Способ производства хлеба из цельного пророщенного зерна

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к хлебопекарной ее отрасли, и может быть использовано для изготовления хлеба из цельного пророщенного зерна (далее, сокращенно, зерновой хлеб).

В текущее время несмотря на повышенные природные характеристики (присутствие витаминов, аминокислот, минеральных веществ и т.п.) зерновой хлеб отличается от общепризнанного хлеба из муки в сторону ухудшения своих потребительских свойств (высокая плотность, низкая пористость мякиша, клеклый внешний вид), к которому трудно привыкнуть покупателю.

Предпринимаются отдельные технологические приемы и способы, направленные на решение противоречивых естественных проблем производства зернового хлеба, мешающие стабильному выпуску конечной продукции с высокими потребительскими свойствами независимо от качества и сортности исходного сырья - промышленного зерна.

Известен способ, когда на стадии проращивания зерна с целью улучшения органолептических и физико-химических показателей качества зернового хлеба, в раствор для проращивания добавляют улучшители качества зерна в количестве 0,00005.1,0% к массе сухих веществ зерна.

Авторы считают, что в результате достигается усиления структурно-механических свойств теста, повышения его газо- и формоудерживающей способности, увеличения удельного объема, улучшение цвета, эластичности и структуры пористости мякиша хлеба, что дает возможность получить хлеб высокого качества даже из зерна со слабой клейковиной и повышенной активностью гидролитических ферментов.

В предлагаемом способе на стадии замачивания зерна вносят улучшители качества хлеба, ранее разработанные и используемые на стадии тестоприготовления стандартного хлеба из муки и представляющие собой соединения окислительного и восстановительного действия, ферментных препаратов, модифицированных крахмалов, поверхностно-активных веществ.

Недостатком данного способа является то, что при проращивании целого зерна до стадии диспергирования, и как таковой открытой поверхности активного взаимодействия эндосперма зерновки (защищенного плотными оболочками) и химических реагентов улучшителей, практически, нет. Эндосперм индивидуальной зерновки это еще не мука, прошедшая все технологические стадии мукомольного процесса.

Диффузия воды в начальной стадии проращивания зерновки осуществляется на молекулярном уровне и идет в основном через зародыш зерновки. Со временем за счет вымывания межклеточных веществ оболочка зерновки становится полупроницаемой, что позволяет несколько увеличить скорость поступления воды в эндосперм. Следовательно, процесс проращивании целого зерна не соответствует процессу подготовки тестовых заготовок при замесе мучного хлеба на улучшителях.

Вывод: добиться данным способом заявленных характеристик при производстве зернового хлеба не предоставляется возможным.

Известен «Способ производства зернового хлеба» (№2316215), взятый за прототип. Других изобретений наиболее близко соответствующих заявленному «способу…» в заявке №2016107220, как прототип, авторам не удалось найти.

Авторы изобретения, отмечая высокую прочность оболочек цельного нешелушенного зерна, что затрудняют его применение в технологии, снижая органолептические и физико-химические свойства хлеба, предлагают использовать ферментные химические препараты целлюлолитического действия, что позволит регулировать процесс деструкции полисахаридов периферийных частей зерновки и снизить продолжительность негативного воздействия температуры и воды на зерно в процессе замачивания. Отмечают, что в пищевой промышленности широко применяют ферментные препараты целлюлолитического действия Целловиридин Г20х, Biobake 721, Fungamil Super АХ. Эти препараты положительно зарекомендовали себя при применении в хлебопекарной промышленности при производстве хлеба из ржаной муки, из смеси ржаной и пшеничной муки, а также хлеба с добавками отрубей и других компонентов с повышенным содержанием структурных полисахаридов.

Ферментные препараты целлюлолитического действия применяли на стадии замачивания зерна злаковых культур. Замачивание осуществляли при pH 4,5 с использованием цитратного буфера и температуре 50°С в условиях термостата.

Как сами авторы изобретения отмечают, что под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия происходят изменения в структуре поверхности зерновки. Ферментативный гидролиз целлюлозного комплекса происходит как на поверхностных участках целлюлозного волокон, так и внутри зерновки, когда реагент проникает внутрь кристаллических участков и нарушает их структуру (участвует 35-50% гидроксильных групп).

