Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wydział Nauk o Żywności. Magdalena Fujarczuk

Transkrypt

1 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wydział Nauk o Żywności Magdalena Fujarczuk Zmiany jakościowe pieczywa pszenno owsianego pod wpływem preparatów enzymatycznych w wypieku tradycyjnym i odroczonym Changes in wheat oat bread quality as a result of enzymatic preparations addition in traditional and postponed baking method Praca doktorska wykonana pod kierunkiem Dr hab. inż. Anny Czubaszek w Katedrze Technologii Owoców, Warzyw i Zbóż WROCŁAW 2013

2 Portret kobiecy Musi być do wyboru. Zmieniać się, żeby tylko nic się nie zmieniło. To łatwe, niemożliwe, trudne, warte próby. Oczy ma, jeśli trzeba, raz modre, raz szare, czarne, wesołe, bez powodu pełne łez. Śpi z nim jak pierwsza z brzegu, jedyna na świecie. Urodzi mu czworo dzieci, żadnych dzieci, jedno. Naiwna, ale najlepiej doradzi. Słaba, ale udźwignie. Nie ma głowy na karku, to będzie ją miała. Czyta Jaspera i pisma kobiece. Nie wie po co ta śrubka i zbuduje most. Młoda, jak zwykle młoda, ciągle jeszcze młoda. Trzyma w rękach wróbelka ze złamanym skrzydłem, własne pieniądze na podróż daleką i długą, tasak do mięsa, kompres i kieliszek czystej. Dokąd tak biegnie, czy nie jest zmęczona. Ależ nie, tylko trochę, bardzo, nic nie szkodzi. Albo go kocha, albo się uparła. Na dobre, na niedobre i na litość boską. Wisława Szymborska Składam serdeczne podziękowania Pani dr hab. inż. Annie Czubaszek za inspirację naukową, cenne rady, zaangażowanie i pomoc merytoryczną przy powstawaniu niniejszej pracy Magdalena Fujarczuk

3 [...] czy musimy koniecznie wszystko o sobie wiedzieć? Człowiek istnieje nie tylko po to, by poszerzać granice swego poznania, lecz również po to, by uprawiać ziemię, siać, żąć, wypiekać chleb. Paulo Coelho Kochanym Rodzicom dziękuję

4 SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI 1. STRESZCZENIE WSTĘP Charakterystyka chemiczna, żywieniowa i technologiczna ziarna owsa i przetworów owsianych Odroczony wypiek pieczywa Oksydaza glukozowa budowa, działanie i znaczenie w technologii odroczonego wypieku CEL PRACY MATERIAŁ BADAWCZY METODY BADAŃ SPOSÓB OPRACOWANIA WYNIKÓW OMÓWIENIE WYNIKÓW Cechy jakościowe mąki pszennej, mieszanek pszenno - owsianych oraz śruty owsianej ocenione na podstawie zawartości wybranych składników chemicznych oraz liczby opadania Cechy wypiekowe mąki pszennej, mieszanek pszenno - owsianych oraz śruty owsianej ocenione metodami pośrednimi Cechy wypiekowe mąki pszennej, mieszanek pszenno - owsianych oraz śruty owsianej ocenione metodami bezpośrednimi DYSKUSJA WYNIKÓW WNIOSKI LITERATURA ANEKS

5 STRESZCZENIE 1. STRESZCZENIE Celem pracy było sprawdzenie możliwości poprawienia jakości ciasta i pieczywa pszenno - owsianego przygotowanego metodą tradycyjną oraz z zastosowaniem metody odroczonego wypieku poprzez wykorzystanie handlowych preparatów enzymatycznych o działaniu utleniającym. Materiał badawczy stanowiła handlowa mąka pszenna typ 650 oraz rozdrobnione ziarno owsa nagiego śruta owsiana. Z mąki pszennej i śruty owsianej sporządzono mieszanki, w których udział śruty owsianej wynosił 10%, 20% i 30%. Próbę kontrolną stanowiła mąka pszenna (0%). Do ciasta i pieczywa pszennego i pszenno - owsianego dodawano dwa preparaty enzymatyczne oksydazy glukozowej: Bakezyme GO 1500 BG firmy DSM Food Specialties B.V. w ilości 50 ppm oraz Gluzyme Mono BG firmy Novozymes w ilości 30 ppm. Badania prowadzono na materiale z dwóch lat zbiorów (w roku 2009 i 2010). Badano cechy jakościowe mąki pszennej, śruty owsianej oraz mieszanek pszenno - owsianych. Na podstawie oznaczenia cech farinograficznych i ekstensograficznych określono jakość ciasta pszennego i pszenno - owsianego z dodatkiem i bez dodatku preparatów enzymatycznych. Wykonano wypiek laboratoryjny metodą tradycyjną oraz z zastosowaniem metody odroczonej. Oceniono objętość i nadpiek chleba, a także strukturę jego miękiszu na podstawie skali porównawczej Dallmanna, oceny zmian tekstury w czasie przechowywania oraz wyników uzyskanych przy użyciu scaningowego mikroskopu elektronowego. W wybranych próbach chleba bezpośrednio po wypieku oceniono również profil lotnych związków chemicznych. Stosowana w badaniach mąka pszenna 650 charakteryzowała się dobrymi właściwościami wypiekowymi, które ulegały zmianie pod wpływem wprowadzenia dodatku śruty owsianej oraz preparatów enzymatycznych. Wyższy niż 10% dodatek śruty miał niekorzystny wpływ na cechy farinograficzne i ekstensograficzne ciasta, a także objętość i nadpiek wypieczonego chleba. 20 oraz 30% dodatek śruty znacznie pogorszył cechy tekstury miękiszu uzyskanego pieczywa, prowadząc do wzrostu jego twardości, gumowatości oraz żuwalności. Mrożenie ciasta przed wypiekiem niekorzystnie zmieniało jego charakterystykę reologiczną, i w konsekwencji prowadziło do pogorszenia wyróżników jakościowych pieczywa. Miękisz chlebów pochodzących z odroczonego wypieku był również bardziej podatny na niekorzystne zmiany tekstury w czasie przechowywania w porównaniu z miękiszem pieczywa wypieczonego tradycyjnie. Preparaty enzymatyczne wykazały zróżnicowane oddziaływanie 5

6 STRESZCZENIE na badane cechy ciasta i chleba pszennego oraz pszenno - owsianego. Dodatek preparatu Bakezyme korzystnie wpłynął na cechy farinograficzne ciasta pszennego, natomiast preparat Gluzyme wyraźnie zmniejszał rozciągliwość ciast po mrożeniu. Oba preparaty wyraźnie oddziaływały na aromat pieczywa, wzbogacając go głównie w estry i laktony. 6

