические условия. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1996.
3. Арет В.А., Алексеев Г.В., Верболоз Е.И., Кондратов А.В. Возможности управления процессом измельчения путем изменения структурно-механических свойств пищевой смеси// Известия Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, 2008.- № 4.- С. 54-58.
4. ГОСТ 5904-82.Изделия кондитерские. Правила приемки, методы отбора и подготовки проб — М.: Изд-во стандартов, 1991.
5. Алексеев Г.В., Аксенова О.И., Дерканосова А.А. Оптимизация рецептуры кормов непродуктивных животных с помощью математического моделирования / / Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 2015.- № 1 (63).- С. 28-35.
6. Ивлева Е.Н., Дмитриченко М.И., Красильников В.Н. Возможности использования лецитина в школьном и дошкольном питании// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2012. № 27. С. 124-127.
7. http://nnre.ru/zdorove/kalcii_iony_zdorovja/p4.php Состав и свойства яичной скорлупы.
8. https: / /kalcid.ru/eggs/ Скорлупа яиц как источник кальция.
REFERENCES
1. Iskakov I.Zh., Kucherenko V.Ya., Syzrantsev D.V. Kneading chamber for kneading dough in a kneading and whipping machine. RF patent No. 216 005, publ. 01/12/2023, Bull. No. 2
2. GOST 30363-96. Egg products. General specifications. Minsk: Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification, 1996.
3. Aret V.A., Alekseev G.V., Verboloz E.I., Kondratov A.V. Possibilities of controlling the grinding process by changing the structural and mechanical properties of the food mixture / / Proceedings of the St. Petersburg State University of Low-Temperature and Food Technologies, 2008.-No. 4.-P. 54-58.
4. GOST 5904-82. Confectionery products. Acceptance rules, methods of sampling and sample preparation - M.: Publishing house of standards, 1991.
5. Alekseev G.V., Aksenova O.I., Derkanosova A.A. Optimization of feed formula for unproductive animals using mathematical modeling / / Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies, 2015.- No. 1 (63).- P. 28-35.
6. Ivleva E.N., Dmitrichenko M.I., Krasilnikov V.N. Possibilities of using lecithin in school and preschool nutrition// Proceedings of the St. Petersburg State Agrarian University. 2012. No. 27. P. 124-127.
7. http://nnre.ru/zdorove/kalcii_iony_zdorovja/p4.php Composition and properties of eggshell.
8. https://kalcid.ru/eggs/ Eggshell as a source of calcium.
