Mag.oec. Dace Kļava. Kviešu maizes uzturvērtības paaugstināšana

Transcription

1 Latvijas Lauksaimniecības universitāte Pārtikas tehnoloģijas fakultāte Pārtikas tehnoloģijas katedra Mag.oec. Dace Kļava Kviešu maizes uzturvērtības paaugstināšana Promocijas darba kopsavilkums inženierzinātņu doktora zinātniskā grāda iegūšanai pārtikas zinātnē JELGAVA 2004

2 Pētījumi veikti laika posmā no līdz gadam. Latvijas Lauksaimniecības universitātes Pārtikas tehnoloģijas fakultātē, Latvijas Universitātes Bioloģijas institūtā, A/S Rīgas Dzirnavnieks eksperimentālā ceptuvē un Valensijas Politehniskās universitātes (Spānija) Agronomijas un pārtikas tehnoloģijas institūta izmēģinājumu laboratorijās. Par rezultātiem ziņots doktorantu zinātniskajās un zinātniski- pētnieciskajās konferencēs LLU, Starptautiskajās konferencēs Beļģijā ( ) un Zviedrijā ( ), semināros, ko organizējuši graudu pārstrādes uzņēmumi Latvijā. Darbs izskatīts LLU Pārtikas tehnoloģijas katedras paplašinātajā sēdē ( ). Darba zinātniskā vadītāja: Profesore, Dr.sc.ing. D.Kārkliņa Latvijas Lauksaimniecības universitāte Oficiālie recenzenti: Dr.habil.sc.ing. L.Dukaļska Dr.habil.agr. A.Ruža Dr.biol. A.Daņilēvičs Latvijas Lauksaimniecības universitātes, profesore Latvijas Lauksaimniecības universitātes, profesors Latvijas Universitāte, vadošais pētnieks Promocijas darba aizstāvēšana notiks Latvijas Lauksaimniecības universitātes Pārtikas zinātnes promocijas padomes atklātā sēdē gada 30. jūnijā plkst Jelgavā, Lielā ielā 2, Pārtikas tehnoloģijas fakultātē, 145. auditorijā. Ar disertāciju un darba kopsavilkumu var iepazīties Latvijas Lauksaimniecības universitātes Fundamentālajā bibliotēkā, Lielā iela - 2, Jelgava, LV 3001 Atsauksmes sūtīt Promocijas padomes sekretārei Dr.phys. L.Markevičai LLU, Pārtikas tehnoloģijas fakultāte Lielā iela 2, Jelgava, LV 3001 vai part@cs.llu.lv Promocijas padomes sekretāre Dr.phys. L.Markeviča 2

3 Saturs lpp. Pētījumu priekšmets un problēmas aktualitāte 3 Pētījumu objekts 4 Promocijas darba mērķis un uzdevumi 4 Zinātniskā novitāte 4 Zinātniskā darba aprobācija 5 Aizstāvamās tēzes 6 Pētījumu materiāli un metodes 6 Pētījumu rezultāti 8 Kviešu un auzu un kviešu un griķu miltu maisījumu fizikālo īpašību izmaiņas 8 Ūdens adsorbcijas izmaiņu noteikšana 8 Miltu maisījumu cepamīpašību izvērtējums 9 Mīklas kvalitāti noteicošo faktoru izvērtējums 12 Ogļskābās gāzes veidošanās spēja mīklā 12 Mīklas noturības izmaiņas raudzēšanas procesā 14 Miltu maisījumu cepamīpašību pārbaude 16 Maizes kvalitāti raksturojošie rādītāji 17 Maizes struktūras izmaiņas 18 Maizes sensorais novērtējums 20 Maizes paraugu ar auzu un griķu miltiem uzturvērtības novērtējums 21 Ekonomiskais izvērtējums 25 Secinājumi 27 3