7 WSTĘP 2. WSTĘP Od zarania dziejów przetwory zbożowe odgrywały podstawową rolę w żywieniu ludzi. Przede wszystkim ze względu na łatwość uprawy zbóż i skuteczność tychże przetworów w zaspokajaniu uczucia głodu i łaknienia (Piesiewicz 2007 a, b). W diecie współczesnego człowieka duży udział ma pieczywo. Badania spożycia chleba prowadzone przez różne niezależne ośrodki wskazują, że w ostatnich latach, nie tylko w wielu krajach Europy, ale także i w innych częściach świata nastąpił znaczny spadek spożycia pieczywa. Według danych GUS, przeciętne spożycie pieczywa w gospodarstwach domowych w Polsce w 2005 r. wynosiło 5,90 kg na osobę miesięcznie, a w 2006 r. 5,57 kg miesięcznie (GUS: Budżety Gospodarstw Domowych w 2004 r., 2005 r., 2006 r.). W 2011 r. wartość ta obniżyła się do 4,46 kg (Mały Rocznik Statystyczny Polski 2012). Kardiolodzy uważają, że miesięczne spożycie pieczywa na poziomie 6,40 kg na osobę (około 210 g dziennie) to poziom graniczny, poniżej którego nie powinno się schodzić, ze względu na zdrowie człowieka (Piesiewicz 2008). O wadze problemu zmniejszenia się spożycia pieczywa świadczy fakt powstania na początku lat dziewięćdziesiątych XX wieku Naukowego Komitetu Chleba (Le Comité Scientifique du Pain). Organizacja ta, gromadząc wybitnych specjalistów z zakresu medycyny, farmacji, neurofarmacji żywieniowej, żywności i żywienia, zainicjowała badania na rzecz wzrostu spożycia chleba. Potwierdziła również, że kraje, w których spożycie pieczywa kształtuje się na poziomie mniejszym niż 70 kg na osobę rocznie (5,38 kg/mies.), a ludzie nie przywiązują wagi do zdrowego stylu życia, są zagrożone degradacją (Piesiewicz 2007 a, b). Badania preferencji konsumenckich wykazały, że Polacy spożywają głównie pieczywo mieszane pszenno - żytnie oraz pszenne, natomiast pieczywo żytnie i żytnio - pszenne jest jedynie uzupełnieniem naszej codziennej diety (Mielcarz 2010 a, b). Związane jest to z faktem, że na polskim rynku widoczna jest dominacja produkcji mąki pszennej jasnej oraz mąki żytniej również jasnej, a co za tym idzie spożywanie pieczywa głównie jasnego. Produkcja mąki ciemnej oraz pieczywa ciemnego zajmuje pozycję marginalną (Gąsiorowski 2003). Przedstawiony stan spożycia pieczywa jest zaprzeczeniem zasad racjonalnego żywienia. W modelu optymalnego żywienia, ilustrowanym graficznie w formie Piramidy Zdrowego Żywienia, zalecane jest spożywanie produktów zbożowych w każdym posiłku w ciągu dnia. W zależności od potrzeb organizmu powinno to być pięć lub więcej porcji, gdzie jednej porcji odpowiada jedna kromka chleba lub pół szklanki ugotowanych płatków, 7

8 WSTĘP ryżu czy makaronu. Model ten wyraźnie podkreśla, że najwyższą wartość z punktu widzenia żywieniowego mają produkty pochodzące z pełnego przemiału (Diowksz 2008, Kawka 2010) Charakterystyka chemiczna, żywieniowa i technologiczna ziarna owsa i przetworów owsianych Dbając o dobry stan zdrowia społeczeństwa, modyfikuje się stosowane technologie przemiału ziarna, asortyment wytwarzanej mąki, model spożycia produktów zbożowych, a w szczególności asortyment oferowanego na rynku pieczywa (Gąsiorowski 2003). Ważną rolę w dostarczaniu konsumentowi pieczywa o podwyższonej wartości odżywczej, spełniają stosowane przez młynarzy i piekarzy dodatki technologiczne. Do dyspozycji producentów pieczywa pozostają dodatki technologiczne o pochodzeniu syntetycznym i naturalnym. Wpływ preparatów pochodzenia syntetycznego na stan zdrowia budzi wiele wątpliwości u konsumentów pieczywa, dlatego też coraz częściej zwracają oni uwagę na skład recepturowy spożywanych produktów zbożowych i częściej wybierają te produkty, które zawierają naturalne dodatki technologiczne (Czubaszek 2008). W piekarstwie polskim do najczęściej stosowanych naturalnych dodatków technologicznych należą produkty i przetwory mleczne, hydrolizaty skrobiowe, przetwory ziemniaczane, koncentraty białkowe, nasiona roślin oleistych oraz zboża niechlebowe. Szczególną rolę w produkcji piekarskiej odgrywają zboża niechlebowe - owies, jęczmień, proso, gryka, ryż i kukurydza oraz produkty ich przerobu: mąka, rozdrobnione ziarno, otręby czy płatki. Są one bogatym źródłem białka, błonnika pokarmowego, soli mineralnych oraz witamin, dlatego też są cennym surowcem dla piekarstwa (Czerwińska 2010 c). Spośród wymienionych zbóż niechlebowych szczególnymi walorami fizjologiczno - żywieniowymi, dietetycznymi i leczniczymi charakteryzuje się ziarno owsa, a sama roślina ze względu na bardzo wysoki potencjał, przez wielu badaczy nazywana jest rośliną XXI wieku (Gąsiorowski 2003, Czubaszek 2008). Żywieniowcy twierdzą, że w ziarnie owsa występuje pożądana kombinacja składników odżywczych, dlatego też produkty owsiane powinny być obecne w racjonalnej diecie człowieka zdrowego i chorego (Gąsiorowski 2003). Jednak mimo tak pochlebnej opinii, owies w Polsce wykorzystywany jest przede wszystkim jako zboże do skarmiania zwierząt gospodarskich, a tylko w niewielkim stopniu jako surowiec do produkcji żywności. Szacuje się, że zaledwie 3% ogólnej produkcji owsa przeznacza się na cele konsumpcyjne, podczas gdy w krajach Europy Zachodniej około 20% (Kowalczyk i Ratajczak 2003). 8

9 WSTĘP Niezwykle istotnym składnikiem chemicznym ziarna owsa jest białko. Wiele badań (Gąsiorowski i wsp. 1997, Doehlert i McMullen 2000, Czubaszek 2003, 2009, Peterson i wsp. 2005) wykazało, że owies charakteryzuje się dużą zawartością białka, która waha się w zakresie 7,4 16,2% w ziarnie oplewionym, natomiast w ziarnie nagim występuje średnio w ilości 12,0 15,8%. Znane są także odmiany owsa, gdzie zawartość tego składnika osiąga wartość nawet 20%. Na uwagę zasługuje fakt, że białko owsa odznacza się wysoką wartością biologiczną, która wynika z lepszej niż w białkach innych zbóż wzajemnej proporcji białek wysokocząsteczkowych do niskocząsteczkowych oraz z korzystnego składu aminokwasowego. Białko owsa w porównaniu z innymi zbożami zawiera więcej globulin, których ilość jest oceniana na około 50 80% oraz mniej prolamin i glutelin (20 25%) (Gibiński i wsp. 2005, Achremowicz i Gibiński 2010, Kawka 2010, Lange 2010). Cechą charakterystyczną białka owsa jest również wysoka zawartość aminokwasów egzogennych oceniana na około 40%, podczas gdy w białku pszenicy i żyta występują one na poziomie około 33% (Gąsiorowski 2003, Kawka 2010, Lange 2010). W ziarnie owsa występuje więcej niż w ziarnie pszenicy i żyta takich aminokwasów egzogennych jak: lizyna, treonina, tyrozyna i tryptofan (Lange 2010). Składnikiem wyróżniającym owies na tle innych zbóż jest tłuszcz. Polskie odmiany owsa oplewionego zawierają przeciętnie około 5% tego składnika chemicznego, natomiast w ziarnie pozbawionym plewki udział tłuszczu jest wyższy i wynosi przeciętnie około 8% (Bartnikowska i wsp a, Czerwińska 2010 b). W odmianach wysokotłuszczowych ilość tłuszczu może sięgać nawet 16 18% (Peterson i Wood 1997). Tłuszcz owsiany jest niezwykle cenny w żywieniu człowieka ze względu na duży udział nienasyconych kwasów tłuszczowych, zwłaszcza oleinowego, linolowego. Kwasy te stanowią około 80% wszystkich kwasów tłuszczowych występujących w ziarnie owsa (Gąsiorowski 1995, Bartnikowska i wsp a, Gibiński i wsp. 2005, Czubaszek 2008, Biel i wsp. 2009, Achremowicz i Gibiński 2010, Czerwińska 2010 b). W tłuszczu owsianym znajduje się wiele substancji biologicznie aktywnych, takich jak witaminy A, D, E, K oraz niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT). NNKT pełnią ważną rolę strukturalną, a także mają istotne znaczenie dla przebiegu wielu przemian biochemicznych zachodzących w naszym organizmie. Biorą udział w regulacji czynności układu krążenia, wykazują zdolność do hamowania procesu agregacji płytek krwi i dzięki temu zapobiegają powstawaniu zakrzepów naczyniowych oraz mają działanie hipocholesterolemiczne (Gąsiorowski 2003, Gibiński i wsp. 2005, Achremowicz i Gibiński 2010). W tłuszczu owsa występują również związki posiadające działanie antyoksydacyjne. Należą do nich fitosterole i tokoferole, które 9

