CC BY
42
664.6:633.14
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДГОТОВКИ ЗЕРНА РЖИ НА ЕГО РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Е.И. ПОНОМАРЕВА, Л.В. ЛОГУНОВА
Воронежский государственный университет инженерных технологий,
394036, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; тел.: (473) 255-38-51, электронная почта: [email protected]
Исследовано влияние продолжительности набухания целого зерна ржи в среде с молочнокислыми бактериями и кислотности среды на изменение прочности зерна. Определены оптимальные режимы подготовки целого зерна ржи для использования его в хлебобулочных изделиях повышенной пищевой ценности.
Ключевые слова: целое зерно ржи, прочность зерна, кислотность среды, набухание зерна, молочнокислые бактерии.
Для повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий в настоящее время в их рецептуре используется целое зерно ржи. Ряд исследований посвящены разработке способов подготовки целого зерна ржи и их применению при производстве хлеба.
Предварительными исследованиями установлено, что на поверхности корки хлебобулочного изделия зерно ржи отличается повышенной твердостью. Наиболее объективной величиной оценки твердости зерна является его прочность [1]. Для снижения прочности рекомендуется выдерживать зерно в среде с молочнокислыми бактериями. Для получения изделий с наименьшим пределом прочности целого зерна ржи необходим выбор оптимальных параметров культуральной среды (КС) и продолжительности набухания.
Цель настоящих исследований - изучение влияния продолжительности набухания зерна ржи, кислотности КС на изменение прочности зерна, а также выбор оптимальных режимов его подготовки и их влияния на показатели качества хлебобулочных изделий.
Зерно ржи сорта Авангард предварительно увлажняли до влажности 44% путем выдерживания в воде с температурой (20 ± 2)°С в течение 24 ч. После этого зерно промывали кипяченой водой с температурой (75 ± 5)°С для обеззараживания и охлаждали до 35-40°С. Затем зерно подготавливали путем выдерживания в течение 72 ч при 35°С и гидромодуле 2 : 1 в КС с молочнокислыми бактериями Lactobacillusplantarum разной кислотности: 16, 20, 24, 26 и 30 град - образцы 1-5 соответственно. Обработанное зерно подсушивали при температуре (20 ± 2)°С до влажности (20 ± 2)%.
При замесе теста подкисленное целое зерно ржи сорта Авангард вносили в дозировке 25% к массе муки. Полуфабрикат замешивали при соотношении ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта 60 : 40.
Исследовали влияние внесения зерна ржи на свойства хлеба, проводя пробные лабораторные выпечки. В изделиях определяли органолептические характеристики, удельный объем, структурно-механические свойства [2].
Предел прочности зерна определяли в условиях одноосного сжатия между двумя параллельными пластинами на специально сконструированной для этого установке, состоящей из станины, на которой закреплена нижняя неподвижная пластина, выполняющая функ-
ции предметного столика с помещенными на него исследуемыми образцами зерна. Верхняя (сжимающая) пластина приводится в поступательное движение с постоянной скоростью посредством электропривода. Сжимающее усилие, соответствующее началу разрушения зерна, фиксировали с помощью вторичного прибора, соединенного с тензодатчиком, который вмонтирован в неподвижную пластину.
Предварительные эксперименты показали, что предел прочности для образцов зерна, подготовленных при неизменных условиях, имеет существенный разброс. На наш взгляд, это объясняется сложным строением и биологической неоднородностью зерна, наличием поверхностных и объемных дефектов в виде микротрещин и пустот, а также пространственным расположением зародыша в зерне.
В связи с этим, для снижения неоднородности измерений, на предметный столик была нанесена координатная сетка с шагом 15 мм, в узлы которой укладывали зерна ржи в количестве 25 штук. Ориентация зерен в горизонтальной плоскости была принята произвольной.
Предел прочности зерна о, Па, рассчитывали по формуле
о = Е/Б, (1)
где Е - сжимающее усилие, Н; Б - суммарная площадь поперечного сечения 25 зерен, м2.
