Махинько Валерій Миколайович Наукове обґрунтування та розроблення технології високобілкових хлібних виробів для споживачів з підвищеною потребою у макронутрієнтах

brief description

Махинько Валерій Миколайович, доцент кафедри технології хлібопекарських і кондитерських виробів На­ціонального університету харчових технологій: «Наукове обґрунтування та розроблення технології високобілкових хлібних виробів для споживачів з підвищеною потребою у макронутрієнтах» (05.18.01 - технологія хлібопекарських продуктів, кондитерських виробів та харчових концен­тратів). Спецрада Д 26.058.06 у Національному універ­ситеті харчових технологій

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
МАХИНЬКО ВАЛЕРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ
УДК 664.664
ДИСЕРТАЦІЯ
НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ТА РОЗРОБЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ
ВИСОКОБІЛКОВИХ ХЛІБНИХ ВИРОБІВ ДЛЯ СПОЖИВАЧІВ
З ПІДВИЩЕНОЮ ПОТРЕБОЮ У МАКРОНУТРІЄНТАХ
05.18.01 - Технологія хлібопекарських продуктів, кондитерських виробів та хар-чових концентратів
Науковий консультант: Дробот Віра Іванівна,
доктор технічних наук, професор, чл.-кор. НААНУ
Київ-2019

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 20
ВСТУП 21
РОЗДІЛ 1. ПРОБЛЕМА ЗАДОВОЛЕННЯ ПІДВИЩЕНИХ БІЛКОВИХ ПО¬ТРЕБ ОКРЕМИХ ГРУП СПОЖИВАЧІВ ТА РОЛЬ ХЛІБНИХ ВИРОБІВ У ЇЇ ВИРІШЕННІ 31
1.1 Сучасні вимоги до складу харчових продуктів як джерела енергії та
основних поживних речовин для окремих груп населення 31
1.1.1 Норми фізіологічних потреб в макронутрієнтах та енергії як основа
удосконалення раціонів харчування 31
1.1.2 Особливості фізіологічних потреб в енергії та макронутрієнтах
спортсменів різних видів спорту 36
1.1.3 Туризм як специфічна форма фізичної активності 40
1.1.4 Хлібні вироби у харчуванні військовослужбовців 43
1.2 Теоретичні передумови використання у технології хлібних виробів
високобілкової рослинної сировини 46
1.2.1 Фізіологічна роль білків та їх функціональні властивості 46
1.2.2 Сучасні методики оцінювання білкової складової харчових проду¬ктів 50
1.2.3 Обґрунтування перспективності використання білків рослинного
походження з фізіологічної, економічної та технологічної точок зору 55
1.2.4 Способи та приклади одержання концентрованих рослинних білків 60
1.2.5 Роль білкових речовин у хлібопеченні 67
1.2.6 Практика використання високобілкової рослинної сировини у хлі-бопеченні 71
Висновки до розділу 1 78
РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ ТА МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ 80
2.1. Характеристика об’єктів досліджень 82
2.2. Методи експериментальних досліджень 83
2.2.1. Методи визначення хімічного складу та технологічних властивос¬тей сировини 83
2.2.2. Методи визначення якості напівфабрикатів та показників, що ха-рактеризують хід технологічного процесу 86
2.2.3 Методи визначення якості готових виробів та ступеню збереження свіжості 87
2.3 Методи математичного моделювання, оптимізації та опрацювання 90
експериментальних даних
Висновки до розділу 2 92
РОЗДІЛ 3. НАУКОВЕ ОБГРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ВИКОРИСТАН¬НЯ ВРС У ХЛІБОПЕКАРСЬКОМУ ВИРОБНИЦТВІ 93
3.1 Аналіз харчової та біологічної цінності різних груп хлібних виробів 93
3.2 Оцінювання білкової складової обраних видів ВРС 99
3.3 Комплексне оцінювання можливих джерел рослинного білка для
збагачення хлібобулочних виробів з пшеничного борошна 104
3.4 Комп’ютерне моделювання впливу внесення ВРС на харчову та
біологічну цінність хлібних виробів 110
Висновки до розділу 3 114
РОЗДІЛ 4. ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВРС ТА ЇЇ ВПЛИВУ НА ПЕРЕБІГ ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ ПІД ЧАС ПРИГОТУ¬ВАННЯ ТІСТА 115
4.1 Характеристика технологічних властивостей ВРС 115
4.1.1 Визначення умовної білості ВРС 115
4.1.2 Водо- та жироутримувальна здатність ВРС, вплив на в’язкість тіс-
тових мас 117