10 WSTĘP wykazują korzystny wpływ na organizm człowieka, usprawniając pracę serca oraz zapobiegając nowotworom (Peterson 2001 a, Gibiński i wsp. 2005, Czubaszek 2008). Związki te, przyczyniają się do hipocholesterolemicznego działania przetworów owsianych, dzięki zdolności ograniczania wchłaniania cholesterolu (Bartnikowska 2003, Kawka 2010, Czerwińska 2010 b). Liczne badania (Moltenberg i wsp. 1996, Peterson 2001 a, b) wskazują, że ekstrakty z ziarna owsa mają znacznie wyższą aktywność przeciwutleniającą niż ekstrakty z ziarna pszenicy. Właściwość ta jest wynikiem obecności polifenoli, flawonoidów oraz awenantramidów, które w organizmie blokują reaktywne formy tlenu i reagując z wolnymi rodnikami, zapobiegają rozwojowi takich chorób jak miażdżyca naczyń krwionośnych czy też choroba wieńcowa. Z żywieniowego punktu widzenia korzystna jest obecność w ziarnie owsa błonnika pokarmowego, a zwłaszcza β - glukanów i pentozanów (Gąsiorowski i wsp. 1997, Chen i wsp. 1998, Piispa i Alho-Lehto 2004). Zawartość błonnika pokarmowego w nieobłuszczonym ziarnie wynosi około 33%, natomiast z ziarnie obłuszczonym kształtuje się na poziomie 12 15% (Michniewicz i wsp. 1998). Należy jednak zwrócić szczególną uwagę na skład poszczególnych frakcji włókna pokarmowego. Udział frakcji rozpuszczalnej w błonniku wynosi około 50%, a w błonniku pszenicy tylko około 14% (Kiryluk i wsp. 2004). Wyjątkowo wartościowym składnikiem, stanowiącym 80% frakcji rozpuszczalnej są β - glukany, będące mieszaniną nierozgałęzionych łańcuchów β - D - glukozy, które połączone są wiązaniami β - (1,3),(1,4) - D glikozydowymi (Bartnikowska i wsp b, Bartnikowska 2003, Kiryluk i wsp. 2004, Gibiński i wsp. 2005, Gibiński i wsp. 2010). Ogólny udział β - glukanów w suchej masie owsa oplewionego wynosi od 4 do 7% (Gąsiorowski 1995, Bartnikowska i wsp b, Gibiński 2008, Czubaszek 2008, Achremowicz i Gibiński 2010). Związki te mają zdolność do obniżania poziomu glukozy we krwi po posiłku, dzięki tworzeniu żeli w przewodzie pokarmowym oraz ograniczają wchłanianie cholesterolu przez co również pośrednio obniżają jego poziom we krwi (Gąsiorowski 1995, Bartnikowska 2003, Kiryluk i wsp. 2004, Gibiński i wsp. 2005, Gambuś i wsp. 2006, Gibiński 2008, Ceglińska i Dubicka 2009, Hüttner i Arendt 2010, Hüttner i wsp. 2010, Kawka 2010, Czerwińska 2010 a). Dzięki wysokiej zawartości β - glukanów w ziarnie owsa, produkty jego przerobu odznaczają się wyraźnie niższym indeksem glikemicznym w porównaniu z powszechnie spożywanymi produktami przerobu ziarna pszenicy i dzięki temu pomagają w regulacji poposiłkowego stężenia glukozy we krwi (Piispa i Alho-Lehto 2004). Wykazano ponadto, że β - glukany chronią dolne odcinki przewodu pokarmowego 10

11 WSTĘP przed chorobami nowotworowymi, a także mają zdolność do wychwytywania szkodliwych związków, zapobiegając ich wchłanianiu w jelicie cienkim (Gibiński i wsp. 2005). Ziarno owsa jest również dobrym źródłem makro- i mikroelementów. Zawartość popiołu całkowitego w ziarnie owsa kształtuje się na poziomie około 2,5 3,0%. W porównaniu z innymi gatunkami zbóż, jego zawartość jest zdecydowanie wyższa. Są to głównie związki fosforu, które m.in. uczestniczą w przemianie energii. Na wysokim poziomie występuje również mangan odgrywający znaczną rolę w przemianach cukrowców. Prace badawcze wielu autorów (Lia i wsp. 1997, Peltonen-Sainio i wsp. 2004) wskazują, że ziarno owsa posiada właściwości dietetyczne, a także ma działanie stymulujące przemiany metaboliczne w organizmie człowieka. Korzystny wpływ na gospodarkę lipidową i węglowodanową oraz wiele innych aspektów prozdrowotnych sprawia, że owies i jego przetwory można traktować jako doskonałe surowce do produkcji żywności funkcjonalnej (Lange 2010). Produkty owsiane mogą mieć znaczenie w zapobieganiu oraz w leczeniu wielu chorób cywilizacyjnych: otyłości, miażdżycy, hipocholesterolemii, nadciśnienia, chorób serca i cukrzycy (Bartnikowska 2003, Gibiński i wsp. 2005, Czerwińska 2010 a, Lange 2010). Niektórzy autorzy (Czerwińska 2010 c, Hüttner i Arendt 2010, Lange 2010) podają, że owies może być stosowany w diecie bezglutenowej, wzbogacając ją w cenne składniki odżywcze. Przedstawiona charakterystyka chemiczna i żywieniowa ziarna owsa wskazuje na wysoką wartość odżywczą przetworów owsianych, niestety w piekarstwie nie mogą być one stosowane samodzielnie. Można je natomiast wprowadzać do receptury ciasta jako zamiennik mąki chlebowej pszennej lub żytniej. Zastąpienie nawet niewielkiej ilości mąk chlebowych pszennych i żytnich przetworami z owsa wpływa na jakościowe cechy wyrobów sporządzonych z takich mieszanek (Czubaszek 2006, 2008, Ceglińska i Dubicka 2009). Liczne badania (Czubaszek 2008, Ceglińska i Dubicka 2009, Kawka 2010) dotyczące wpływu przetworów owsianych na cechy reologiczne ciasta, dowodzą, że udział produktów owsianych w mieszankach, głównie z mąką pszenną, powoduje znaczące zmiany cech farinograficznych, takich jak czas rozwoju, stałość oraz rozmiękczenie ciasta. Zastosowanie otrąb lub płatków owsianych w recepturze chleba, wydłuża czas rozwoju i stałość ciasta w porównaniu z ciastem pszennym, jednak ciasto z otrębami o dużej i średniej granulacji cząstek odznacza się dłuższym czasem rozwoju i mniejszym rozmiękczeniem w porównaniu do ciasta z otrębami o drobnej granulacji (D Appolonia i Youngs 1978, Krishnan 1987, Czubaszek 2006, Czubaszek i Karolini-Skaradzińska 2005). Wpływ mąki owsianej na cechy reologiczne cista jest natomiast niejednoznaczny. Kawka i Gąsiorowski (1995 a), twierdzą, że ciasto zawierające dopiero 30% mąki owsianej ma krótszy czas 11