Полученные зависимости предела прочности зерна ржи о, кПа, от продолжительности набухания хн, ч, и кислотности КС К, град, имеют линейный вид (рис. 1). Увеличение обоих параметров ведет к снижению предела прочности зерна ржи. Это обусловлено тем, что молочнокислые бактерии, содержащиеся в КС, способствуют частичному расщеплению оболочек клеток алейронового слоя. При набухании зерна КС постепенно проникает внутрь зерна, образуя микротрещины. При этом его твердость и предел прочности уменьшаются.
Оптимальный диапазон прочности зерна 1400-1500 кПа (рис. 1). При выдерживании в среде с кислотностью КС менее 26 град зерно ржи обладало повышенной твердостью, при этом предел его прочности составлял более 1500 кПа. В среде с кислотностью более 30 град предел прочности зерна был менее
Т, ч
Рис. 1
1400 кПа, рожь обладала наименьшей твердостью. Применение КС с более высокой кислотностью нецелесообразно, так как при этом образуется больше продуктов метаболизма, замедляющих дальнейшее развитие молочнокислых бактерий.
В общем виде зависимость предела прочности зерна ржи от продолжительности набухания при постоянной кислотности КС можно выразить линейным уравнением вида
к о + к 1 т в
(2)
Образец зерна К, град Регрессионный коэффициент
ко к
1 16 1783,8 -2,1758
2 20 1690,7 -2,0367
3 24 1614,0 -1,9675
4 26 1523,0 -0,9625
5 30 1443,3 -0,8430
для связи к1 =У(К) Яху = 0,8099. При выбранной доверительной вероятности 95% коэффициенты парной корреляции являются статистически значимыми (в соответствии с критерием Стьюдента).
Это позволило, используя метод наименьших квадратов, представить зависимости к0 = „/(К) и к1 = УК) в виде линейных уравнений
к0 = 2184,3- 24,719^; к 1 =-3,889+ 0,0978К.
(3)
(4)
где к0, к - регрессионные коэффициенты.
С использованием метода наименьших квадратов были получены значения коэффициентов ко и к1 при различных значениях кислотности КС (таблица).
Таблица
Статистический анализ показал, что при выбранной доверительной вероятности регрессионные коэффициенты уравнений (3) и (4) являются статистически значимыми и уравнения адекватно описывают экспериментальные данные.
Таким образом, уравнение (2), устанавливающее зависимость предела прочности зерна ржи о от продолжительности его набухания тн, с учетом поправки на кислотность КС К в виде уравнений (3) и (4) принимает вид
а = 2184,3-3,889тн -24,719К + 0,0978тн К. (5)
Уравнение (5) справедливо в диапазонах изменения продолжительности набухания зерна ржи 24 < тн < 72 ч и кислотности КС 16 < К < 30 град.
В инженерных расчетах для прогнозирования значения предела прочности зерна ржи при выбранных режимах его подготовки, как правило, используют номограммы. Номографический метод не содержит ошибок аналитического описания зависимостей результатов эксперимента от различных параметров и является графическим отображением этих зависимостей [3].
Уравнение (5) послужило основой для построения номограммы (в виде двумерных сечений поверхности отклика), которая имеет важную практическую направленность.
Статистический анализ показал, что при выбранной доверительной вероятности 95% регрессионные коэффициенты являются статистически значимыми (в соответствии с критерием Стьюдента) и полученные уравнения регрессии адекватно описывают экспериментальные данные (в соответствии с критерием Фишера).
Корреляционный анализ показал, что имеет место достаточно тесная связь между регрессионными коэффициентами к0 и к1, с одной стороны, и кислотностью КС K, с другой стороны. Количественную оценку тесноты связей к0 = АК) и к1 = /(К) проводили по значениям коэффициентов парной корреляции Яху. Установлено, что для связи к0 =/(К) коэффициент Яху = -0,9757, а
Т, ч
Рис. 2
Во-первых, номограмма (рис. 2: числа на линиях -значение предела прочности зерна, кПа) позволяет прогнозировать значение предела прочности зерна ржи при выбранных режимах его подготовки. Во-вторых, она предоставляет возможность выбрать значения продолжительности набухания зерна и кислотность КС, обеспечивающие получение зерна ржи с заданным пределом прочности.
