Разработка научных основ и способов повышения безопасности зернового сырья в технологии хлебобулочных изделий

Проведенные исследования показали, что совместное применение водных экстрактов шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, корня хрена и цедры апельсина и буферных растворов на основе лимонной и янтарной кислот позволяет увеличить диаметры зон угнетения роста типовых штаммов микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКМ-B-501, Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Aspergillus candidas ВКМ-F-3908, Aspergillus flavus ВКМ-F-1024, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Penicillium crustosum ВКМ-F-4080, Mucor mucedo ВКМ-F-1257, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541, Rhizopus stolonifer ВКМ - F-200.

Совместное применение экстрактов растений, обладающих антимикробным действием, и ферментного препарата Целловиридин Г20х способствует снижению содержания тяжелых металлов после промывания водой в зерне пшеницы через 12 часов замачивания и в зерне ржи через 16 часов замачивания в оптимальных условиях. Отмечается снижение содержания кадмия на 86,8-91,3%, свинца - на 71,6-81,1%, никеля - на 69,9-74,8%, цинка - на 21,2-23,3%, меди - на 29,0-32,3%, хрома - на 53,0-58,4% в зерне пшеницы по сравнению с контрольным вариантом. В зерне ржи совместное применение экстракта луковицы чеснока и ферментного препарата Целловиридин Г20х позволяет снизить содержание кадмия на 70,9, свинца - на 65,6, никеля - на 60,1, цинка - на 13,9, меди - на 28,0, хрома - на 38,9% по сравнению с контролем. В зерне тритикале под действием водного экстракта цедры апельсина и препарата Целловиридин Г20х содержание указанных элементов снижается на 72,0, 76,1, 71,6, 10,4, 12,2, 58,0%.

Микрофотографии поверхности плодовых оболочек зерна пшеницы с увеличением сканирующего микроскопа х2700-х5500 показывают увеличение диаметра пор в оболочках в результате совместного применения экстрактов растений, обладающих антимикробным действием, и ферментного препарата Целловиридин Г20х, при замачивании зерна пшеницы в условиях, оптимальных для ферментативного гидролиза. При применении для замачивания зерна пшеницы водных экстрактов растительного сырья с препаратом целлюлолитического действия размер пор плодовых оболочек увеличивается незначительно по сравнению с зерном, замоченным в воде, и составляет 0,41-0,85 мкм в зависимости от природы экстракта. Замачивание зерна пшеницы в растворе с использованием экстракта чеснока и Целловиридина Г20х размеры пор были максимальными и варьировали от 0,76 до 1,42 мкм. Изменение пор плодовых оболочек зерна пшеницы способствует более глубокому проникновению хелаторов. Образующиеся комплексы с тяжелыми металлами свободно переходят в жидкую фазу и выносятся за пределы зерновки с промывными водами.

В таблице 6 представлены коэффициенты перехода приоритетных загрязнителей из зерна в промывные воды. Приведенные данные показывают, что из зерна пшеницы и ржи тяжелые металлы извлекаются после замачивания и промывания водой не в равной степени. Значения коэффициента перехода изучаемых элементов в промывные воды для зерна пшеницы выше, чем для зерна ржи, хотя оптимальное время замачивания зерна ржи составило на 4 часа больше, чем для зерна пшеницы. Наибольшее значение коэффициента перехода из зерна в промывные воды наблюдается для кадмия - элемента чрезвычайной подвижности при рН 4,5.

Таблица 6. Коэффициенты перехода тяжелых металлов из зерна в промывные воды (Кп)

В меньшей степени мигрирует в промывные воды хром. Проведенные исследования показывают, что промывание зерна проточной водой после замачивания в растительных экстрактах на буферном растворе с ферментным препаратом Целловиридин Г20х в целом способствует образованию подвижных комплексов металлов с органическими соединениями, выносу их за пределы твердой фазы и повышению показателей безопасности зернового сырья.

Разработаны способы повышения безопасности зернового сырья с учетом снижения содержания тяжелых металлов, радионуклидов и микроорганизмов, предусматривающие совместное применение при замачивании зерна пшеницы, ржи и тритикале биокатализаторов на основе целлюлаз, буферных растворов на основе лимонной или янтарной кислот и водных экстрактов шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, корня хрена и цедры апельсина.