С целью удаления не прореагированной части ферментных препаратов и оставшихся на поверхности зерновки перед стадией диспергирования, авторы предлагают ввести дополнительную технологическую операцию промывании водой зерна перед измельчением с целью достижения экологически чистого зерна в твердой фазе.

Поставленные задачи в данном способе можно отнести к перспективным с точки зрения развития теории производства зернового хлеба, однако при реализации предложенного способа в производственных условиях возникнут ряд проблем, что приведет к частичному нивелированию заявленных характеристик.

В частности,

Во-первых, получить стабильную температуру проращивания зерна в пределах 50 градусов цельсия по всей массе проращиваемого зерна в промышленных объемах согласно предлагаемому способу будет затруднительно. Перепад температур зерновых масс при одинаковой продолжительности сроков проращивании приведет к различной конечной влажности зерновок, и как результат, существенная разница в приготовлении тестовых заготовок с последующим понижением качества зернового хлеба в общей массе.

Во-вторых, появляется дополнительная технологическая операция - промывка зерна (от остатков не прореагированного раствора) перед диспергированием, что потребует конкретных производственно-технологических решений, например, сколько времени и при каких условиях должна эта операция осуществляться для достижения 100% результата, или, например, достаточно будет частичной промывки, процент которой будет постоянно меняться. И как это все практически определять - сложная задача, если практически не выполнимая.

В-третьих, как известно, прочностные характеристики поверхности зерновок имеют большой разброс в зависимости от сорта зерна, района его произрастания, погодных условия получения урожая и т.д. что все в совокупности будет существенно влиять на количественные показатели используемых химических ферментных препаратов, их определение, и как следствие - большая затруднительность в достижении стабильных выходных характеристик зернового хлеба.

В-четвертых и главное, возникает противоречие между заявленным экологически чистым продуктом питания - зерновой хлеб, получаемый непосредственно из зерна пшеницы и зерновым хлебом, произведенным из цельного зерна, но предварительно химически обработанным ферментными препаратами целлюлолитического действия. Отсутствует логическая связка и возникает вопрос - что за зерновой хлеб будет получаться при применении данного способа.

Вывод: указанные обстоятельства вызывают серьезные сомнения, что данный способ при практическом применении может привести к заявленным положительным результатам.

В основу настоящего изобретения положена задача получения качественного зернового хлеба с стабильными и с высокими потребительскими свойствами. Для чего предусматривается осуществлять ускоренную стадию гидротермической обработки зерна за счет частичного поверхностного разрушения оболочек зерновки и достижения высокой скоростью повышения влажности эндосперма зерна, что не позволит ферментам зародыша значительно активизироваться, и как следствие, имеем частичное инактивирование автолитической активности при разложении белков и крахмала на простые составляющие. Ускоренно-оптимальное снижение прочности оболочек зерна во время стадии проращивания, позволит создать оптимальные условия для следующего этапа - измельчение.

Цель изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе производства зернового хлеба, включающего проращивание зерна, его измельчения с получением тестовой массы, добавлением рецептурных компонентов, замес, брожение полуфабрикатов и теста, разделку теста и выпечку хлеба, технологическую операцию проращивания цельного зерна осуществляют в физико-химической активированной водной среде.

Целесообразно осуществлять проращивание целого зерна в водном растворе активированной водной среде за счет воздействия источника ультразвукового излучением с достижением кавитационного эффекта.

При воздействии на жидкости ультразвуковых волн с определенной мощностью возникает так называемый эффект акустической кавитации, которая проявляется в виде образования парогазовых пузырьков с внутренними высокими значениями давления. При акустическом воздействии на воду в режиме кавитации имеет место резкое изменение ее физико-химических свойств.

Под воздействием ударных волн поля кавитации происходит разрыв водородных связей в структуре воды (аналогичный происходящему при нагревании до точки кипения) с образованием групп молекул, обладающей большей диффузионной активностью при проникновении в капиллярно-пористые структуры «тела» зерновки. В дальнейшем эта вода образует новые водородные связи, но уже с гидроксильными группами биостенок поверхностных капилляров зерна и переходит в капиллярную форму.