4.2 Вивчення змін білкових речовин тіста з ВРС 121
4.3 Комплексне оцінювання впливу внесення обраних видів ВРС на
структурно-механічні властивості тіста за показниками фаринографа 123
4.4 Розроблення номограмного методу визначення необхідної кількості
додаткової води для замішування тіста з ВРС 129
4.5 Вивчення динаміки процесу і уточнення параметрів висушування тіста
з ВРС прискореним методом 133
4.6 Вплив обраних видів ВРС на кількісні та якісні характеристики
клейковини 135
4.7 Дослідження зміни властивостей тіста за показниками розпливання та
газоутримувальної здатності (питомого об’єму) 150
4.8 Вивчення впливу запропонованих сумішей ВРС на вуглеводно-
амілазний комплекс борошна 153
4.9 Вивчення впливу різних видів ВРС на стан і розвиток бродильної
мікрофлори тіста та зміну його кислотності 157
Висновки розділу 4 163
РОЗДІЛ 5. ВСТАНОВЛЕННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ СПОСОБІВ ВИГОТОВ¬ЛЕННЯ ХЛІБОБУЛОЧНИХ ВИРОБІВ З ВРС, ОЦІНЮВАННЯ ЕФЕКТИВ¬НОСТІ ПРОПОНОВАНИХ ЗАХОДІВ ЗА ПОКАЗНИКАМИ ХАРЧОВОЇ ЦІННОСТІ Й ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИМИ РОЗРАХУНКАМИ 166
5.1 Вплив пропонованих сумішей ВРС на основні показники тіста і хліба
при безопарному способі приготування 167
5.2 Вплив пропонованих сумішей ВРС на основні показники тіста і хліба
при опарному способі приготування та роздільному внесенні ВРС 174
5.3 Вплив внесення пропонованих сумішей ВРС на процес черствіння
хліба і термін його зберігання 185
5.4 Розроблення хлібопекарських сумішей на основі ВРС та номограмного
методу визначення вмісту білка у них 193
5.5 Харчова і біологічна цінність хлібобулочних виробів з додаванням ВРС 201
5.6 Встановлення техніко-економічних показників виготовлення розроб¬лених хлібобулочних виробів 212
Висновки до розділу 5 214
РОЗДІЛ 6. НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ І РОЗРОБЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИСОКОБІЛКОВИХ ХЛІБНИХ ВИРОБІВ ДЛЯ ОКРЕМИХ ЦІЛЬОВИХ ГРУП 218
6.1 Удосконалення технології високобілкових хлібних виробів підвищеної
засвоюваності з використанням рослинних добавок 218
6.1.1 Особливості засвоєння організмом людини підвищених кількостей
білка та способи регулювання цього процесу 218
6.1.2 Вибір способу внесення обраних сировинних компонентів 220
6.1.3 Вплив обраних рослинних добавок на перебіг технологічного про¬цесу і показники тіста 225
6.1.4 Оцінювання ефективності пропонованих рішень за показниками
якості готових виробів та засвоюваності їх білкової складової 227
6.2 Наукове обґрунтування і удосконалення технології високобілкових
хлібних виробів зниженої вологості (хлібних паличок і хлібних кульок) 232
6.2.1 Аналіз харчової та біологічної цінності хлібних паличок,
виготовлених за традиційними рецептурами 232
6.2.2 Вплив внесення ІГБ на хід технологічного процесу і якість тіста 238
6.2.3 Вивчення можливості використання ІСБ для підвищення харчової
та біологічної цінності хлібних паличок (хлібних кульок) 253
Висновки до розділу 6 271
РОЗДІЛ 7. НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ І РОЗРОБЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ НЕТРАДИЦІЙНИХ ВИСОКОБІЛКОВИХ ХЛІБНИХ ВИРОБІВ (СУХАР¬НИХ БРИКЕТІВ) 274
7.1 Використання елементів системного аналізу в технології сухарних
брикетів 277
7.2 Вивчення фізичних властивостей хлібної крихти 280
7.3 Розрахункова оптимізація рецептури сухарних брикетів 285
7.4 Математичне моделювання процесу пресування сухарних брикетів 291
Висновки до розділу 7 296
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 299
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 304
ДОДАТКИ 349
Додаток А Засвоюваність білка і незамінних амінокислот деякий видів си¬ровини і харчових продуктів 349
Додаток Б
Б1 Рецептура «Вироби хлібобулочні для спеціального дієтичного
споживання, хліб «Високобілковий» 352
Б2 Рецептура «Вироби хлібобулочні для спеціального дієтичного
споживання, хліб «Білковий з гороховим ізолятом» 357