Глава 6. Изменение некоторых биохимических показателей зерна злаковых культур в процессе набухания и прорастания под действием карбогидраз и фитазы

При применении в процессе замачивание зерна пшеницы, ржи и тритикале растворов ферментных препаратов целлюлолитического действия, содержащих рациональные дозировки, в оптимальных условиях для действия ферментных систем происходит целый ряд биохимических процессов, направленных на изменение углеводного состава и состояния амилазного комплекса зернового сырья. Эти изменения носят более выраженный характер по сравнению с изменениями, происходящими в зерне, замоченном в воде в тех же условиях. Под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия снижается содержание целлюлозы в зерне пшеницы на 12,7-22,3%, в зерне ржи - на 2,4-7,5%, в зерне тритикале - на 5,6%, гемицеллюлоз - на 1,8-15,5, 13,4-22,8 и 9,8%, крахмала - на 1,5-9,6, 0,5-3,1 и 8,8% соответственно; возрастает количество водорастворимых пентозанов - на 27,4-69,8, 28,8-60,0 и 7,1% соответственно по сравнению с зерном злаковых культур, замоченным в воде.

Длительное нахождение зерна в воде приводит к увеличению активности амилолитических ферментов. Это может ухудшить хлебопекарные свойства зерна и привести к получению хлеба с липким и заминающимся мякишем. С помощью информационно-измерительного комплекса «Амилотест» было установлено изменение состояния углеводно-амилазного комплекса зерновой массы в процессе замачивания. Наблюдалось повышение автолитической активности зерновой массы под действием препаратов целлюлолитического действия. Показатель «число падения» под действием биокатализаторов снижается для зерна пшеницы на 1,0-9,5%, для зерна ржи - на 1,6-10,3% по сравнению с контролем. Применение ферментного препарата Целловиридин Г20х в меньшей степени способствует снижению показателя «число падения» - на 1,0 и 1,6% соответственно и на 5,3% для зерна тритикале. По оканчании процесса замачивания величины показателя «число падения» составляют 248-271 с для зерна пшеницы, 165-181 с - ржи в зависимости от применяемого ферментного препарата, 180 с - для зерна тритикале тритикале при применении препарата Целловиридин Г20х.

Исследована динамика изменения состояния белково-протеиназного комплекса зерна злаковых культур в процессе замачивания с ферментными препаратами целлюлолитического действия.

Установлено, что за 20 часов замачивания протеолитическая активность зерна пшеницы, тритикале и ржи изменяется незначительно. Однако под действием ферментных препаратов наблюдается рост протеолитической активности зерна злаковых культур. В течение первых 8 часов замачивания протеолитическая активность зерна возрастает незначительно, затем наблюдается ее постепенное увеличение. Наибольшей протеолитической активностью обладает зерно, замоченное в ферментном препарате Fungamil Super AX, при этом ее активность возрастает через 12 часов замачивания на 29,16% по сравнению с контролем.

Длительное пребывание зерна пшеницы, тритикале и ржи в воде приводит к снижению содержания белка и изменению его фракционного состава.

Содержание белка в зерне пшеницы после 12 часового замачивания в воде и промывания уменьшилось на 7,4%, в зерне тритикале - на 5,6%, в зерне ржи после 16 часового замачивания и промывания - на 7,1%. При замачивании зерна пшеницы в воде снизилось количество белков альбуминовой, глобулиновой и глиадиной фракций, но, в то же время, произошло увеличение содержания глютенинов. Это можно объяснить тем известным фактом, что при нагревании зерна до 50-60°С снижается растворимость белков и протеолитическая активность. На повышение температуры фракции водо- и солерастворимых белков реагируют в первую очередь, претерпевая частичную денатурацию. С другой стороны промывание зерна проточной водой приводит к некоторым потерям мобильных белков. Вследствие применения ферментных препаратов целлюлолитического действия фракционный состав белков зерна претерпевает несколько более значительные изменения. Ферментный препарат Целловиридин Г20х в наименьшей степени влияет на изменение состояния белкового комплекса. Содержание альбуминов в зерне пшеницы под действием препарата Целловиридин Г20х снижается на 7%, глобулинов - на 4,2% и глиадинов - на 1,9% по сравнению с зерном, замоченным в воде. Общее количество белка в зерне, обработанном Целловиридином Г20х, снизилось на 1,9% по сравнению с зерном, замоченным в воде. Близким по действию на состояние белкового комплекса ферментным препаратом к Целловиридину Г20х является препарат на основе фитазы. Наиболее значительные изменения претерпевает фракционный состав белка зерна, обработанного ферментным препаратом Fungamil Super AX.

В целом, изменения, произошедшие с белково-протеиназным комплексом зерна пшеницы, тритикале и ржи характерны для зерна, испытавшего незначительную термическую обработку и процесс замачивания. Такие изменения происходят в начальной стадии процесса проращивания зерна, они не столь выражены, чтобы ожидать значительного ухудшения хлебопекарных свойств зернового сырья.

Полипептидный состав суммарного белка зерна определяли одномерным ДДС-Na - электрофорезом на гелевых пластинах с градиентом концентрации акриламида 10-20% в разделяющем геле (рН 8,8) и 6% - го акриламида в концентрирующем геле (рН 6,8).