12 WSTĘP rozwoju i mniejsze rozmiękczenie w porównaniu z ciastem pszennym, natomiast inni autorzy (Czubaszek i Karolini-Skaradzińska 2005) wyrażają pogląd, że mąka owsiana w ilości 5 50% skraca czas rozwoju i stałość ciasta. Wraz ze wzrostem udziału produktów owsianych w mieszankach zmienia się również ich wodochłonność. Zależy ona od rodzaju produktu owsianego oraz jego granulacji (Kawka 1995, 2010, Kawka i Kroll 2006). Stwierdzono, że zastąpienie części mąki pszennej mąką owsianą, powoduje mniejszy wzrost wodochłonności niż w przypadku zastosowania otrąb owsianych (Czubaszek i Karolini- Skaradzińska 2005, Czubaszek 2006, 2008). Udowodniono również, że im mniejszy rozmiar cząstek otrąb, tym większa jest zdolność do chłonięcia wody (Krishnan i wsp. 1987). Zastąpienie części mąki pszennej śrutą owsianą, również prowadzi do zwiększenia wodochłonności, jednak wielkość oddziaływania jest mniejsza niż podczas stosowania otrąb i większa niż po dodaniu mąki owsianej (Czubaszek 2008). Jako uzupełnienie informacji o cechach reologicznych ciasta, stosuje się badanie ekstensograficzne, które pozwala na ocenę zachowania się ciasta poddanego fermentacji. Badania przeprowadzone przez Czubaszek (2006) wskazują, że zastosowanie śruty owsianej jako zamiennika mąki pszennej przyczynia się do pogorszenia wszystkich cech ekstensograficznych, a im większy jest udział produktu owsianego w mieszance tym mniejszy jest opór ciasta na rozciąganie, jego energia i współczynnik ekstensograficzny. Szereg badań wskazuje również, że dodatek mąki owsianej, śruty czy też otrąb owsianych powoduje skrócenie procesu fermentacji (Kawka i Gąsiorowski 1995 a, b, Kawka i Kroll 2006, Czubaszek 2008). Współczesne oczekiwania konsumentów sprawiają, że producenci pieczywa zwracają uwagę nie tylko na wysoką wartość odżywczą, ale również na pożądany wygląd i korzystne cechy jakościowe swoich wyrobów. Wieloletnie badania nad wprowadzeniem produktów owsianych do receptury chleba, potwierdzają korzystne oddziaływanie owsa na cechy sensoryczne uzyskiwanych chlebów. Konsumenci podkreślają szczególnie delikatny, łagodny, przyjemny aromat chlebów pszenno - owsianych (Kawka i Gąsiorowski 1995 a, b, Gambuś i wsp. 2006, Kawka i Kroll 2006, Czubaszek 2008). Jednak wyróżniki jakościowe chlebów z dodatkiem owsa zależne są od rodzaju i ilości wprowadzonego produktu owsianego. Gambuś i wsp. (2003) w swoich badaniach stwierdzili, że 2, 3 i 5% udział otrąb owsianych prowadzi do obniżenia objętości pieczywa, jednak bez wyraźnego wpływu na ich ocenę sensoryczną. Wiele prac (Czubaszek i Karolini-Skaradzińska 2005, Czubaszek 2006, 2008) wskazuje natomiast, że dodatek produktów owsianych, takich jak mąka, śruta czy też płatki powoduje uzyskanie pieczywa o objętości większej niż pieczywo pszenne. 12

13 WSTĘP Kawka i Gąsiorowski (1995 a), Czubaszek (2006), Kawka i Kroll (2006) wskazują na równomierną i delikatną porowatość miękiszu, a tym samym na poprawę jego struktury dzięki dodatkom owsa w ilości 10%. Badania Czubaszek (2008) wskazują natomiast, że porowatość miękiszu chlebów wypieczonych z mieszanki mąki pszennej i otrąb lub mąki owsianej (w ilości powyżej 20%) ulega pogorszeniu w porównaniu z porowatością chlebów wypieczonych tylko z mąki pszennej. Zastosowanie 50% udziału mąki owsianej z mąką pszenną przyczynia się do uzyskania chleba o zbitym i twardym miękiszu z nierównymi i grubościennymi porami. Według Różyło (2007) miękisz chleba pszenno - owsianego odznacza się wyższą twardością niż miękisz chleba pszennego. Korzystną cechą pieczywa pszenno - owsianego jest także zachowanie przez dłuższy czas świeżości i spowolnienie procesu czerstwienia. Gambuś i wsp. (2003) stwierdzili, że zastosowanie otrąb i mąki owsianej w ilości od 3 do 10% przyczynia się do obniżenia wilgotności miękiszu uzyskanego pieczywa w znacznie mniejszym zakresie niż miękiszu chleba pszennego Odroczony wypiek pieczywa Chleb jest jednym z najbardziej popularnych i atrakcyjnych produktów żywnościowych, ze względu na wartość odżywczą, cechy sensoryczne i teksturalne, a także dużą dostępność i łatwość przygotowania posiłków z jego udziałem. Przez wieki pieczywo wytwarzane było zgodnie z tradycyjnymi recepturami oraz kulturowo przyjętymi technologiami, jednak w ostatnich dziesięcioleciach zaszły istotne zmiany zarówno w świadomości konsumentów, którzy podążają za najnowszymi trendami w produkcji żywności, jak i wśród producentów artykułów żywnościowych, którzy znając najnowsze osiągnięcia naukowe, starają się wdrażać je w zakładach produkcyjnych (Korfel 2005). Zmiany te doprowadziły do rozwoju alternatywnych metod produkcji pieczywa, czego przykładem może być odroczony wypiek pieczywa. Technologia odroczonego wypieku polega na oddzieleniu wytwarzania ciasta od wypieku pieczywa. Możliwe jest to dzięki zastosowaniu schładzania lub zamrażania półproduktów piekarskich, co sprzyja spowolnieniu lub wstrzymaniu procesu fermentacji przed ostatecznym wypiekiem na czas określony aktualnymi potrzebami. Możliwość przesunięcia etapu wypiekania chleba w czasie sprawia, że może być on realizowany nie tylko w piekarni, lecz także w miejscu sprzedaży pieczywa, czy w domu konsumenta (Gąsiorowski 1995). 13

14 WSTĘP Technologia odroczonego wypieku pieczywa pojawiła się po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych, w latach pięćdziesiątych XX wieku. W Europie krajami przodującymi w zastosowaniu technologii odroczonego wypieku pieczywa są Belgia, Holandia i Wielka Brytania (Gąsiorowski 1995). We Francji około 75% piekarzy korzysta z tej metody wypieku chleba. Wzrost zainteresowania takim sposobem produkcji pieczywa spowodowany jest przede wszystkim tym, że konwencjonalny wyrób chleba jest bardzo pracochłonny i czasochłonny, podczas gdy chleb jest produktem spożywczym o krótkim okresie trwałości i szybko pogarszającymi się cechami sensorycznymi (Cauvain 1998, Giannou i wsp. 2003). Jak podkreślają piekarze, zastosowanie technologii odroczonego wypieku daje możliwość racjonalnego zaplanowania produkcji, tak, aby uniknąć zatorów produkcyjnych, pozwala na rozdzielenie procesu przygotowania ciasta i wypieku pieczywa w czasie i w przestrzeni, a także przeniesienie produkcji nocnej, która jest bardzo uciążliwa i niezwykle kosztowna, na produkcję dzienną. Sprzedawcy pieczywa cenią sobie możliwość wypieku chleba bezpośrednio w miejscu sprzedaży i zgodnie z aktualnym zapotrzebowaniem na pieczywo, a konsumenci możliwość samodzielnego wypieku pieczywa w domu (Giannou i Tzia 2007, Sobczyk i Malon 2009). Odroczony wypiek pieczywa możliwy jest do przeprowadzenia z wykorzystaniem jednej z trzech metod. Może to być spowalnianie rozrostu kęsów ciasta, podpiekanie kęsów ciasta i przechowywanie ich bez zamrażania lub w stanie zamrożonym oraz zamrażanie kęsów ciasta nie fermentowanych lub fermentowanych (Ambroziak i wsp. 2002). Zastosowanie temperatur poniżej 0 C do utrwalania żywności jest procesem występującym w większości branż przemysłu spożywczego. Wykorzystanie tego zjawiska w przemyśle piekarskim wymaga znajomości wpływu wykorzystywanych czynników na strukturę i właściwości surowca poddanego działaniu niskiej temperatury, a także ciągłego śledzenia zmian na rynku, które mogą poprawić i jednocześnie ułatwić przebieg procesu produkcyjnego. Mimo wieloletnich badań nad odroczonym wypiekiem pieczywa z zastosowaniem mrożenia kęsów ciasta do tej pory pozostaje wiele nierozwiązanych problemów, takich jak mniejsza objętość pieczywa, większa twardość miękiszu chleba, pojawianie się w jego przekroju poprzecznym obszarów o zróżnicowanej wilgotności w porównaniu z pieczywem wypieczonym bez mrożenia kęsów ciasta. Domniemywa się, że większość tych niekorzystnych zjawisk spowodowana jest zmniejszeniem ilości i żywotności drożdży oraz obniżoną zdolnością produkcji przez nie gazu, a także osłabieniem glutenowej struktury ciasta, co w ostateczności przekłada się na cechy jakościowe końcowego wyrobu (Perron i wsp. 1999, Ribotta i wsp. 2001). 14