Б3 Рецептура «Вироби хлібобулочні для спеціального дієтичного
споживання, хліб «Білковий з ізолятом рису» 362
Додаток В
В1 Технологічна інструкція на виробництво хліба «Високобілко-
вий» 367
В2 Технологічна інструкція на виробництво хліба «Білковий з го¬роховим ізолятом» 373
В3 Технологічна інструкція на виробництво хліба «Білковий з ізо¬лятом рису» 379
Додаток Г Протокол засідання експертно-дегустаційної комісії 385
Додаток Д
Д1 Технічні умови України «Суміші сухі високобілкові «Робіс» 386
Д2 Рецептура «Суміші сухі високобілкові «Робіс» 401
Д3 Технологічна інструкція на виробництво сумішей сухих високо-
білкових «Робіс» 404
Додаток Е
Е1 Патент України на винахід «Хлібний виріб» 408
Е2 Патент України на корисну модель «Високобілковий хлібобуло¬чний виріб» 410
Е3 Патент України на корисну модель «Високобілковий хлібний
виріб» 412
Е4 Патент України на корисну модель «Хліб з підвищеним вмістом
рослинного білка» 414
Е5 Патент України на корисну модель «Хліб білково-соєвий» 416
Е6 Патент України на корисну модель «Високобілковий хліб під¬вищеної засвоюваності» 418
Е7 Патент України на корисну модель «Хліб з підвищеною засвою-ваністю білка» 420
Е8 Патент України на корисну модель «Високобілковий сухарний
брикет» 422
Е9 Патент України на корисну модель «Суха борошняна суміш під-вищеної харчової цінності» 424
Е10 Патент України на корисну модель «Композиція інгредієнтів
для приготування високобілкового хліба» 426
Е11 Патент України на корисну модель «Суха борошняна суміш для
приготування високобілкового хліба» 428
Е12 Патент України на корисну модель «Високобілкових хлібних
виріб зниженої вологості» 430
Додаток Ж Інструкція з визначення вмісту білка у трикомпонентних боро¬шняних сумішах за допомогою семиосьових номограм 432
Додаток К
К1 Акт виробничих випробувань хлібобулочних виробів з пшенич¬
ного борошна з додаванням високобілкової рослинної сировини
(хліб «Високобілковий») 442
К2 Акт виробничих випробувань хлібобулочних виробів з пшенич¬
ного борошна з додаванням високобілкової рослинної сировини (хліб «Білковий з гороховим ізолятом») 449
К3 Акт виробничих випробувань хлібобулочних виробів з пшенич¬
ного борошна з додаванням високобілкової рослинної сировини (хліб «Білковий з ізолятом рису») 453
Додаток Л
Л1 Акт з впровадження у виробництво хліба «Високобілкового» 457
Л2 Акт з впровадження у виробництво хліба «Білкового з горохо¬вим ізолятом» 458
Л3 Акт з впровадження у виробництво хліба «Білкового з ізолятом
рису» 459
Додаток М Розрахунок економічної ефективності (доцільності) використан¬ня високобілкової рослинної сировини при виробництві хлібо¬булочних виробів 460
Додаток Н Апаратурно-технологічні схеми приготування високобілкових хлібобулочних виробів однофазним (безопарним) та опарним способами 472
Додаток П Список праць, опублікованих за темою дисертації 474

bibliography

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
На основі аналізу та узагальнення теоретичних даних, розрахункових і екс-периментальних досліджень та виробничих випробувань обґрунтовано наукові засади і запропоновано практичні рішення щодо комплексного збагачення хліб¬них виробів ВРС та розроблено технологію їх виготовлення, що дасть змогу зба¬гатити раціон харчування різних груп споживачів виробами зі збалансованим хі¬мічним складом і високим вмістом рослинного білка у біологічно безпечній та фізіологічно доступній формі.
1. Проаналізовано вимоги нутриціології щодо норм вживання білка спо¬живачами різного віку, статі та рівня фізичної активності, вивчено білкові потре¬би організму споживачів спеціальних груп (спортсмени, туристи, військовослуж¬бовці). На підставі аналізу хімічного складу та біологічної цінності, з врахуван¬ням медико-клінічних рекомендацій обрано види ВРС (ІСБ, ІГБ, ІРБ), обґрунто¬вано теоретичну можливість і практичну цінність її використання для збалансу¬вання хімічного складу та підвищення біологічної цінності різних груп хлібних виробів.