В зерне в процессе замачивания происходит синтез низкомолекулярных полипептидов с молекулярной массой 25 - 45 КДа для зерна пшеницы и тритикале и 45 - 65 КДа для зерна ржи. Особенно четко прослеживается картина появления новых полипептидов на электрофореграмме суммарного белка зерна, обработанного ферментными препаратами. Появление новых полипептидов говорит об эмбриональном пробуждении зародыша и синтезе новых белковых соединений.

При замачивании зерна изменения также происходят в составе липидного комплекса. Групповой состав липидов определяли методом тонкослойной хроматографии на пластинках «Silufol» с закрепленным слоем силикагеля. При замачивании зерна пшеницы в воде в течение 12 часов количество свободных жирных кислот увеличилось в 3,4 раза, в зерне тритикале - в 2,1 раза, при замачивании зерна ржи в течение 16 часов - в 1,5 раза. Под действием ферментных препаратов содержание свободных жирных кислот в зерне пшеницы после замачивания в течение 12 часов в оптимальных условиях увеличилось в 1,9-6,0 раз, в зерне тритикале - в 2 раза, в зерне ржи после замачивания в течение 16 часов - в 1,2-2,4 раза.

После замачивания зерна пшеницы в воде при температуре 50°С в течение 12 часов незначительно возрастает содержание полярных липидов, моноглицеридов, в-ситостерина, триглицеридов и эфиров стеринов. Замачивание зерна пшеницы в растворах ферментных препаратов целлюлолитического действия приводит к увеличению количества полярных липидов, моноглицеридов, триглицеридов. Влияние процесса замачивания зерна на изменение группового состава липидов приведено на примере зерна пшеницы (таблица 7).

Таблица 7. Изменение группового состава липидов зерна пшеницы под действием биокатализаторов на основе целлюлаз при замачивании

Процесс замачивания зерна в воде и в ферментных препаратах оказывает незначительное влияние на жирнокислотный состав липидов, определяемый методом газовой капиллярной хромотографии на хроматографе Carlo Erba Strumentazione, HRGC 5300 Mega Series (Италия). Содержание насыщенных жирных кислот (миристиновой, пальмитиновой, стеариновой) немного снижается. В то же время количество некоторых ненасыщенных жирных кислот (линолевой и Ь-линоленовой) имеет тенденцию к увеличению в зерне злаковых культур.

Вероятно, при замачивании зерна пшеницы, тритикале и ржи в процессе подготовки к производству зернового хлеба в оптимальных для действия ферментных препаратов условиях процессы гидролиза преобладают над процессами окисления липидов.

Согласно мнению диетологов огромную биологическую ценность представляет собой проросшее зерно. Употребление продуктов питания на основе проросшего зерна рекомендуется для профилактики заболеваний сердечно-сосудистой системы, атеросклероза, желудочно-кишечного тракта.

При производстве хлебобулочных изделий из проросшего зерна пшеницы активация ферментного комплекса зернового сырья на стадии проращивания является причиной получения изделий низкого качества по органолептическим и физико-химическим показателям. Установлено, что применение ферментных препаратов серии «Целловиридин Г20х» и комплексного препарата на основе фитазы F 4.2B позволяет сократить процесс проращивания зерна пшеницы при комнатной температуре в условиях гидромодуля 1:1 на 6 часов.

Глава 7. Научное и практическое обоснование использования биокатализаторов на основе целлюлаз при производстве зерновых хлебобулочных изделий

Для подтверждения рациональности использования доз ферментных препаратов, применяемых при замачивании зерна для снижения содержания загрязнителей в них были проведены пробные выпечки хлеба из целого зерна пшеницы, смеси зерна пшеницы и ржи (взятых в соотношении 1:4) и тритикале. Тесто для приготовления хлебобулочных изделий готовили безопарным способом. В результате действия целлюлолитических ферментных препаратов улучшились качественные показатели хлеба из целого зерна пшеницы, тритикале и смеси зерна пшеницы и ржи. Органолептическая оценка опытных образцов хлеба с внесением ферментных препаратов выявила их отличие от контрольного образца более развитой пористостью, большим удельным объёмом и лучшей эластичностью мякиша. При обработке результатов экспериментальных данных с применением уравнений регрессии получили графики поверхностей (рисунок 8). Для получения регрессионных зависимостей с полями дозы ферментных препаратов и продолжительностью замачивания зерновой массы проведено изучение изменения показателей удельного объема хлеба и пористости мякиша. Показатели пористости и удельного объема зернового хлеба коррелировали с величиной доз ферментных препаратов. Наибольшие коэффициенты корреляции получены при применении препарата на основе фитазы.

Экспериментальные данные показали, что отечественный промышленный препарат серии «Целловиридин Г20х» и лабораторный комплексный ферментный препарат на основе фитазы F 4.2B превосходят по эффективности действия в процессе подготовки зернового сырья препараты от зарубежных производителей ферментов.

