Молочная сыворотка в производстве хлебобулочных, кондитерских изделий, конфет и шоколада

15-05-2014, 11:56

Теоретические и практические аспекты использования молочной сыворотки в хлебопекарной промышленности, кондитерском и конфетном производствах заложены в трудах И.М. Ройтера, В.И. Дробот, В.В. Щербатенко, Н.А. Чумаченко, А.П. Демчук, В.А. Патта, Л.Я. Ауэрмана, Л.П. Пащенко, Т.Б. Цыгановой, М.С. Коваленко, А.Г. Храмцова, И. А. Евдокимова, П.Г. Нестеренко, С. А. Рябцевой, Л.А. Остроумова, Э.Ф. Кравченко, А.В. Серова, Т.Е. Шиловской, В.В. Василисиной и др. ученых. Использование отдельных компонентов молочной сыворотки — лактозы, сывороточных белков так же известно. Применение производных компонентов молочной сыворотки пока находится в зачаточном состоянии. В нашем творческом коллективе Б.О. Суюнчева провела системную разработку технологий бифидогенных концентратов для хлебопекарной промышленности на основе молочной сыворотки бренда «Лактохлеб» с синтезом лактулозы и введением соевого компонента. Результаты исследований кратко излагаются ниже. Следует отметить, что постановка исследований была инициирована прорывной публикацией проф. Т.Б. Цыгановой, консультациями проф. С.А. Рябцевой по синтезу лактулозы и при научном руководстве профессионала по хлебопечению, канд. биол. наук, доцента КубГТУ З.И. Асмаевой.
Б.О. Суюнчева теоретически обосновала выбор вида сырья и методов его обработки для получения бифидогенного концентрата специально для хлебопечения. Из значительного количества видов лактозосодержащего сырья наиболее пригодна для получения лактулозы депротеинизированная, гипоаллергенная подсырная сыворотка благодаря частичному удалению из нее белково-жировых веществ.
При анализе методов изомеризации лактозы в лактулозу был выбран метод электрохимической активации депротеинизированной подсырной сыворотки одновременно в катодной и анодной камерах электроактивационной установки. С целью дополнительной интенсификации изомеризации в католит можно добавлять карбамид (Е 927b), который разрешен для использования в качестве текстуратора в хлебопекарной и кондитерской промышленности. В результате электрохимических реакций под действием электрического тока в водных растворах около катода образуется щелочная среда (католит), а около анода — кислая (анолит). Процесс переноса заряженных частиц через ионообменную мембрану ускоряется за счет присутствия природных анионов и катионов минеральных солей в молочной сыворотке, являющихся основными переносчиками тока в начальный период электрообработки. За счет этого интенсифицируется процесс накопления гидроксид-ионов в католите, служащих акцепторами протонов в реакции изомеризации лактозы в лактулозу.
Процесс электрохимической активации проводится в катодной и анодной камерах электролизера при оптимальном напряжении электрического поля (17±1) В и плотности тока (190±10) А/м2. Эффективность изомеризации лактозы в лактулозу зависит от уровня активной кислотности, температуры и времени термостатирования. Оптимальными параметрами технологического процесса для установления максимального значения pH в католите (12,2±0,3) являются: температура сыворотки (80±5) С и продолжительность воздействия тока (3,5±0,5) мин. Дальнейшая обработка приводит к снижению уровня pH в катодной камере вследствие накопления побочных продуктов изомеризации лактозы в лактулозу, имеющих кислую реакцию среды.
Реакция изомеризации лактозы в лактулозу может протекать по двум механизмам: LA-трансформации (в присутствии акцепторов протонов) и перегруппировке Амадори (в присутствии акцепторов аминогрупп через образование лактозиламина). При проведении электроактивации не вносится щелочной реагент, а необходимый уровень акцепторов протонов обеспечивается за счет накопления в католите гидроксид-ионов и реакция изомеризации лактозы в лактулозу протекает по механизму LA-трансформации. Если при электроактивации депротеинизированной подсырной сыворотки в катодную камеру внести карбамид, то изомеризация лактозы в лактулозу будет протекать одновременно по двум механизмам, что приведет к увеличению степени изомеризации. На рис. 19.20 влияние карбамида на степень изомеризации лактозы в лактулозу.

Отмечено изменение основных электрофизических характеристик процесса электроактивации при добавлении карбамида: электрического напряжения и силы тока. Карбамид, по всей видимости, связывает некоторые подвижные ионы, образуя менее подвижные соединения. При этом уменьшается максимальный уровень активной кислотности, достигаемый в католите и анолите активируемой сыворотки, однако степень изомеризации (Si) увеличивается за счет протекания реакции по двум механизмам. Результаты оптимизации процесса изомеризации в графическом виде отражены на рис. 19.21 и в уравнении, адекватно описывающем процесс.