2. Використовуючи сучасні методики розрахунку біологічної цінності ха¬рчових продуктів PDCAAS і DIAAS, проведено комплексне оцінювання якості білкової складової різних груп хлібних виробів та обраної ВРС, показано можли¬вість досягнення компліментарності їх білків за лізином. Розроблено методику комплексного підходу до вибору ВРС за показниками ціни, якості та технологіч¬них властивостей. На основі комп’ютерного моделювання рецептур та хімічного складу готових виробів доведено доцільність сумісного внесення обраних видів ВРС та СПК як технологічного поліпшувача.
3. З врахуванням результатів вивчення біологічних і технологічних влас¬тивостей ВРС доведено необхідність сумісного внесення білкових ізолятів та СПК у співвідношеннях ІСБ: СПК = 10:17, ІГБ: СПК = 10:11, ІРБ: СПК = 9:12 % замість борошна для забезпечення необхідних споживчих властивостей, високої харчової та біологічної цінності готових виробів. На підставі фаринографічних досліджень запропоновано розрахунковий та номографічний методи визначення додаткової рецептурної кількості води, встановлено величини відповідних кое¬фіцієнтів водопоглинання: ІРБ - 0,9; СПК - 1,2; ІГБ - 1,5; ІСБ - 2,2 г/г.
4. На основі комплексного оцінювання впливу ВРС на кількість і якість клейковини здійснено його математичний опис і проведено аналіз одержаних за¬лежностей. Одержано наукове підтвердження утворення комплексів білків пше¬ничного борошна та ВРС згідно теорії Покровського-Патта щодо визначального впливу морфологічних особливостей рослинної сировини, з якої одержано білко¬вий препарат, на його взаємодію з білком пшениці і можливість залучення глю- телінової фракції білкових речовин ВРС до загального процесу клейковиноутво- рення на основі білків пшениці; запропоновано практичні рішення для поліп¬шення технологічних характеристик тіста і якості готових виробів.
5. Встановлено оптимальні параметри приготування хлібобулочних виро¬бів з ВРС безопарним способом і розроблено відповідну апаратурно- технологічну схему; підтверджено незначне погіршення органолептичних і фізи- ко-хімічних показників готових виробів, однак вказано на зростання виходу ви¬робів (8...23 %). Доведено ефективність опарного способу тістоприготування з внесенням ВРС на етапі замішування тіста, що забезпечить зростання на 2.12 % питомого об’єму хліба, підвищення на 14.23 % показника правильності форми (Н/В), а також збільшення на 5.6 % (абс.) площі пор м’якушки і зниження пока¬зника сірої константи на 2.6 одиниць. На підставі результатів тегмогравіметри- чного аналізу щодо перерозподілу форм вологи у готових виробах підтверджено позитивний вплив ВРС на збереження хлібобулочними виробами свіжості. Роз¬роблено сухі суміші на основі ВРС, що містять у 2,4.3 рази більше білка і на
12.21 % більше лізину, а за показниками DIAAS і PDCAAS перевищують бо¬рошно пшеничне вищого сорту на 14.32 % (абс.), запропоновано номограмний метод на основі семиосьових номограм з трикутною системою координат для швидкого встановлення вмісту білка у сумішах з різним співвідношенням ВРС.
6. Комплексне оцінювання білкової складової хліба з пропонованими су¬мішами ВРС показало зростання загальної кількості білка в готових виробах у
2.2,5 рази і збільшення вмісту лізину на 21.60 %, що зумовило підвищення кі¬лькості засвоєного (еталонного) білка в усіх розроблених зразках хліба на 0,4...4,0 г і зростання біологічної цінності пропонованих виробів на 8...14 %, а також покращення засвоєння білкової складової досліджуваних виробів in vitro на 21.37 %. З врахуванням вітчизняних та міжнародних вимог до маркування високобілкових виробів доведено, що всі розроблені види хліба можуть назива¬тися виробами з високим вмістом білка, а їх споживання в кількості 170 г здатне задовольнити потреби організму споживачів п’ятої групи фізичної активності в рослинних білках на 47.61 %. Техніко-економічними розрахунками встановле¬но незначне (11.37 %) зростання вартості пропонованих високобілкових виро¬бів в перерахунку на 1 г засвоєного (еталонного) білка.
7. Запропоновано використання у технології високобілкових хлібобулоч¬них виробів природних стимуляторів травлення - препаратів з рослин бедринця ломикаменевого та бобівника трилистого, підібрано способи і кількості їх вне¬сення (4 % порошку бедринцю та 30 % екстракту бобівника), оптимізовано про¬цес екстрагування (температура води 64 °С, гідромодуль 1:11 і тривалість екстра¬гування 67,6 хв). Встановлено негативний вплив добавок на клейковинний ком¬плекс тіста (зниження кількості клейковини на 3...7 %, погіршення її гідратацій¬ної здатності на 5...22 %) і якість готових виробів (зменшення площі пор та сірої константи м’якушки на 5...10 %), однак підвищенні ступеню перетравлювання білкових речовин in vitro на 24...38 %.