Данные о применении комплексных ферментных препаратов на основе фитазы в хлебопечении в научной литературе весьма малочисленны. Известно, что среднее содержание фитина в зерне пшеницы 1,2%, ржи - 2% [132, 255]. Фитин является запасным веществом растений и присутствует в алейроновом слое и наружных зонах зерновки.

Фитин соединяется с двух- и трехвалентными катионами, может связывать, кроме кальция и магния, также биогенные микроэлементы такие, как железо, цинк, молибден, марганец, медь и другие. С фитиновым комплексом связана низкая доступность минеральных элементов, аминокислот и фосфора. При гидролизе фитина происходит высвобождение неорганического фосфата, кальция, железа, цинка и других минеральных элементов, образуется фитиновая кислота, которая является белее сильным антиоксидантом, чем токоферолы и аскорбиновая кислота. Для оценки роли фермента фитазы в процессе деструкции фитина при замачивании зерна злаковых культур была проведена серия экспериментов, в которых использовали препараты Целловиридин Г20х, на основе фитазы F 4.2В и лабораторные ферментные препараты Еg P6 и Xyl 23 (продуцент Penicillium canescens), любезно предоставленные лабораторией физико-химии ферментативной трансформации полимеров Химического факультета МГУ. Фитазную активность определяли по скорости высвобождения фосфорной кислоты из субстрата. Были получены регрессионные зависимости показателя фитазной активности субстрата с полями дозы ферментных препаратов и продолжительность замачивания зерна в оптимальных для действия ферментных комплексов условиях. Достоверность полученных результатов оценивали по величине критерия Фишера (F-критерий), расчётное значение которого меньше теоретического при уровне значимости 0,95.

Установлено, что с увеличением продолжительности замачивания зерна злаковых культур возрастает количество фосфорной кислоты, высвобождаемой из субстрата (рисунок 9). Ферментные препараты, в состав которых входит фитаза, в разной степени оказывали влияние на ход процесса гидролиза фитина. Присутствие ксиланазы в ферментном препарате ускоряло этот процесс, даже в том случае, если фермент фитаза отсутствовал. Вероятно доступность фитина для фитазы, как вносимой в составе препарата, так и собственной, расположенной в алейроновом слое зерна, связана со степенью деструкции гемицеллюлоз. Следовательно, усваиваемость из пищевых продуктов на основе целого зерна биогенных элементов (кальция, магния, железа, меди, цинка и других) может быть повышена в результате применения на стадии подготовки зернового сырья биокатализаторов, в состав ферментного комплекса которых входит ксиланаза, участвующая в процессе гидролиза гемицеллюлоз.

С целью повышения качества зерновых хлебобулочных изделий, в технологиях которых применяли ферментные препараты целлюлаз, тесто для их приготовления готовили двухфазным способом с использованием густой зерновой закваски. Экспериментально установлено, что рациональная дозировка густой зерновой закваски составляет 50% от общей массы зерна.

При производстве хлебобулочных изделий из целого диспергированного зерна пшеницы на стадии замачивания сырья применяли ферментный препарат Целловиридин Г20х и водный экстракт шишек хмеля, полученный на основе цитратного буфера. На указанную технологию разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой «Стимул» (ТУ 9114-157-02069036-2003, ТИ 02069036-157). При замене водного экстракта шишек хмеля на экстракт плодов рябины обыкновенной была разработана документация на хлеб зерновой «Рябиновый». Хлеб из проросшего зерна пшеницы готовили из зерна, предварительно замоченного в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х с добавлением измельченного до величины частиц 600 мкм корня хрена, после замачивания и проращивания зерно диспергировали и тесто готовили с добавлением 50% муки пшеничной высшего сорта. На приведенную технологию разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой пшеничный «Колос» (ТУ (9114-228-02069036-2008). При приготовлении зерновых хлебобулочных изделий из смеси зерна пшеницы и ржи зерно раздельно замачивали с применением экстракта луковицы чеснока, буфера на основе янтарной кислоты и комплексного ферментного препарата на основе фитазы. На «Изделия зерновые пшенично-ржаные» и хлеб зерновой пшенично-ржаной «Семейный» разработана и утверждена техническая документация (ТУ 9113-205-02069036-2006, ТИ 02069036 и ТУ 9113-204-02069036-2006, ТИ 02069036-124).

При производстве зерновых хлебобулочных изделий из целого диспергированного зерна тритикале применяли ускоренную технологию с использование ферментного препарата Целловиридин Г20х, с добавлением измельченной цедры апельсина, смеси молочной, уксусной и аскорбиновой кислот, сухой пшеничной клейковины. На приведенную технологию разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой «Трапезный» (ТУ 9113-21-0206903-2007).