Определенную практическую значимость представляет выбор оптимальных режимов подготовки исходного сырья, обеспечивающих получение зерна ржи с заданными прочностными свойствами.
Как было показано ранее, оптимальным следует признать предел прочности зерна ржи 1400-1500 кПа. При этом технологические параметры подготовки зерна х и K должны изменяться в интервалах 24-72 ч и 16-30 град соответственно.
На факторной плоскости (рис. 2) данная оптимальная область заключена между соответствующими линиями равного уровня о 1400 и 1500 кПа и границами интервалов изменения параметров обработки зерна (границы представлены в виде пунктирных линий).
Видоизменяя рассматриваемую область до прямоугольной формы, окончательно получим оптимальную область АБВГ, в которой одновременно соблюдаются три условия оптимизации: а <Е [ 1400,1500] кПа, т н є[ 24,72] ч и K € [16,30] град.
Таким образом, оптимальными технологическими режимами обработки зерна ржи следует признать: 24 < хн < 72 ч и 26,5 < K < 28,5 град. При указанных параметрах предел прочности зерна ржи составит 1400-1500 кПа.
Как следует из уравнения (5) и номограммы (рис. 2), чувствительность параметра оптимизации о к изменению кислотности КС в несколько раз превышает аналогичную чувствительность к изменению продолжительности набухания зерна.
Отсюда следует, что при практической реализации указанных режимов подготовки зерна ржи необходимо
обеспечить строгое поддержание кислотности КС на заданном значении, избегая ее значительных колебаний, которые могут привести к получению продукта с неудовлетворительной прочностью. К постоянству продолжительности набухания могут быть предъявлены менее жесткие требования.
По результатам пробных лабораторных выпечек было установлено, что использование целого зерна ржи, подготовленного при оптимальных технологических параметрах 24 < тн < 72 ч, 26,5 < К< 28,5 град, способствовало улучшению органолептических и физико-химических показателей хлеба. В полученных образцах наблюдались наибольшие значения удельного объема - 250 см3/100 г, наилучшие показатели внешнего вида и состояния мякиша изделий. Внесение целого зерна ржи, подготовленного оптимальным способом, обеспечивало максимальные значения пластической (44%) и упругой (10%) деформации мякиша в процессе хранения.
Полученные результаты исследований позволяют рекомендовать оптимальные параметры подготовки зерна ржи при производстве хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки с внесением целого зерна ржи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Моделирование структурно-механических свойств зерна ржи / Е.И. Пономарева, Н.Н. Алехина, А.А. Журавлев и др. // Материалы Междунар. науч.-техн. интернет-конф. «ЭПАХПП -2011». - Воронеж: ВГТА, 2011. - С. 504-508.
2. Практикум по технологии хлеба, кондитерских и макаронных изделий / Л.П. Пащенко, Т.В. Санина, Л.И. Столярова и др. -М.: КолосС, 2006. - 215 с.
3. Дерканосова Н.М., Журавлев А.А., Сорокина И.А. Практикум по моделированию и оптимизации потребительских свойств пищевых продуктов. - Воронеж: ООО «Главреклама», 2009. - 167 с.
Поступила 31.01.12 г.
INFLUENCE OF PREPARATION TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF RYE GRAIN
ON ITS RHEOLOGICAL PROPERTIES
E.I. PONOMARYOVA, L.V. LOGUNOVA
Voronezh State University of Engineering Technologies,
19, Revolution av., Voronezh, 394036;ph.: (473) 255-38-51, e-mail: [email protected]
Influence of expansion duration of the whole rye grain in the environment with lactic bacteria and acidities of the environment on change of grain strength is investigated. Optimum modes of whole rye grain preparation for its use in bakery products of the increased food value are defined.
Key words: whole rye grain, grain strength, acidity of environment, grain expansion, lactic bacteria.