При этом физико-химические свойства воды меняются настолько, что возникают градиенты давления, приводящие к разрушению целостности наружных оболочек структур зерновки. Это подготавливает зерно к дальнейшим процессам ускоренного изменения его влажности эндосперма, значительному снижению прочности поверхности зерновки и как следствия, снижения общей продолжительно процесса гидротермической обработки зерна. Что позволяет регулировать общие технологические процессы, влиять на амилазно-углеводный комплекс и тем самым обеспечивая качественные характеристики в производстве зернового хлеба в сторону улучшения выходных показателей.

При кавитационном воздействии на водную среду происходит образование гидроксильных ионов ОН и HO₂. Присутствующие в водопроводной воде ионы металлов, например, железа, кальция, образуют с перекисью водорода реактив, который является сильным окислителем для органических соединений, не образующим токсичных продуктов и обладающим, так же как и H₂O₂, сильным бактерицидным и бактериостатическим действием. Тем самым обеспечивается резкое снижение обсемененности поверхности зерновок и как следствие, практически, полная защита от био-химических последствий в производстве зернового хлеба.

Ультразвуковую кавитацию в жидкостях называют «холодное кипячение» реализуемое при относительно-низких температурах окружающей водной среды. Это способствует развитию микротрещин, диффузии влаги и разрыхлению поверхностных оболочек зерновки. Поскольку большинство ферментов зерна содержится в оболочках и алейроновом слое, то экзотермическое разложение перекиси водорода способствует эффективному разрыхлению оболочек без изменений на химико-биологическом молекулярном уровни зерна с одновременным быстрым увлажнением его эндосперма, и значительному снижению начальной прочности оболочек зерновки.

Для исследования влияния ультразвукового кавитационного воздействия на зерно в процессе гидротермической обработки первоначально использовали ультразвуковые излучатели, позволяющий создавать рабочую частоту акустических колебаний в водной среде в пределах 24±10% кГц до 42±10% кГц, постоянный режим. Мощность ультразвука варьировалась в пределах от 30 Вт до 7000 Вт, как функция массы зерна и необходимого объема активированной водной среды.

Начальная температура водной среды соответствовала комнатной t=20-22°С. В процессе гидротермической обработки зерна температура активированной среды в исследованиях поднималась незначительно и достигала максимум t=28-34°С, что соответствует ранее общепринятой терминологии «замачивание зерна в теплой среде», когда температура колеблется в пределах от 20°С до 40°С. Кислотность водной среды была нейтральной, и соответствовала показателям pH 7,0.

К вышеуказанным опытам были проведены исследования с двумя отличиями:

- что процесс проращивания зерна осуществляют в водной среде, при рабочей частоте ультразвукового излучателя в интервале (импульсный режим) от 15±10% кГц до 22±10% кГц и в интервале (корректирующий режим) от 42±10% кГц до 52±10%;

- кислотность водной среды варьировалась в интервале от pH 3,7 до pH 4,7.

Для примеров было выбрано зерно пшеницы, исходя из условия, что пшеница обладает самой высокой прочностью на сжатие как оболочек зерна, так и эндосперма.

На основании поставленных научно-исследовательских задач и проведенных опытов получены соответствующие экспериментальные результаты.

1. Экспериментальное определение изменение прочности поверхности зерновки пшеницы и ее эндосперма при проращивании в водной кислой среде (pH от 3,8 до 4,7) в условиях ультразвуковой кавитации и в сравнении с контролем - в обычной воде.

С помощью прибора «Do-corder Е 330» фирмы «Brabender» (Германия) получали энергетические параметры: крутящий момент на валу электродвигателя измельчителя и удельную интенсивность при измечении пророщенной массы зерна пшеницы.

В процессе измельчения пророщенного зерна пшеницы, значения крутящего момента на валу рабочего органа измельчителя и частоты его вращения от первичных измерительных преобразователей поступали в компьютер, где в соответствии с заложенной программой осуществлялся расчет удельной интенсивности измельчения по уравнению:

где M_крi - крутящий момент на валу измельчающего органа, Н⋅М;

n - частота вращения органов, с^-1;

G_т - масса зерновой массы, кг.