Проведенные исследования показали, что хлеб, приготовленный по технологиям с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз, буферных растворов и водных растительных экстрактов, обладает лучшими качественными характеристиками по сравнению с контрольным вариантом, в технологии которого использовали зерно злаковых культур, замоченное в воде (таблица 8).

Таблица 8. Физико-химические показатели качества зерновых хлебобулочных изделий

Анализ результатов бальной оценки органолептических показателей качества зерновых хлебобулочных изделий показал, что хлеб, полученный с использованием приведенных технологий, обладает улучшенными органолептическими свойствами. Образцы хлеба имели правильную форму, выпуклую, слегка шероховатую поверхность, равномерно окрашенную корку от светло-коричневого до золотисто-коричневого цвета, поры равномерно развитые, однородной величины и толщины без пустот, запах и вкус - свойственный соответствующему виду изделий.

Применение биокатализаторов на основе целлюлаз совместно с водными экстрактами растительного сырья, обладающего антимикробным действием, замедляет процесс черствения зерновых хлебобулочных изделий. Это связано с высокой водоудерживающей способностью продуктов частичного гидролиза гемицеллюлоз и замедлением процесса ретроградации крахмала, обусловленного повышенным образованием пентозанов за счет ведения процесса замачивания зерна в присутствии ферментных препаратов.

Для изучения снижения микробиологической обсемененности зернового хлеба грибной микрофлорой выпеченные образцы охлаждали, заражали типовыми штаммами грибов родов Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, упаковывали в полиэтиленовые пакеты и хранили при температуре 30°С.

Установили, что на поверхности контрольного образца видимый мицелий появляется через 64-76 часов хранения, а на поверхности опытных образцов хлеба - через 96-121 час. Наиболее эффективным по отношению к изучаемой грибной микрофлоре оказался экстракт луковицы чеснока. Задержка роста мицелия плесневых грибов рода Penicillium под действием водного экстракта луковицы чеснока максимальна. Полученные результаты свидетельствуют о высоком антимикробном эффекте используемых водных экстрактов (таблица 9).

Таблица 9. Влияние применяемых в технологиях зерновых хлебобулочных изделий водных экстрактов и настоев растений на рост мицелия типовых штаммов плесневых грибов

Через 60 часов термостатирования образцов разработанных хлебобулочных изделий не выявлено признаков заболевания картофельной болезнью хлеба.

Экспериментально был определен химический состав разработанных хлебобулочных изделий из целого зерна злаковых культур (таблица 10). Установлено, что суммарное количество макроэлементов в разработанных изделиях увеличивается в среднем на 10,5, микроэлементов - на 7,8, аминокислот - на 22,7%, содержание витамина В₁ возрастает на 11,3-70,4%, В₂ на 21,1-48,8%, В₆ - на 31,3-72,5%, РР на 28,8-42,9%, Е на 11,0-34,7% по сравнению с контрольным вариантом. В качестве контроля использовали хлеб зерновой по ГОСТ 25832-89 из муки пшеничной высшего сорта и пшеничной крупки. Установлено, что аминокислотный скор опытных образцов по содержанию лизина повышается следующим образом: для хлеба зернового пшеничного «Стимул» - на 46,8%, хлеба зернового пшеничного «Рябиновый» - на 48,9%, для хлеба зернового пшенично-ржаного «Чесночный» - на 58,8%, для хлеба зернового пшеничного «Колос» - на 9,0%, для хлеба из зерна тритикале «Трапезный» - на 66,9%.

Отмечено повышенное содержание кальция, марганца, железа, меди, цинка, кобальта в зерновых хлебобулочных изделиях, вырабатываемых из целого зерна, в отличие от зернового хлеба, выработанного по ГОСТ 25832-89.

Таблица 10 Химический состав зерновых хлебобулочных изделий

Разработанные зерновые хлебобулочные изделия по показателям безопасности соответствуют требованиям, установленным СанПиН 2.3.2.1078-01 (таблица 11).

Таблица 11. Показатели безопасности зерновых хлебобулочных изделий

В результате внедрения новых технологий производства зерновых хлебобулочных изделий удалось снизить затраты на производство хлеба «Стимул» на 18%, «Чесночный» на 8%, «Колос» на 4% по сравнению с контрольным образцом. При этом значительно снизилась себестоимость изделий массой 0,3 кг. Снижение составило от 10 до 34% по различным сортам хлеба.

Лидирующую позицию по обеим координатам занимают разработанные сорта зерновых хлебобулочных изделий.

Сорта «Трапезный» и «Стимул» обладают значительной рыночной силой, определяющей возможность увеличения цены их реализации без потери конкурентной позиции (на 14 и 7,2% соответственно).