15 WSTĘP Zamrażanie kęsów ciasta, a następnie przechowywanie ich w stanie zamrożonym powoduje zmniejszenie liczby żywych komórek drożdżowych, obniżenie ich żywotności i zdolności fermentacyjnej (Giannou i wsp. 2003, Ribotta i wsp. 2003). Lorenz i Kulp (1995) sugerują, że komórki drożdżowe znajdujące się w masie ciasta poddane są działaniu stresu osmotycznego i dlatego są bardziej podatne na uszkodzenia w porównaniu z komórkami drożdżowymi w stanie wolnym. Powodem strat w ilości komórek drożdżowych, może być również ich autoliza na skutek nadmiernego nagromadzenia związków chemicznych w fazie wodnej i szkodliwego oddziaływania tych związków na przeżywalność drożdży (Stauffer 1993). Na skutek opisanych zjawisk obniża się zdolność drożdży do podniesienia ciasta w czasie fermentacji, co z kolei przekłada się na uzyskanie bochenków chleba o znacząco mniejszej objętości w porównaniu z chlebem, gdzie nie stosowany był proces mrożenia kęsów ciasta (Perron i wsp. 1999, Ribotta i wsp. 2001). Wpływ zamrażania na drożdże, szczególnie drożdże Saccharomyces cerevisiae wykorzystywane do wypieku, jest od wielu lat przedmiotem badań naukowców. Liczne prace badawcze wskazują, że aby zachować jak największą ilość komórek drożdżowych w dobrym stanie i o jak największej zdolności fermentacyjnej, należy wykorzystać bezpośrednią metodę wytwarzania ciasta, zastosować zwiększoną ilość drożdży w porównaniu z tradycyjnymi metodami wypieku oraz maksymalnie skrócić czas fermentacji ciasta. Zaleca się dodatek drożdży prasowanych w ilości 5 10% w stosunku do ilości mąki. Zwraca się również uwagę na możliwie najwyższe obniżenie aktywności komórek drożdżowych przed procesem mrożenia, poprzez utrzymanie ich temperatury maksymalnie na poziomie 4 C, dodawanie drożdży do składników ciasta w czasie miesienia, a także przygotowanie ciasta o temperaturze nie wyższej niż 20 C (Ambroziak i wsp. 2002, Gąsiorowski 2005). W celu zminimalizowania oddziaływania ujemnych temperatur stosowanych w technologii odroczonego wypieku na żywotność i aktywność drożdży, badacze tego zjawiska proponują dwa rozwiązania: znaleźć nowy szczep drożdży lub poprawić znane nam drożdże Saccharomyces cerevisiae, aby były bardziej odporne na warunki mrożenia, albo też wprowadzić do receptury pieczywa tzw. krioprotektory (Rouillé i wsp. 2000). Krioprotektory są to związki chemiczne, które chronią materiał biologiczny, w tym przypadku komórki drożdżowe, przed uszkodzeniem ich struktury w czasie zamrażania. Komórki drożdżowe zawierają naturalną substancję ochronną trehalozę, jednak jej ilość jest niewystarczająca, aby obronić organizm przed niekorzystnym wpływem ujemnej temperatury. Dlatego też przy stosowaniu odroczonego wypieku z zamrażaniem kęsów ciasta zaleca się dodatek innych naturalnych krioprotektorów, np.: alaniny, waliny, proliny, glukozy, maltozy lub soli 15

16 WSTĘP kuchennej (Mércic i wsp. 1997, Ambroziak i wsp. 2002, Gąsiorowski 2005, Piesiewicz i Zieliński 2006). Zamrażanie kęsów ciasta pszennego powoduje znaczne osłabienie struktury glutenowe. Wielu badaczy (Rojas i wsp. 2002, Esselink i wsp. 2003) uważa, że zmiany te spowodowane są rekrystalizacją lodu, która powoduje wydzielenie wody z glutenu, co w konsekwencji prowadzi do wystąpienia pęknięć matrycy i mniejszej ciągłości jej struktury. Przerwanie sieci glutenowej, a także pewne jej zniekształcenie powoduje z kolei zmniejszoną zdolność utrzymywania gałeczek skrobi w strukturach matrycy. Taka niejednorodność siatki glutenowej nie pozwala również na zatrzymanie gazów powstających w czasie fermentacji i może być jedną z przyczyn zmniejszonej objętości bochenków chleba wypieczonych z ciasta mrożonego w porównaniu z tradycyjnym chlebem. Inni autorzy (Wolt i D Appolonia 1984, Inoue i Bushuk 1991) sugerują, że przyczyną osłabienia tworzonej przez gluten siatki, mogą być substancje o charakterze redukującym uwalniane przez drożdże w czasie zamrażania, takie jak np. glutation, które rozrywają wiązania dwusiarczkowe w glutenie i tym samym pogarszają strukturę ciasta. Przeciwdziałać temu zjawisku można stosując mąkę mocną, która jest mniej wrażliwa na skutki mrożenia w porównaniu z mąką wykorzystywaną do tradycyjnego wypieku chleba. Mąka taka powinna zawierać co najmniej 12% białka i nie mniej niż 30% glutenu mokrego. Podobnie jak w przypadku drożdży, również i w stosunku do mąki stosuje się różnego rodzaju środki wspomagające. Wykorzystywane są m.in. hydrokoloidy, które mają zdolność wiązania i hamowania migracji wody uwolnionej ze struktury glutenowej (np. ksantan, guma guar, HPMC), emulgulatory (np. DATEM, estry sukrozy) i enzymy (hemicelulazy, glukozooksydazy) (Bárcenas i wsp a, Asghar i wsp. 2005, Asghar i wsp 2007) Oksydaza glukozowa budowa, działanie i znaczenie w technologii odroczonego wypieku Zgodnie z definicją przedstawioną w Rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) NR 1332/2008 z dnia 16 grudnia 2008 pod pojęciem enzymu spożywczego rozumiemy produkt otrzymany z roślin, zwierząt lub mikroorganizmów, lub produktów z nich pochodzących, w tym produkt otrzymany w procesie fermentacji, z wykorzystaniem mikroorganizmów, zawierający jeden lub większą ilość enzymów zdolnych do katalizy określonej reakcji biochemicznej oraz dodawany do żywności w celu spełnienia funkcji 16