где: X1 — температура исходной сыворотки, °С;
X2 — продолжительность электроактивации, мин.;
X3 — доза карбамида в католите, %
Si — степень изомеризации лактозы в лактулозу, %
Оптимальными параметрами процесса являются: активная кислотность в католите (11,5 ± 0,5); температура исходной сыворотки (75 ± 5) °С; внесение в католит (3 ± 1)% карбамида; продолжительность электроактивации (12,5 ± 2,0) мин. Полученные режимы электроактивации позволяют получать максимальную степень изомеризации лактозы в лактулозу 34-36% при минимальном образовании побочных продуктов, характеризующихся оптической плотностью в католите сыворотки.

В дальнейшем анолит сыворотки целесообразно использовать для нейтрализации щелочной фракции (католита) с целью предотвращения обратных реакций или распада лактулозы и установления оптимального уровня кислотности (20 ± 1) °T для сгущения и сушки бифидогенного концентрата. По результатам полученной зависимости (рис. 19.22) определено соотношение католит: анолит — 5:1.

Бифидогенный концентрат предложено вырабатывать в сгущенном и сухом виде, что определяется современными требованиями потребителей. При исследовании параметров распылительной сушки электроактивированной сыворотки с частично изомеризованной лактозой было обнаружено, что данный процесс затруднен. С целью интенсификации высушивания были испытаны различные наполнители: карбонат кальция (мел), соевое молоко и соевая дезодорированная полуобезжиренная мука. В результате наблюдений подобран наполнитель, улучшающий процесс сушки и качество готового продукта, — соевая полуобезжиренная дезодорированная мука, которая широко используется в практике хлебопечения для улучшения качества и пищевой ценности хлеба. Выбрано оптимальное соотношение сыворотки и соевой муки по сухим веществам соответственно 3:1, установлены оптимальные режимы получения концентратов:
— сгущенного — сгущение при температуре (55 ± 5) °С до содержания CB (33 ± 2 )% и добавление соевой муки до CB 65 %;
— сухого — сгущение при температуре (55 ± 5) °С до содержания CB (23 ± 2) %, добавление соевой муки до CB (33 ± 5)% и сушка при температуре на входе 170 °С, на выходе 70 °C до влажности продукта (6 ± 1) %.
Физико-химические и микробиологические показатели концентратов «Лактохлеб» приведены в табл. 19.43.

Технологический процесс производства бифидогенного концентрата из депротеинизированной подсырной сыворотки осуществляют по технологической схеме, приведенной на рис. 19.23.
Изучено влияние концентрата «Лактохлеб» на «силу» пшеничной муки, ход брожения и качество хлеба. «Сила» пшеничной муки обуславливает реологические свойства теста, газоудерживающую способность и качество хлеба. Добавление бифидогенного концентрата «Лактохлеб» в тесто из пшеничной муки 1 сорта приводит к уменьшению количества отмываемой сырой клейковины, при этом увеличивается ее растяжимость и расплываемость шарика клейковины, снижается упругость.

Расслабление клейковины обуславливается влиянием на белково-протеиназный комплекс пшеничной муки восстанавливающих сахаров: лактозы, лактулозы и солей аммония. Кроме того, в сгущенном концентрате сохраняются остаточные явления восстанавливающих свойств католитной фракции сыворотки.
При добавлении концентратов в значительных количествах (около 10%) происходит частичная пептизация белков, образующих клейковинный каркас. Некоторые дисульфидные -S-S- связи восстанавливаются до сульфгидрильных SH-групп, расслабляя внутримолекулярную и внутриглобулярную структуру белкового вещества, делая ее менее плотной и более атакуемой протеиназами. Вместе с тем, белки муки в данных условиях способны к образованию комплексов с восстанавливающими сахарами — гликопротеидов, что приводит к возникновению в третичной и четвертичной структурах белкового вещества дополнительных углеводных связей-мостиков, упрочняющих структуру белка.
Совокупность представленных факторов оказывает сложное влияние на белково-протеиназный комплекс пшеничной муки и имеет важное технологическое значение. Уменьшение времени образования и стабильности теста с увеличением дозировки «Лактохлеб» связано с его гидрофильными свойствами. Водорастворимые вещества быстрее переходят в раствор, а нерастворимые белковые соединения при набухании быстрее поглощают воду и растворенные в ней углеводы, соли и др., увеличивается эластичность теста. На набухшие белки клейковинного каркаса восстанавливающие сахара оказывают дегидратирующее действие, вызывая его разжижение к концу замеса. В концентрате содержатся способные к набуханию белок и клетчатка соевой муки, а также углеводный комплекс, обладающий адсорбционно-химической активностью. Поэтому наблюдается увеличение водопоглотительной способности теста при замесе, несмотря на некоторое разжижение к концу данной технологической операции, вызванное увеличением количества адсорбционно связанной влаги.
В результате проведенных исследований выявлено расслабляющее действие влияния концентрата «Лактохлеб» на клейковину, усиливающееся с увеличением его дозировки до 10 %. Поэтому данный концентрат рекомендуется использовать для «сильной» и «средней» муки. Влияние сгущенного и сухого концентрата «Лактохлеб» на качество хлеба показано в табл. 19.44.