Позиционирование товара по единичной полезности также отражает социальный эффект, заключающийся в обеспечения безопасности зерновых хлебобулочных изделий и обогащении незаменимыми факторами питания рационов населения, проживающего в экологически неблагополучных районах.

Выводы

1. Установлено, что зерновое сырье, произрастающее в Центральном регионе России, наряду с высокими показателями хлебопекарного качества, отличается наличием сопоставимых с порогом фитотоксичности значений содержания свинца, кадмия, никеля и хрома, что обусловлено усилением техногенной нагрузки на агроценозы. Исследованием характера распределения химических элементов по морфологическим частям зерна пшеницы, ржи и тритикале установлено, что свинец, кадмий, никель и хром преимущественно локализованы в периферических частях зерновки.

2. Показана возможность применения при замачивании зерна биокатализаторов на основе целлюлаз для снижения содержания токсических элементов в зерновке злаковых культур. Теоретически обоснованы и экспериментально определены рациональные дозы ферментных препаратов целлюлолитического действия (Целловиридин Г20х, на основе фитазы F 4.2B, Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX и Biobake - 721) и продолжительность процесса замачивания зерна пшеницы, ржи и тритикале.

3. Теоретически обоснована концепция механизма снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье путем обработки биокатализаторами на основе целлюлаз, с осуществлением ферментативного гидролиза, приводящего к модификации структур оболочек, деструктуризации и фрагментации полимеров, изменению пор, солюбилизации продуктов гидролиза и десорбции ионов. Установлено, что в процессе десорбции элементов основная роль принадлежит ферменту в-глюканаза в комплексе с целлобиогидролазой.

4. Показано, что исходное зерно пшеницы, ржи и тритикале значительно обсеменено микроорганизмами (общее микробное число составляет 2,8·10^4, 3,2·10⁴ и 3,0·10⁴ КОЕ/г), после замачивания обсемененность зерна возрастает до 35%. Установлена антимикробная активность водных экстрактов луковицы чеснока против типовых штаммов Bacillus subtilis ВКМ-B-501, Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Aspergillus candidas ВКМ-F-3908, Aspergillus flavus ВКМ-F-1024, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Penicillium crustosum ВКМ-F-4080, Mucor mucedo ВКМ-F-125, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541, Rhizopus stolonifer ВКМ - F-2005. Доказано, что применение при замачивании зерна буферных растворов оказывает синергический эффект в отношении антимикробной активности изучаемого растительного сырья. В присутствии буферных растворов водный экстракт измельченного корня хрена приближается по эффективности антимикробного действия по отношению к изучаемым штаммам микроорганизмов к экстракту луковицы чеснока. Водные экстракты шишек хмеля и плодов рябины обыкновенной не проявили антисептического действия против представителей рода Mucor. Водный экстракт измельченной цедры апельсина способствовал угнетению роста тест-культур Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541.

5. Получены новые данные об изменении морфологии, микроструктуры зерна пшеницы, ржи и тритикале, а также о динамике изменения некоторых биохимических показателей зерна в процессе набухания и прорастания при применении ферментных препаратов целлюлолитического действия. Характер указанных изменений определяется составом ферментного комплекса используемого препарата. Показано, что применение ферментных препаратов целлюлолитического действия при замачивании зерна злаковых культур, является приемом, который обеспечит сохранение свойств белково-протеиназного, углеводно-амилазного и липидного комплексов зерна на уровне приемлемом для использования зерна в хлебопечении.

6. Теоретически обоснованы и экспериментально определены рациональные дозы ферментных препаратов целлюлолитического действия (Целловиридин Г20х, на основе фитазы F 4.2B, Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX и Biobake - 721) и оптимальные параметры ферментативного гидролиза в технологии зерновых хлебобулочных изделий. Установлено, что отечественный промышленный препарат серии «Целловиридин Г20х» (продуцент Trichoderma reesei) и лабораторный препарат на основе фитазы F 4.2B (P-215) FD-UF, продуцент Penicillium canescens (ИБФМ РАН) превосходят по эффективности действия в технологии хлебобулочных изделий препараты от зарубежных производителей ферментов. Выявлено, что присутствие ксиланазы в ферментном комплексе препаратов целлюлолитического действия ускоряет процесс гидролиза фитина при замачивании зерна.

7. Разработан способ повышения безопасности зернового сырья и продуктов его переработки, способствующий снижения содержания тяжелых металлов, радионуклидов и микроорганизмов, заключающийся в применении комплексных ферментных препаратов целлюлолитического действия совместно с водными экстрактами шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, измельченных корня хрена и цедры апельсина при замачивании зерна злаковых культур при температуре 50°С и рН 4,5.