17 WSTĘP technologicznej na jakimkolwiek etapie produkcji, przetwórstwa, przygotowania, obróbki, pakowania, transportu lub przechowywania środków spożywczych. Enzymy spożywcze znalazły szczególne miejsce w technologii piekarstwa, ponieważ, poprawiając parametry mąki i ciasta, pozytywnie wpływają m.in. na objętość pieczywa, delikatność miękiszu czy też czas świeżości. Producenci pieczywa cenią sobie również fakt, że większość stosowanych przez nich enzymów działa w umiarkowanych warunkach środowiska, przede wszystkim temperatury i ph, dzięki czemu możliwe jest zachowanie naturalnych cech biologicznych produktów piekarskich, przy których wytwarzaniu biorą udział. Ważne jest również to, że stosowane w piekarstwie enzymy ulegają degradacji podczas procesów termicznych i nie są obecne w końcowym wyrobie. Skutkiem tego nie są traktowane przez ustawodawstwo jako dodatki do żywności i nie powodują negatywnych reakcji wśród konsumentów (Dadas 2009). W przemysłowej produkcji pieczywa z zastosowaniem odroczonego wypieku, wykorzystywane są przede wszystkim enzymy o działaniu utleniającym, których zadaniem jest wzmocnienie siatki glutenowej, osłabionej działaniem niskich temperatur. Najczęściej w tym celu używana jest oksydaza glukozowa (glukooksydaza, glukozooksydaza) (Poulsen i Hostrup 1998). Oksydaza glukozowa jest enzymem z klasy oksydoreduktaz. Jest to dimeryczne białko z centrum aktywnym zawierającym dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD), głęboko schowany w jego strukturze. Katalizuje ona, w obecności tlenu atmosferycznego, reakcję utlenienia β-d-glukozy do D-glukono-δ-laktonu i nadtlenku wodoru, z jednoczesną redukcją FAD do FADH 2. Wytworzony glukonolakton bardzo szybko ulega dalszej przemianie do kwasu D-glukonowego. Oksydaza glukozowa ma również zdolność katalizowania reakcji utlenienia mannozy, ksylozy i galaktozy, jednak reakcje te przebiegają znacznie wolniej. Źródłem oksydazy glukozowej są grzyby, a najbardziej dostępna i jednocześnie najlepiej poznana jest oksydaza glukozowa wyizolowana z Aspergillus niger, która składa się z 2 podjednostek o równych masach cząsteczkowych 80 kda każda. Podjednostki zawierają jeden mol dinukleotydu flawinoadeninowego i jeden mol żelaza. Enzym ten jest glikoproteiną zawierającą około 74% białka, 16% cukrów i 2% aminokwasów (Paulsen i Hostrup 1998, Bonet i wsp. 2006, Joye i wsp. 2009, Renzetti i wsp. 2010). Mimo dużego zainteresowania oksydazą glukozową i coraz powszechniejszego jej zastosowania w przemyśle piekarskim, mało wiadomo na temat mechanizmu jej działania w cieście. Liczni autorzy (Haarasilta i wsp. 1991, Aja i wsp. 2003, Primo-Martin i wsp. 2003, Rosell i wsp. 2003, Gujral i Rosell 2004, Jankiewicz 2008) wskazują, że wytworzony 17

18 WSTĘP w wyniku działania oksydazy glukozowej nadtlenek wodoru, powoduje utlenienie wolnych grup sulfhydrylowych (-SH) cysteiny w łańcuchach polipeptydowych białek do międzyłańcuchowych mostków dwusiarczkowych (-S-S-) cystyny. W wyniku tych przemian zwiększa się liczba wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami polipeptydowymi białka, co prowadzi do wzmocnienia struktury glutenowej, a także wzrostu sprężystości glutenu. Hipotezę tę potwierdzają Vemulapalli i Hoseney (1998), którzy stwierdzili, że ilość wolnych grup tioliowych (-SH) w cieście zmniejsza się pod wpływem glukozooksydazy. Badania prowadzone przez Rasiah i wsp. (2005) wykazały natomiast, że wzmocnienie struktury ciasta z mąki pszennej po zastosowaniu oksydazy glukozowej jest prawdopodobnie spowodowane sieciowaniem rozpuszczalnych w wodzie białek, zarówno z udziałem wiązań dwusiarczkowych (-S-S), jak i wiązań o innym charakterze. Zgodne są natomiast doniesienia o ograniczonym działaniu oksydazy glukozowej w warunkach niedostatecznej ilości tlenu w środowisku. Dobre warunki do działania tego enzymu występują na powierzchni ciasta, gdzie dostępność tlenu jest nieograniczona, w odróżnieniu od wnętrza ciasta, gdzie ilość tlenu jest mniejsza, ponieważ wykorzystywany jest on przez drożdże, jak i w różnych reakcjach biochemicznych (Popper 2009). Mając na uwadze niekorzystny wpływ dodatku produktów owsianych oraz warunków mrożenia na strukturę glutenu, a przez to na jakość uzyskiwanego chleba, poszukuje się sposobów poprawy tej sytuacji. Przypuszczać można, że włączenie do receptury ciasta preparatów enzymatycznych, których głównym składnikiem jest oksydaza glukozowa, poprawi jakość wyrobów, a tym samym zwiększy ich atrakcyjność dla konsumenta. 18

19 CEL PRACY 3. CEL PRACY Pragnienie zachowania dobrego zdrowia i kondycji fizycznej przez konsumentów, a także intensyfikacja produkcji przemysłu spożywczego wymuszają pojawienie się na rynku produktów, które charakteryzują się wysoką wartością odżywczą i pożądanymi cechami jakościowymi oraz powstają przy wykorzystaniu nowych, bardziej opłacalnych technologii produkcji. Przykładem takiego produktu może być pieczywo pszenne uzyskane drogą odroczonego wypieku z dodatkiem produktów przerobu ziarna owsa. Wprowadzenie do receptury chleba produktu owsianego w połączeniu z mrożeniem kęsów ciasta może niekorzystnie oddziaływać na jakość wyrobu końcowego, dlatego też konieczne jest zastosowanie odpowiednich dodatków, np. preparatów enzymatycznych. Z tego względu celem niniejszej pracy było określenie wpływu preparatów enzymatycznych zawierających oksydazę glukozową na właściwości ciasta i jakość pieczywa pszenno - owsianego, sporządzonego metodą tradycyjną i odroczonego wypieku. Właściwości utleniające tego enzymu mogą korzystnie oddziaływać na gluten, osłabiony przez zastąpienie części mąki pszennej rozdrobnionym ziarnem owsa oraz mrożeniem ciasta. Dotychczas nie oceniano możliwości poprawy jakości ciasta i pieczywa pszenno - owsianego za pomocą glukozooksydazy. 19

20 MATERIAŁ BADAWCZY 4. MATERIAŁ BADAWCZY Materiał badawczy stanowiły: - handlowa mąka pszenna typ 650 Diamant, wyprodukowana przez Młyny Zbożowe Stanisława Grygiera Sp. z o.o., - rozdrobnione w młynku laboratoryjnym WŻ-1 (ZBPP Bydgoszcz) ziarno owsa nagiego (śruta owsiana). Owies pochodził z dwóch lat zbiorów. W 2009 roku była to mieszanka handlowa z Centrali Nasiennej w Głubczycach, a w roku 2010 mieszanka owsa nagiego dostarczona z Hodowli Roślin w Strzelcach. W celu ograniczenia niekorzystnych zmian, jakie zachodzą w czasie przechowywania produktów owsianych, śruta owsiana była przechowywana w chłodziarce w temperaturze ok. 4 C. Z mąki pszennej i śruty owsianej sporządzono mieszanki, w których udział śruty owsianej wynosił 10%, 20% i 30%. Próbę kontrolną dla mieszanek pszenno - owsianych stanowiła mąka pszenna (0% udziału śruty owsianej). W badaniach stosowano dwa handlowe preparaty enzymatyczne oksydazy glukozowej: Bakezyme GO 1500 BG holenderskiej firmy DSM Food Specialties B.V. (Bakezyme) w ilości 50 ppm (0,005%) oraz Gluzyme Mono BG duńskiej firmy Novozymes (Gluzyme) w ilości 30 ppm (0,003%). Specyfikacje preparatów zamieszczono w załączniku 1 i 2. W ocenie wpływu preparatów enzymatycznych na właściwości ciasta i pieczywa pszenno - owsianego próbami kontrolnymi były odpowiadające im próby bez tych dodatków. 20