4 Pētījumu priekšmets un problēmas aktualitāte Aizvien vairāk cilvēku pievērš uzmanību veselīgam uzturam. Viens no veselīga uztura pamatprincipiem ir līdzsvars starp patērēto pārtikas daudzumu un ar to uzņemto enerģiju. Maize ir viens no galvenajiem ikdienā lietojamajiem pārtikas produktiem. Maizes uzturvērtību nosaka gan dažāda maluma kviešu, rudzu un arī citu graudu milti, gan produkti, ko maizei pievieno piena produkti, taukvielas, cukurs, olas, klijas, dažādas sēklas. Vērtīgāka ir maize no rupja maluma miltiem, jo tā kalpo par B grupas vitamīnu avotu. Rupja maluma miltos ir arī vairāk minerālvielu, olbaltumvielu, šķiedrvielu. Mūsdienās pieaug tendence uzturā lietot smalka maluma kviešu maizi, kura ir nabadzīga uzturvērtības ziņā, tādejādi nepietiekami uzturā uzņemot šķiedrvielas, minerālvielas un vitamīnus. Kviešu maizes uzturvērtības paaugstināšanas iespējas pētījuši vairāki zinātnieki (Berghofer 2000, Mežiniece 1999, Kopštāle 1998, Henry, Ketlewel 1996), kuru iegūtie rezultāti plaši apspriesti zinātniskajā literatūrā. Šo zinātnieku pētījumu rezultātā kviešu maizes uzturvērtības paaugstināšanai iesaka pievienot kviešu klijas, tvaicētus kviešu pilngraudus, dažādu sēklu maisījumus, burkānu, kāļu un kāpostu spiedpaliekas, kā arī probiotiskās baktērijas. Viena no alternatīvām būtu auzu un griķu miltu pievienošana. Pievienojot auzu vai griķu miltus augstākā labuma kviešu miltiem, varētu paaugstināt maizes uzturvērtību un iegūt produktus, kas labvēlīgi ietekmē cilvēku veselību - imūno, nervu, endokrīno un gremošanas sistēmu. Auzu uzturvērtību, salīdzinot ar citiem graudiem, raksturo šķiedrvielas (šķīstošās, nešķīstošās), īpaši β- glikāni, polinepiesātinātās taukskābes (linolskābe, linolēnskābe, oleīnskābe) un antioksidanti, it īpaši E vitamīns. Kā rāda pētījumi, auzu miltiem nepiemīt izteiktas cepamīpašības, tādēļ pievienoti kviešu miltiem, varētu ietekmēt maizes porainību, elastību, apjomu, garšu un smaržu (Pyler, 1988). Auzu olbaltumvielu frakcijai ir augstas emulsiju veidojošas, taukus saistošas un hidratējošas īpašības (Pyler, 1988), bet nav lipekli veidojošu īpašību (Ma, Harwalkar, 1984). Tomēr auzu milti veicina maizes garozas veidošanos un gāzu saturēšanu mīklā (Ranhotra, Gelroth, 1995). Par auzu miltu pielietošanu miltu izstrādājumu produktos rakstījuši Omahs (1983), Salovari (2003). Kā rāda Omaha (Oomah) pētījumi, aizvietojot kviešu miltus ar auzu miltiem vairāk par 25%, samazinās mīklas iemīcīšanas laiks, mīklas stiprums un apjoms (Oomah, 1983). Pievienojot auzu miltus kviešu miltiem izmainās miltu ķīmiskais sastāvs, tādēļ samazinās arī mīklas tolerance. Pievienotie auzu milti neiespaido izdalītā CO 2 daudzumu (He, Hoseney, 1991) Interesi par griķu funkcionālo vērtību nosaka augstais olbaltumvielu saturs, rezistentās cietes klātbūtne un zemais prolamīnu, rutīna un citu polifenolu īpatsvars. 4