8. Научно обоснованы технологические решения по созданию хлебобулочных изделий из целого нешелушенного зерна пшеницы, ржи и тритикале повышенных безопасности, качества и пищевой ценности на основе использования в их рецептурах биокатализаторов целлюлаз и растительного сырья, обладающего антимикробным действием. Совместное применение препаратов Целловиридин Г20х и на основе фитазы F 4.2B с растительным сырьем антимикробного действия позволяет улучшить физико-химические показатели зерновых хлебобулочных изделий: пористость мякиша на 9-17%, удельный объем на 7-22%, улучшаются также органолептические показатели качества и повышается срок сохранения свежести хлеба. Разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой пшеничный «Стимул», «Колос», на «Зерновые хлебобулочные пшенично-ржаные изделия», хлеб зерновой пшенично-ржаной «Семейный» и хлеб из зерна тритикале «Трапезный».

9. Экспериментально определены показатели пищевой ценности разработанных зерновых хлебобулочных изделий: витаминный, минеральный, аминокислотный состав и степень их переваримости. Установлено, что содержание незаменимых аминокислот повышается на 7,9-27,8% витаминов - до 43,2%, минеральных веществ - до 22,1%, по сравнению с контролем. Показано, что разработанные изделия по показателям безопасности соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

10. Проведена промышленная апробация разработанных изделий на предприятиях Орловской и Курской областей. Расчет затрат на производство, цены, и конкурентной позиции разработанных зерновых хлебобулочных изделий показал их экономическую эффективность.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кузнецова, Е.А. Безопасность зернового сырья как основа качества и безопасности хлебобулочной продукции [Текст] / / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, Е.А. Шахпендарян, Т.Г. Сухова, Е.А. Новицкая // Безопасность жизнедеятельности. - 2001. - №2. - С. 28-30.

2. Кузнецова, Е.А. Экологические аспекты оценки растительного сырья, применяемого в хлебопечении [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, С.М. Мотылева, Е.А. Шахпендарян, Т.Г. Сухова, Е.В. Гуляева // Хлебопечение России. - 2003. - №1. - С. 21-22.

3. Кузнецова, Е.А. Применение ферментных препаратов цитолитического действия для производства хлеба из целого зерна [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2003. - №2-3. - С. 43-46

4. Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии и повышение пищевой ценности хлеба из целого зерна [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, Е.В. Гуляева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - №1. - С. 42-45.

5. Кузнецова, Е.А. Способы снижения микробиологической обсемененности зерна при производстве зернового хлеба [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, Е.В. Гуляева // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2003. - №4. - С. 30-31.

6. Корячкина, С.Я. Применение целловиридина для получения хлеба из нешелушенных зерен [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, А.П. Синицын // Хлебопродукты. - 2003. - №9. - С. 25-26.

7. Корячкина, С.Я. Применение ферментного препарата целловиридин Г20х для производства зернового хлеба [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, А.П. Синицын // Хлебопечение России. - 2004. - №3. - С. 24-25

8. Кузнецова, Е.А. Применение ферментных препаратов для снижения содержания токсичных элементов в зерновом сырье [Текст] / Е.А. Кузнецова // Хранение и переработка сельхозсырья. -2005. - №10. - С. 30-32

9. Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии хлеба на основе целого зерна пшеницы и ржи [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, О.М. Пригарина // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - №9. - С. 284-288

10. Кузнецова Е.А. Влияние антисептиков природного происхождения на безопасность и качество зернового хлеба [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, О.М. Пригарина // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - №10. - С. 440-445.

11. Кузнецова, Е.А. Влияние ферментного препарата на основе фитазы в комплексе с янтарной кислотой на качество зернового хлеба [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, О.М. Пригарина, А.П. Синицын // Хлебопродукты. - 2006. - №9. - С. 62-64

12. Корячкина, С.Я. Применение ферментного препарата Фитаза при подготовке зерна пшеницы и ржи для производства зернового хлеба [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, А.П. Синицын, О.М. Пригарина // Известия Вузов. Пищевая технология. - 2006. - №5. - С. 23-25

13. Корячкина С.Я. Совершенствование технологии хлеба из проросшего зерна пшеницы [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, Ю.В. Гончаров, Г.И. Конова // Вестник Белгородского университета потребительской кооперации. - 2006. - №4 (20) - С. 372-376

14. Кузнецова, Е.А. Изучение возможности снижения содержания свинца в зерне пшеницы при производстве зернового хлеба с использованием ферментативного гидролиза [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.М. Мотылева // Известия Вузов. Пищевая технология. - 2007. - №1. - С. 28-30

15. Корячкина, С.Я. Использование зерна тритикале в технологии зернового хлеба [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, Л.В. Черепнина // Хлебопродукты. - 2007. - №5. - С. 38-39

16. Кузнецова, Е.А. Накопление тяжелых металлов зерном злаковых культур и пути снижения их содержания [Текст] / Е.А. Кузнецова // Гигиена и санитария. - 2007. - №4. - С. 50 - 53

17. Корячкина, С.Я. Технологические аспекты производства хлеба из проросшего зерна пшеницы [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, Ю.В. Гончаров, С.А. Куценко // Хлебопродукты. - 2008. - №4. - С. 46-47

18. Кузнецова, Е.А. Изменение содержания полисахаридов в зерновом сырье при подготовке к производству зернового хлеба в условиях ферментативного гидролиза [Текст] / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, Л.В. Черепнина // Доклады РАСХН. - 2008. - №6. - С. 54-56.