21 METODY BADAŃ 5. METODY BADAŃ W mące pszennej oraz mieszankach pszenno - owsianych określono: a) cechy chemiczne: zawartość popiołu całkowitego według PN - EN ISO 2171: 2010; zawartość białka ogółem metodą Kjeldahla według PN - EN ISO 20483: 2007, stosując dla mąki pszennej i mieszanek pszenno - owsianych przelicznik N x 5,7, a dla śruty owsianej N x 6,25; zawartość skrobi metodą Lintnera (Jakubczyk i Haber 1983); zawartość tłuszczu metodą Soxhleta po wcześniejszej hydrolizie kwasowej (Krełowska- Kułas, 1993). W wyekstrahowanym tłuszczu określono skład oraz udział kwasów tłuszczowych w ogólnej ich ilości metodą chromatografii gazowej. Oznaczono estry metylowe kwasów tłuszczowych przy użyciu chromatografu gazowego firmy Philips wyposażonego w detektor płomieniowo - jonizujący. Rozdziału kwasów dokonano za pomocą kolumny kapilarnej RTX o długości 105m. Analiza prowadzona była w następujących warunkach: objętość nastrzyku 0,001cm 3, temperatura nastrzyku 230 C, temperatura detektora 240 C, temperatura kolumny 160 C/30min 3 C/min 180 C/17min 5 C/min 210 C/45 min. Nośnikiem gazowym był hel. Do zidentyfikowania kwasów tłuszczowych wykorzystano metodę wzorców. Na kolumnę chromatograficzną wprowadzano roztwór, który zawierał określoną ilość kwasów tłuszczowych i standardu wewnętrznego będącego mieszaniną kwasów tłuszczowych (Supelco), a następnie porównywano czasy pojawienia się pików na uzyskanym chromatogramie. Interpretacja ilościowa polegała na wyznaczeniu współczynników korekcyjnych dla kwasów tłuszczowych na podstawie chromatogramów roztworów standardowych, a następnie obliczeniu procentowej zawartości poszczególnych kwasów w badanych próbkach. Ilość tychże kwasów podano w procentach kwasów tłuszczowych ogółem; b) liczbę opadania metodą Hagberga-Pertena (PN-ISO 3093: 1996). 21

22 METODY BADAŃ Mąkę pszenną i mieszanki pszenno - owsiane bez i z dodatkiem preparatów enzymatycznych oceniono pod względem: wydajności i rozpływalności glutenu mokrego (PN - 77/A ); wskaźnika sedymentacji w roztworze SDS metodą opisaną przez Axforda i wsp. (1979), wodochłonności mąki i właściwości reologicznych ciasta za pomocą farinografu (Brabender OHG Duisburg) według PN-ISO : Oznaczono następujące parametry: * czas rozwoju ciasta, * stałość ciasta, * rozmiękczenie ciasta, * liczbę jakości; właściwości ciasta świeżego i po mrożeniu za pomocą ekstensografu (OHG Duisburg). Oznaczenie przeprowadzono według PN - ISO : 2004 modyfikując sposób przygotowania ciasta przez dodanie do niego drożdży w ilości 5% w stosunku do naważki mąki. Ciasto przeznaczone do mrożenia, po zarobieniu dzielono na 2 kęsy po 150g, które zaokrąglano na zaokrąglarce ekstensografu i pakowano w folię polietylenową. Następnie umieszczano je w zamrażarce Mors 122 w temperaturze -18 C na 1 miesiąc. Kęsy przed oznaczeniem właściwości ciasta mrożonego umieszczano na 12 godzin w chłodziarce w temperaturze około 4 C. Rozmrożone w ten sposób kęsy poddawano zaokrąglaniu i wydłużaniu, a następnie umieszczano w komorze fermentacyjnej ekstensografu. Dalsze etapy oznaczenia przebiegały zgodnie z normą. Z ekstensogramów uzyskanych po 135 minutowej fermentacji cista świeżego i po mrożeniu odczytano następujące parametry: * maksymalny opór na rozciąganie (Rm), * energię, * rozciągliwość (E), * współczynnik ekstensograficzny (Rm/E). 22

23 METODY BADAŃ cech jakościowych chleba pszennego oraz pszenno - owsianego uzyskanego w wypieku laboratoryjnym metodą tradycyjną oraz z zastosowaniem wypieku odroczonego. Wypiek tradycyjny wykonano w sposób opisany przez Karolini-Skaradzińską i wsp. (2001). Ciasto zarabiano w miesiarce (300g) farinografu firmy Brabender. Wodę dodawano w takiej ilości, aby uzyskać konsystencję na poziomie 300 ± 20 BU. Kęsy ciasta umieszczano w foremkach wysmarowanych olejem jadalnym i wstawiano do komory fermentacyjnej (temperatura 30 ± 2 C). Fermentacja wstępna trwała 90 minut i obejmowała dwukrotne przegniatanie ciasta: pierwsze po 60 minutach fermentacji i następne po 90 minutach. Po drugim przegnieceniu ciasto pozostawało w komorze fermentacyjnej do osiągnięcia dojrzałości piecowej (średnio 42 min). Wypiek prowadzono w piecu firmy Brabender przez 30 minut w temperaturze 230 C. Wypiek odroczony z mrożeniem kęsów ciasta przed ich fermentacją przeprowadzono w następujący sposób. Ciasto przeznaczone do mrożenia zarabiano tak samo jak w metodzie tradycyjnej. Zwiększono jednak dodatek drożdży do 5% w stosunku do naważki mąki. Otrzymane ciasto wkładano do aluminiowych form, wysmarowanych olejem jadalnym, które po zawinięciu w folię polietylenową umieszczano w zamrażarce Mors 122 i przechowywano w temperaturze -18 C przez 1 miesiąc. Przed wypiekiem zamrożone kęsy ciasta umieszczano na 12 godzin w chłodziarce w temperaturze około 4 C w celu ich powolnego rozmrożenia. Rozmrożone kęsy przenoszono do komory fermentacyjnej (temperatura 30 ± 2 C) i poddawano 105 minutowej fermentacji, w czasie, której stosowano dwukrotne ręczne przegniatanie ciasta po 75 i po 105 min. Czas fermentacji do pierwszego przegniatania wydłużono o 15 min w stosunku do metody standardowej ze względu na konieczność ogrzania zimnego ciasta (4 C) do temperatury komory fermentacyjnej (30 C). Po drugim przegniataniu ciasto fermentowało do osiągnięcia dojrzałości piecowej (średnio 45 min). Wypiek prowadzono w sposób opisany wyżej. W uzyskanym pieczywie po 1 dobie przechowywania określono: nadpiek chleba (Jakubczyk i Haber 1983), objętość chleba za pomocą aparatu SA - WY (Jakubczyk i Haber 1983), 23