5 Šīs sastāvdaļas nodrošina griķu produktiem ārstniecisku lomu cukura diabēta un celiakijas slimnieku uzturā (Kreft, Škrabanja, Osvald, Bonafacia, 1998). Tā kā griķus lieto tikai dažās pasaules valstīs, nav daudz pētījumu par šo graudu izmantošanu maizes izstrādājumos. Griķu miltu pievienošanu miltu izstrādājumiem pētījuši zinātnieki no Āzijas un Austrumeiropas valstīm (Kreft, Škrabanja, Osvald, Bonafacia, 1998, A Oian, Kuhn, 1999). Taču minētie pētījumi nesniedz konkrētu informāciju par maksimāli iespējamo auzu un griķu miltu pievienošanas iespēju kviešu miltiem, kā arī par maizes sensoro īpašību un uzturvērtības izmaiņām. Mūsu veiktie pētījumi un novērojumi dod pamatu vīzijai, ka kviešu miltiem pievienotie auzu vai griķu milti paaugstina kviešu maizes uzturvērtību. Pētījumi šajā virzienā ir sevišķi aktuāli un nepieciešami maizes ražošanas nozares vispārējas konkurētspējas paaugstināšanai tirgus konkurences apstākļos. Šie tehnoloģiski sarežģītie procesi prasa ļoti nopietnus zinātniskus pētījumus, piedāvājot patērētājam uzturziņā veselīgu kviešu maizi, saglabājot tradicionālās sensorās īpašības. Izvirzītie pieņēmumi un kviešu maizes uzturvērtības paaugstināšanas iespējas teorētiskie aspekti ļauj formulēt promocijas darba hipotēzi: kviešu maizes uzturvērtību iespējams paaugstināt daļu kviešu miltus aizvietojot ar auzu vai griķu miltiem. Pētījumu objekts: Smalka maluma kviešu/auzu un kviešu/griķu miltu maisījumi un no tiem cepta maize. Promocijas darba mērķis un uzdevumi Iepriekš izklāstītā problēma un situācijas analīze noteica promocijas darba pētījumu virzienu. Darba mērķis ir izpētīt kviešu miltu un no tiem gatavotas maizes uzturvērtības paaugstināšanas iespējas, daļu kviešu miltu aizstājot ar auzu vai griķu miltiem, maksimāli saglabājot kviešu maizes kvalitāti. Darba mērķa sasniegšanai tika izvirzīti šādi uzdevumi: izpētīt miltu maisījumu fizikālās īpašības; izvērtēt mīklas kvalitāti noteicošos faktorus un konstatēt likumsakarības; noteikt auzu un griķu miltu optimālās devas jaunajos maizes veidos; analizēt maizes fizikāli ķīmisko īpašību un struktūras izmaiņas; izvērtēt jauno maizes izstrādājumu sensorās īpašības; novērtēt jauno maizes veidu uzturvērtību; izanalizēt jauno maizes veidu ekonomiskos rādītājus. Zinātniskā novitāte Izvērtētas kviešu / auzu un kviešu / griķu, miltu maisījumu cepamīpašības. 5

6 Noteikti optimālie auzu un griķu miltu pievienošanas daudzumi, saglabājot kviešu miltu cepamīpašības. Izstrādāts empīrisks matemātiskais modelis, kuru var izmantot raudzēšanas procesā izdalītā CO 2 noteikšanai mīklā. Izveidotas jaunas receptūras kviešu maizei ar auzu vai griķu miltiem. Izpētītas jauno maizes izstrādājumu fizikāli ķīmiskās, sensorās, uzturvērtības un ekonomiskās izmaiņas. Zinātniskā darba aprobācija Pētījumi veikti laika posmā no gadam. Par rezultātiem ziņots doktorantu zinātniskajās un zinātniski- pētnieciskajās konferencēs LLU, Starptautiskajās konferencēs Beļģijā un Zviedrijā, semināros, ko organizējuši graudu pārstrādes uzņēmumi Latvijā. 1. Skore D. Kviešu maizes kvalitātes izmaiņas pievienojot auzu un griķu miltus // Zinātne lauku attīstībai: Starptautiski zinātniskā konference, Jelgava 2001.g maijs. 2. Kļava D. Maizes tilpuma izmaiņas kviešu miltus aizvietojot ar auzu un griķu miltiem // Jaunākās tendences kvalitatīvas pārtikas ražošanā: Starptautiskā zinātniski praktiskā konference, Jelgava 2002.g.25.aprīlī. 3. Skore D. Changes of dough physical properties substituting wheat flour with buchwheat or oat flour // EPIFO 2000,1 st : European PhD Forum in Food Science. Gent University, Faculty of Agricultural and applied Biological Science, Belgium 2000, of september. rd 4. Skore D. Dough and bread properties in mixtures of wheat and oat flour // 3 European Conference on Functional Properties in OATS: International conference, Uppsala, Sweden, 2001, of may. 5. Skore D. Auzu un griķu miltu ietekme uz kviešu miltu cepamīpašībām // Zinātnes nākotne mūsu rokās: Doktorantu konference, Jelgava, 1999.g maijs. Dotajā laika posmā publicēti 9 zinātniskie raksti latviešu, angļu, vācu valodās, no kuriem 7 atbilst vispāratzītiem recenzējamiem zinātniskiem rakstiem. Kopā autorei ir 11 publikācijas. 1. Skore D. Changes in the quality of wheat bread enriched with out and buckwheat flour / D. Skore, D.Kārkliņa, R.Galoburda // Maisto chemija ir technologija. Vol. 35 (2001), p Kļava D. Changes of dough and bread quality when substituting wheat flour by oat flour / D.Kļava, D.Kārkliņa // Latvijas Lauksaimniecības universitātes Raksti.- Nr. 7 (2002), lpp. 6