19. Кузнецова Е.А. Изменение качества зерна пшеницы при подготовке к производству зернового хлеба в условиях ферментативного гидролиза [Текст] / Е.А. Кузнецова // Вестник РАСХН. - 2008. - №6. - С. 82-85.

20. Кузнецова Е.А. Содержание тяжелых металлов в почвах типичного агроландшафта Орловской области и накопление их в зерне сельскохозяйственных культур [Текст] / Е.А. Кузнецова // Агрохимия. - 2009 - №8 - С. 60-64.

21. Корячкин В.П. Зависимость реологических показателей качества теста из целого зерна тритикале от способов приготовления [Текст] /В.П. Корячкин, Л.В. Черепнина, Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина // Хлебопродукты. - 2009 - №10 - С. 56-57

22. Кузнецова Е.А. Математическое обоснование подбора ферментных препаратов в технологии хлеба из зерна тритикале [Текст] / Е.А. Кузнецова, Л.В. Черепнина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010 - №2

23. Интеллектуальный капитал - основа опережающих инноваций: коллективная монография / под общ. ред. А.В. Безгодова, В.В. Смирнова. - СПб.: НЦ «Планетарный проект», Орел: ОрелГТУ, 2007. - 336 с.

24. Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии зернового хлеба: монография / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова - Орел: ОрелГТУ, 2009 - 242 с.

25. Кузнецова, Е.А. Трансформация тяжелых металлов в системе: почва - зерновые культуры - продукты переработки зерна / Е.А. Кузнецова - Орел: издатель С. Зенина, 2009 - 99 с.

26. Патент №2206999 МКИ А21D 8/02. Опубл.27.06.03 Бюл. №18, заявлен 02.08.2000. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А.

27. Патент №2217916 МКИ А21 D13/02 Опубл.10.12.2003 Бюл. №34, заявлен 29.10.2001. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Фаттахова О.М., Сатцаева И.К., Гуляева Е.В.

28. Патент №2258377 МПК⁷ А21D 13/02, 8/02. Опубл.20.08.2005 Бюл. №23, заявлен 22.03.2004. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Сатцаева И.К., Гуляева Е.В.

29. Патент №2292720 МПК А21D 13/02, 08/02. Опубл. 10.02.2007 Бюл. №4, заявлен 12.10.2005. Способ производства зернового хлеба / Кузнецова Е.А., Корячкина С.Я., Пригарина О.М.

30. Патент №2316215 МПК А21D 08/02, 13/02. Опубл. 10.02.2008, бюл. №4, заявлен 31.07.2006. Способ производства зернового хлеба / Кузнецова Е.А., Корячкина С.Я., Гончаров Ю.В.

31. Патент №2344609 МПК А21D 13/00, 1/105. Опубл. 27.01. 2009, бюл. №3, заявлен 11.07.2007. Способ изготовления концентрата зернового / Кузнецова Е.А., Черепнина Л.В.

32. Патент №2341085 МПК А А21D 8/02,13/02, 13/04. Опубл. 20.12.2008, бюл. №35, заявлен 20.03.2007. Способ производства хлеба из зерна тритикале / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Черепнина Л.В.

33. Патент №2366186 МПК А21D 13/02, 8/02. Опубл. 10.09. 2009, бюл. №25, заявлен 19.05.2008. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А. Гончаров Ю.В.

34. Кузнецова Е.А. Содержание некоторых тяжелых металлов в основных компонентах агроценозов типичного ландшафта Орловской области // Труды Орловского НИИСХ. Юбилейный сборник к 100-летию Шатиловской опытной станции. - Орел, 1996 - С. 17-23

35. Корячкина, С.Я. Применение ферментного препарата целловиридин Г20х для производства зернового хлеба [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, А.П. Синицын // Хлебопекарное производство. - 2005. - №2. - С. 30-32

36. Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии выработки хлеба из целого зерна злаковых культур [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, Ю.В. Гончаров // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2006. - №10. - С. 3-6.

37. Кузнецова, Е.А. Распределение токсичных элементов в зерновом сырье и снижение их содержания при применении ферментных препаратов [Текст] / Е.А. Кузнецова, Л.В. Черепнина, А....