24 METODY BADAŃ porowatość miękiszu według 8-punktowej skali Dallmanna, gdzie 1 punkt przyznaje się miękiszowi o najniższej jakości (pory duże, grubościenne, nierównomiernie rozmieszczone), a 8 punktów miękiszowi chleba o najlepszej jakości (pory drobne, cienkościenne i równomiernie rozmieszczone) (Jakubczyk i Haber 1983). Po 1 oraz po 3 dobach przechowywania chleba określono: parametry tekstury miękiszu chleba (test TPA) za pomocą aparatu typu Instron Test polegał na dwukrotnym ściskaniu próby w kształcie sześcianu o boku 10mm do 50% jej pierwotnej wysokości przy użyciu trzpienia o wymiarach 42x42mm. Prędkość przesuwu trzpienia wynosiła 60mm/min, a siła nacisku 0,20N. Dla każdej próby wykonano 6 powtórzeń. Wynikiem pomiarów były wykresy w układzie siła - przemieszczenie. Na podstawie wykresów określono następujące parametry: * twardość wielkość siły, odpowiadająca wysokości pierwszego piku (po pierwszym ściskaniu) [N], * elastyczność szerokość drugiego piku (po drugim ściskaniu) [mm], * spoistość iloraz pola powierzchni A2/A1 (A1 i A2 pola powierzchni pod pierwszym i drugim pikiem), * gumowatość iloczyn twardości i spoistości [N], * żuwalność iloczyn gumowatości i elastyczności [N x mm]. Dokonano także oceny struktury miękiszu chleba pszennego i pszenno owsianego z 10% udziałem śruty owsianej oraz z dodatkiem preparatu enzymatycznego Gluzyme, wypieczonego metodą tradycyjną i odroczonego wypieku na podstawie zdjęć, które wykonano za pomocą scaningowego mikroskopu elektronowego metodą crio. Próbkę miękiszu chleba o wymiarach 10x10x5mm umieszczono na stoliku i zamrożono w ciekłym azocie. Następnie badany materiał przekazywano do komory preparacyjnej, gdzie przeprowadzono proces sublimacji (t=10min, temp -90 C). Po tym procesie napylono próbę mieszanką złota i platyny (Quorum Technologies PP2000 Cryo- SEM Preparation Systems), a następnie badany materiał umieszczono w komorze mikroskopu skaningowego firmy ZEISS model EVO LS15 w temperaturze -130 C. Dokumentację fotograficzną wykonano w powiększeniu 500 X, 1,00 K X, 2,00 KX oraz 4,00 KX. W pracy zamieszczono wybrane zdjęcia. 24

25 METODY BADAŃ W chlebie pszennym i z 10% udziałem śruty owsianej bez preparatów enzymatycznych Bakezyme lub Gluzyme oraz z ich dodatkiem, wypieczonym metodą tradycyjną i odroczonego wypieku przeprowadzono analizę profilu lotnych związków metodą chromatografii gazowej. Przygotowanie prób chleba do analizy polegało na wykorzystaniu metody mikroekstrakcji do fazy stałej (SPME). Zastosowane w metodzie mikrowłókno Diwinylobenzen/Carpboxen/Polidimetylosiloxan (DVB/CAR/PDMS) pochodziło z firmy Supelco. Próba chleba bezpośrednio po upieczeniu umieszczana była w szklanej kolbie, której wylot zabezpieczono parafilmem. Sorpcja związków na powierzchni mikrowłókna odbywała się w czasie 30 minut. Następnie w dozowniku chromatografu gazowego odbywała się termiczna desorpcja analizowanych związków. Włókno mikrostrzykawki eksponowano w czasie 10 minut w temperaturze 240 C. Rozdział lotnych związków zapachowych znajdujących się na włóknie mikrostrzykawki wykonano metodą chromatografii gazowej. Aparat firmy Agilent Technologies (GC-MS) wyposażony w detektor masowy pracował w warunkach: kolumna 100mm * 250µm*0,25µm, 40 C (5 min) do 240 C (4 C/1min), gaz nośny hel (20cm 3 /s), split 1:4. Identyfikację substancji przeprowadzono w oparciu o analizę porównawczą widm masowych z komercyjną biblioteką widm NIST. 25

26 SPOSÓB OPRACOWANIA WYNIKÓW 6. SPOSÓB OPRACOWANIA WYNIKÓW Uzyskane wyniki opracowano statystycznie przy zastosowaniu dwuczynnikowej i trzyczynnikowej analizy wariancji. Analizę dwuczynnikową wykorzystano do statystycznej oceny zawartości popiołu całkowitego, białka ogółem, skrobi oraz liczby opadania. Źródłem zmienności były: udział śruty owsianej w mieszance (0, 10, 20 30%) i rok badań (2009, 2010). Ocenę wydajności i rozpływalności glutenu mokrego, wskaźnika sedymentacji, wodochłonności mąki, cech farinograficznych i ekstensograficznych ciasta oraz cech jakościowych chleba przeprowadzono wykorzystując analizę trzyczynnikową, w której źródłem zmienności były: udział śruty owsianej w mieszance (0, 10, 20 30%), dodatek preparatu enzymatycznego (kontrola, Bakezyme, Gluzyme) i rok badań (2009, 2010). Cechy tekstury miękiszu chleba oceniano na podstawie analizy wariancji, w której jako czynniki wywołujące zmienność uznano: udział śruty owsianej w mieszance (0, 10, 20, 30%), dodatek preparatu enzymatycznego (kontrola, Bakezyme, Gluzyme) i metodę wypieku chleba (tradycyjna, odroczona). Zróżnicowanie wartości średnich oceniono testem Duncana wyznaczając grupy jednorodne przy P 0,95. Do obliczeń wykorzystano program statystyczny Statgraphics 6.0 Plus. 26

27 OMÓWIENIE WYNIKÓW 7. OMÓWIENIE WYNIKÓW Jakość mąki, podstawowego surowca w produkcji piekarskiej, obok składu recepturowego i parametrów procesu technologicznego, jest najważniejszym elementem, który warunkuje uzyskanie pieczywa o pożądanej jakości. Wartość wypiekową mąki można określać pośrednio na podstawie składu chemicznego i właściwości poszczególnych składników chemicznych. Można też ocenić właściwości wytworzonego z niej kleiku oraz ciasta i na tej podstawie wnioskować o jakości mąki przeznaczonej do wypieku. Niemniej jednak, dopiero wypiek laboratoryjny pozwala ocenić parametry jakościowe pieczywa w sposób bezpośredni Cechy jakościowe mąki pszennej, mieszanek pszenno - owsianych oraz śruty owsianej ocenione na podstawie zawartości wybranych składników chemicznych oraz liczby opadania Wyniki zestawione w tabeli 1 wskazują, że mąka pszenna i śruta owsiana, a także sporządzone z nich mieszanki różniły się zawartością podstawowych składników chemicznych oraz aktywnością α - amylazy, oznaczoną pośrednio za pomocą liczby opadania. Stwierdzono również istotne różnice pomiędzy wartościami uzyskanymi w pierwszym (2009) i drugim (2010) roku badań. Zawartość popiołu całkowitego w mące pszennej wynosiła 0,62% i 0,56% odpowiednio w 2009 i 2010 roku (tab. 1). Śruta owsiana cechowała się znacznie wyższą zawartością tego składnika (2,13% 2009 r. i 1,90% 2010 r.). W związku z tym zastąpienie mąki pszennej przez śrutę owsianą już w ilości 10% powodowało istotny wzrost ilości popiołu całkowitego (0,86% 2009 r. i 0,68% 2010 r.). W mieszankach z większym udziałem śruty owsianej (20 30%) składników popielnych było jeszcze więcej (od 0,82 do 1,14%). Śruta owsiana w pierwszym roku badań zawierała więcej składników popielnych niż w drugim roku. W związku z tym wystąpiły różnice wartości średnich uzyskanych dla próbek z dwóch lat. Jednak dopiero przy 30% udziale śruty były one statystycznie istotne. Zawartość białka ogółem, jednego z najważniejszych składników mąki z technologicznego, a także żywieniowego punktu widzenia była w materiale badawczym istotnie zróżnicowana. Spośród ocenianych próbek najmniejszą ilością tego składnika charakteryzowała się mąka pszenna i mieszanki pszenno - owsiane z 10% udziałem śruty (12,0 12,2%) (tab. 1). W śrucie owsianej (14,5%) było o 2,5% więcej białka ogółem niż 27