7 3. Kļava D. Kviešu maizes ar auzu un griķu miltu piedevu sensorā novērtēšana / D. Kļava, E.Strautniece, D.Kārkliņa // Latvijas Lauksaimniecības universitātes Raksti.- Nr. 10 (2004) lpp. 4. Skore D. Kviešu maizes kvalitātes izmaiņas pievienojot auzu un griķu miltus // Zinātne lauku attīstībai: Starptautiski zinātniskās konforences referāti, Jelgava 2001.g maijs.-Jelgava: LLU, lpp. 5. Skore D. Wirkungen von Buckweizen- und Hafermehlen auf die Teigeigenschaften des Weizenmehles / D.Skore, D.Kunkulberga // Mühlen- und Mischfutter- Jahrbuch Detmold: Verlag Moritz Schäfer GmbH & Co. KG Detmold, p Kļava D. Maizes tilpuma izmaiņas kviešu miltus aizvietojot ar auzu un griķu miltiem / D.Kļava, D.Kārkliņa // Jaunākās tendences kvalitatīvas pārtikas ražošanā: Starptautiski zinātniski praktiskās konferences referāti, Jelgava 2002.g.25.aprīlī.- Jelgava: LLU lpp. 7. Skore D. Auzu un griķu miltu ietekme uz kviešu miltu cepamīpašībām // Zinātnes nākotne mūsu rokās: Doktorantu konferences referāti, Jelgava 1999.g maijs.- Jelgava: LLU lpp. 8. Скоре Д. Изменения своиств пшеничного теста при добавлении овсянной и гречневой муки / Д. Скоре, Д. Карклина // Продовольственный рынок и проблемы здорово питания: Материалы третей Международной научнопрактической конференции, Орел, 2000 г. 1-3 Декабря.- Орел, с Skore D. Product and process development stage market and economical aspects // Food innovation management from idea to success / ed. R. Treillon.- France: Food Atlantic, p Skore D. Changes of Food quality management systems in the public catering / A.Blija, D.Skore, A.Kārklīte // Changes at the other end of the chain: International Conference, may, Wageningen.- Wageningen: Wageningen University, p Skore D. Kviešu miltu cepamīpašību izmaiņas pievienojot griķu miltus / D. Skore, D.Kārkliņa // Jaunais gadsimts un pārtika: Zinātniski praktiskās konferences referāti. Jelgava, 1999.g. 27.aprīlis.-Jelgava:LLU, lpp. Par pētāmo problēmu autores vadībā izstrādāti vairāki studentu bakalauru darbi. Promocijas darba hipotēzi pierāda ar šādām aizstāvamām tēzēm: 1. Kviešu miltiem noteiktā daudzumā pievienojot auzu vai griķu miltus, būtiski neizmainās miltu maisījumu cepamīpašības un no tiem gatavotās mīklas kvalitāte. 2. Kviešu maizei noteiktā daudzumā pievienotie auzu vai griķu milti neietekmē patērētāju patikšanu. 3. Pievienotie auzu vai griķu milti paaugstina kviešu maizes uzturvērtību. 7