Добавление в тесто бифидогенного концентрата приводит к улучшению органолептических показателей хлеба, повышению кислотности. Наибольший эффект достигается при добавлении 7,5 % «Лактохлеб» как в сгущенном, так и в сухом виде.
При изучении влияния бифидогенного концентрата на технологический процесс приготовления хлеба исследовали процесс брожения на всех его стадиях. В результате проведенных исследований установлена возможность регулирования выделения CO2 и бродильной активности дрожжей на стадиях брожения теста и расстойки, основанной на рациональной дозировке сывороточного белкового концентрата в пределах 5-10 %. Отмечена интенсификация брожения теста с добавлением концентрата «Лактохлеб» в дозировке до 10%. При этом повышается газообразующая и газоудерживающая способность теста, бродильная активность дрожжей и кислотонакопление (рис. 19.24). Время брожения по сравнению с традиционным способом сокращается на 30 мин, время расстойки на 5-10 мин.
При внесении в тесто наряду с концентратом «Лактохлеб» таких рецептурных компонентов, как сахар и жир, качество хлебобулочных изделий существенно улучшается. Для достижения максимального удельного объема хлеба (412 ± 3) см3 оптимальными дозировками рецептуры являются: прессованные дрожжи — 3 %, сахар-песок — 6 % и маргарин — 3 %. Повышенная доза дрожжей и внесение сахара способствует увеличению бродильной активности за счет оптимизации состава питательной смеси; добавление жира повышает эластичность и газоудерживающую способность теста. В результате качество готовых изделий улучшается.

При определении оптимальных способов приготовления теста и внесения бифидогенного концентрата «Лактохлеб» обоснована целесообразность применения ускоренных способов тестоведения в связи с интенсификацией брожения и сокращением технологического цикла при добавлении концентрата «Лактохлеб». Лучшие результаты получены при приготовлении теста ускоренным способом на жидкой диспергированной фазе (ЖДФ). В этих образцах удельный объем по сравнению с контролем увеличивался на 5-7 %, пористость — на 3-4 %, сжимаемость мякиша — на 8-10%.
Поскольку сывороточные концентраты и белки соевой муки обладают эмульгирующими свойствами, бифидогенные концентраты вносят в виде эмульсии при приготовлении теста ускоренным способом. Стойкая при хранении эмульсия жидкой консистенции была получена при следующем соотношении компонентов: К (концентрат): Ж (маргарин) : В (вода) : M (мука) — 6:2:7:1 с сухим и 6 : 2 : 5 :1 — со сгущенным концентратом. Добавление муки способствовало повышению стойкости эмульсии.
Способ внесения бифидогенного концентрата в виде эмульсии оказывает положительное влияние на качество готовых изделий. Удельный объем увеличивался на 4-5 %, пористость — на 2-3%, сжимаемость мякиша — на 4 - 5%. С увеличением дозировки концентрата «Лактохлеб» до 10% качество хлеба незначительно уступает образцам с дозировкой 7,5%, однако при этом увеличивается содержание белка в хлебе на 18,7 %, незаменимых аминокислот — на 19,7 %, а заменимых — на 13,7 %.
Белки полученных хлебобулочных изделий лучше сбалансированы по незаменимым аминокислотам, скор по трем лимитирующим составляет: лизин — 46,7%, треонин — 73,0%, валин — 83,2% по сравнению с контрольными образцами 36,5; 64,8 и 80,2% соответственно. Также увеличивалось содержание минеральных веществ, в том числе кальция и фосфора, витаминов B1, B2 и PP, клетчатки и органических кислот. Физико-химические показатели сдобы «Университетской», полученной из муки первого и высшего сортов с внесением концентрата «Лактохлеб» приведены в табл. 19.45.

Содержание лактулозы 1 г на 100 г хлебобулочных изделий соответствует суточной профилактической норме потребления пребиотика.
Ожидаемый годовой экономический эффект (в ценах 2004 г.) от производства концентрата «Лактохлеб» составляет: в пересчете на 1 т концентрата — 3,3 тыс. руб.; сдобы «Университетской» — 588 тыс. руб., в пересчете на 1 т хлеба — 1,96 тыс. руб.
В кондитерской промышленности, конфетном производстве и при получении шоколадных масс молочная сыворотка, ее компоненты и их производные так же находят достаточно широкое применение для замены традиционных источников сырья. В обобщенном виде подробную информацию по данной проблематике в свое время представила фирма Меггле (Германия).