По результатам исследований построены табличные зависимости максимального момента нагрузки на шнек привода (Р/Н) от времени проращивания зерна пшеницы (Т) в кавитационно-обработанной воде с первоначальной кислотностью в интервале от pH 3,8 до pH 4,7.

Результаты испытаний представлены в таблице 1 и для сравнения результаты в обычной воде, контрольное проращивание без любой активации среды в таблице 2.

Зависимость величины нагрузки (Р), (при которой начинается процесс разрушения удельной порции зерна) от продолжительности проращивания зерна пшеницы разных сортов в водной среде с разными показателями кислотности (pH) при воздействии ультразвуком с кавитационным эффектом.

Зависимость величины нагрузки (Р), (при которой начинается процесс разрушения зерновки) от времени проращивания зерна пшеницы разных сортов в обычной нейтральной воде, когда pH 7,0 (контроль) и без внешних кавитационных воздействий.

На основании анализа полученных результатов сформулирован следующий вывод:

В процессе проращивании зерна пшеницы разных сортов в обычной водопроводной воде наблюдается снижение нагрузки, при которой начинается разрушение зерновки во всех пробах при продолжительности проращивания, начинается с 23-25 часов проращивания.

В активированной воде (за счет ультразвукового возмущения с кавитационным эффектом) наблюдается снижение общей нагрузки, при которой начинается разрушение зерновки при продолжительности проращивания зерна пшеницы аналогичных сортов в среднем через 11-13 часов. Что позволяет переходить к следующей технологической операции - измельчение зерновой массы практически в два раза быстрея ранее принятого срока.

2. Пробные выпечки зернового хлеба осуществляли следующим образом.

Зерно, пророщенное и прошедшее предварительную гидротермическую обработку ультразвуком с кавитационным эффектом (частотой акустических колебаний в общих граничных пределах от 15±10% кГц до 52±10% кГц), измельчали в стандартном измельчителе (резание + экструзия). Замес подготовленной таким образом зерновой массы с добавлением рецептурных компонентов осуществляли при помощи тестомесильной машины. Брожение теста проводили в суховоздушном термостате при температуре 29-31°С. Формование тестовых заготовок массой 200 г для подового хлеба и 400 г для формового хлеба осуществляли вручную. Расстойку тестовых заготовок проводили в расстойном шкафу Brabender при температуре 36-38°С и относительной влажности воздуха 75-80% до готовности. Готовность тестовых заготовок к выпечке определяли органолептическим способом. Выпечку проводили в лабораторной печи Brabender при температуре пекарной камеры 200-220°С. Продолжительность выпечки составляла 25 минут для подового хлеба и 50 минут для формового хлеба.

Пробы хлеба, выпеченные в лаборатории и в условиях мини-производства, анализировали через 24 ч после выпечки по следующим показателям.

Удельный объем хлеба определяли по методике, изложенной в руководстве.

Влажность мякиша определяли по ГОСТ 21094-75.

Титрируемую кислотность мякиша измеряли по ГОСТ 5670-96.

Пористость хлеба определяли по ГОСТ 5669-96.

Оценку хлеба по величине удельного объема, см³ на 100 г муки производили по формуле:

Vуд.=(Vх/Мх)×100,

где Vx - объем хлеба, см;

Мх - масса хлеба, см³;

Vуд. - удельный объем хлеба, см³/г.

Обобщенные результаты пробных выпечек представлены в таблице 3.

Показатели качества полученного хлеба.

Таблица 3

Анализ физико-химических показателей (достаточная пористость, высокий удельный объем, гостовская кислотность) полученных в результате опытных выпечек (с учетом естественных повышенных природные характеристиках зерна и соответственно зернового хлеба) позволяет отметить существенные преимущества данного способа получения зернового хлеба при условии проращивания зерна пшеницы в водной среде с pH в интервале от 3,8 до 4,7 при кавитационно-ультразвуковым воздействием.

Анализ органолептических свойств зернового хлеба (аромат, внешний глянцевый вид и стабильный вкус мякиша), полученного новым способом дает возможность сделать вывод о высоких потребительских свойствах данного вида хлеба, которому обеспечена серьезная конкурентноспособность на общем рынке хлеба, как продукта номер один.