8. На основі вивчення хімічного складу та біологічної цінності хлібних виробів зниженої вологості (хлібних паличок і хлібних кульок) показано перспе¬ктивність збагачення їхніх рецептур ВРС. На прикладі ІГБ, що вносився в кіль¬кості 6.15 %, встановлено підвищення газоутворювальної здатності тіста на 16.45 % і зниження показників підіймальної сили (на 5.12 хв) та газоутриму- вальної здатності (на 10.27 %). З використанням методів моделювання та опти- мізації процесу виготовлення високобілкових хлібних паличок встановлено такі оптимальні значення: масова частка вологи тіста (розрахункова) - 37 %, кіль¬кість внесеного ІГБ - 5 % замість частини борошна, кількість цукру - 7 %; під¬тверджено зростання у розробленому виробі вмісту білка (майже на третину) і підвищення кількості лімітуючої амінокислоти лізину на 76 %, що дало змогу досягти показника його амінокислотного числа 80 % і одержати кращу білково- вуглеводну збалансованість хімічного складу готових виробів (1:5). Оптимізова- но параметри виготовлення хлібних кульок з ІСБ (масова частка вологи тіста - 44 %, рецептурна кількість дріжджів - 5,3 %, дозування ІСБ - 12 % замість час¬тини борошна), які забезпечують отримання виробів з високими споживчими властивостями, збалансованою білково-вуглеводною складовою (1:3,5) і підви¬щеним на 66,5 % вмістом білка, а також близьким до еталонного білка показни¬ком амінокислотного числа лізину (98,3 %) і збільшеним у 1,5 рази показником утилітарності незамінних амінокислот. Розроблені вироби здатні на 50 % задово¬льнити потреби у рослинних білках спеціальних груп споживачів (спортсмени, туристи, військовослужбовці), а їх ціна в перерахунку на 1 г еталонного білка близька до традиційної продукції.
9. З урахуванням сформульованих вимог до «ідеального» високобілкового продукту розроблено нетрадиційний хлібний виріб - сухарний брикет; проведено системний аналіз технології його виготовлення з виділенням центральної підсис¬теми - процесом формування (пресування) і складанням її параметричної схеми. Вивчення фізичних характеристик та хімічного складу основної сировини (хліб¬ної крихти) дало змогу обґрунтовано підібрати додаткову сировину (ІСБ та маль- тодекстрин) і на основі комп’ютерного моделювання та експериментальних до¬сліджень встановити їх оптимальне співвідношення (100:12:11,6), а також довес¬ти можливість виготовлення пропонованих сухарних брикетів на існуючому об-ладнанні харчоконцентратного чи фармацевтичного виробництв без істотних змін у технології. Виявлено, що для показника міцності готових брикетів у 2,7 рази вагомішою є величина тиску пресування, тоді як на швидкість розмокання виробів у 1,7 рази дужче впливає крупність основної фракції крихти, що слід враховувати, виготовляючи вироби для окремих цільових груп споживачів. З ви¬користанням сучасних розрахункових методик доведено зростання у готових ви¬робах як загальної кількості білка (більш ніж удвічі), так і вмісту лізину (у 3,5 ра¬зи), а також підвищення біологічної цінності за показником PDCAAS на 35 % (абс.) порівняно з розробленими нами високобілковими видами хліба, що свід¬чить про досягнення поставленої у дисертаційній роботі мети створення хлібних виробів підвищеної харчової та біологічної цінності.
За підсумками експериментальних і виробничих випробувань розроб¬лено і затверджено на галузевому рівні рецептури й технологічні інструкції на високобілкові види хліба (хліб «Високобілковий» з внесенням ІСБ та СПК, хліб «Білковий з гороховим ізолятом», що містить у рецептурі ІГБ та СПК і хліб «Біл¬ковий з ізолятом рису», до рецептури якого входять ІРБ та СПК), а також на сухі високобілкові суміші, новизну технічних рішень підтверджено 12 патентами України. Проведено комплекс заходів щодо промислової апробації та впрова¬дження розроблених видів виробів на підприємствах галузі. Узагальнення одер¬жаних результатів підтверджує не лише соціальну значимість (зумовлену підви¬щенням харчової та біологічної цінності й збалансування білково-вуглеводної складової), але й економічну доцільність виготовлення розробленої високобілко- вої хлібної продукції.