8 4. Jaunie maizes izstrādājumi ir konkurētspējīgi ar līdzīgiem produktiem. Pētījumu materiāli un metodes Pētījumu norises vietas: Latvija (laikā no līdz gadam). - Latvijas Lauksaimniecības universitātes Agronomisko analīžu zinātniski pētnieciskā laboratorija (ogļhidrātu, šķiedrvielu analīzes). - Latvijas Lauksaimniecības universitātes (LLU) Pārtikas tehnoloģijas katedras laboratorija (maizes sensorā analīze). - A/s Rīgas Dzirnavnieks eksperimentālā ceptuve (paraugcepiens). - Nacionālā Vides Veselības Centra izmeklējumu laboratorija (taukskābju analīzes). - Latvijas universitātes Bioloģijas institūts (B 1, B 2 vitamīnu, nikotīnskābes un aminoskābju analīzes). Spānija (2000. gadā). - Valensijas Politehniskās universitātes Agronomijas un pārtikas tehnoloģijas institūta izmēģinājumu laboratorijas (miltu un mīklas fizikāli ķīmiskās analīzes; maizes paraugcepiens; maizes masas tilpuma, mitruma, struktūranalīze; olbaltumvielu daudzuma noteikšana maizē). Eksperimentos izmantoti a/s Rīgas Dzirnavnieks ražotie milti: kviešu (lipeklis 28%, pelnvielas 0,55 %, mitrums 13,5%), auzu (pelnvielas 1,55%, mitrums 14,2%) un griķu (pelnvielas 2,54%, mitrums 14,0%). Paraugcepiena gatavošanai lietotas papildizejvielas: presētais maizes raugs (UTN ), cukurs (atbilstoši LR Likumam par cukuru ), sāls (LVUS ) un ūdens (atbilstoši LR Ministru kabineta noteikumiem Nr. 63 Dzeramā ūdens obligātās nekaitīguma prasības ). Miltu cepamīpašību izvērtēšanai tika sagatavoti miltu maisījumu paraugi 1. tabulā norādītajās attiecībās. Miltu maisījumu paraugi Nr. Miltu maisījumu paraugi 1. Kontrole kviešu milti 100% 2. Kviešu milti 95 % Auzu milti 5 % 3. Kviešu milti 90 % Auzu milti 10 % 4. Kviešu milti 85 % Auzu milti 15 % 1. tabula 8

9 5. Kviešu milti 80 % Auzu milti 20 % 6. Kviešu milti 75 % Auzu milti 25 % 7. Kviešu milti 95 % Griķu milti 5 % 8. Kviešu milti 90 % Griķu milti 10 % 9. Kviešu milti 85 % Griķu milti 15 % 10 Kviešu milti 80 % Griķu milti 20 % 11 Kviešu milti 75 % Griķu milti 25 % Miltu maisījumu paraugi analizēti ar farinogrāfu (ūdens adsorbcijas spēja, iemīcīšanas laiks, mīklas stabilitāte iemīcīšanas un pārmīcīšanas laikā), Chopen alveogrāfu (mīklas pretestība pret izstiepšanu un apjoma palielināšanās), ekstensiogrāfu (mīklas stiprums un izturība raudzēšanas laikā), reofermentometru (mīklas apjoms raudzēšanas laikā, kā arī izdalītais CO 2 daudzums), Brabendera maturogrāfu (mīklas tolerance un stabilitāte raudzēšanas laikā), izmantojot standarta metodes. Paraugcepienam tika izmantota kviešu maizes gatavošanas tradicionālā tehnoloģiskā shēma. Maizes paraugus cepa no kviešu miltu un auzu vai griķu miltu maisījumiem. Mīklu mīcīja 8 minūtes spirāles tipa mīcītājā, tālāk mīklu raudzēja raudzēšanas kamerā 32 C temperatūrā (gaisa relatīvais mitrums 80%). Raudzēšanas laikā tika analizētas mīklas tilpuma, skābuma un temperatūras izmaiņas. Maizes paraugus cepa formās, klona tipa krāsnī 26 minūtes 200 C temperatūrā. Gatavajai maizei analizēja tās masu, tilpumu (ar tilpummērītāju), struktūru (ar teksturometru TA XT2). 29 speciāli apmācīti eksperti sensori novērtēja maizes krāsu, aromātu, smaržu-garšu, struktūru, porainību, kā arī izteica savu emocionālo attieksmi ar patīk vai nepatīk. Datu apstrāde veikta pēc matemātiskās statistikas metodēm, iegūtajiem rezultātiem aprēķināti vidējie aritmētiskie lielumi, standartnovirze, kā arī izmantota regresijas analīze, lietojot Microsoft Excel for Windows 7.0 programmas paketi. Rezultāti pārbaudīti, izmantojot Šovenī kritēriju. Konstatēts, ka rezultāti ir precīzi un iekļaujas kļūdu robežās. Sensorā vērtējuma rezultātus izvērtē ar statistiskajām metodēm: vienfaktoru dispersijas analīzi un Tjūkija testu. Pētījumu rezultāti Kviešu un auzu, kviešu un griķu miltu maisījumu fizikālo īpašību izmaiņas Miltu kvalitāti un piemērotību maizes ražošanā raksturo miltu cepamīpašības. Par tām var spriest, vērtējot miltu ūdens adsorbcijas spēju, lipekli veidojošo olbaltumvielu daudzumu un kvalitāti, t. i., nosakot mīklas iemīcīšanas laiku, stabilitāti un elastību. 9

10 Ūdens adsorbcijas izmaiņas Ūdens adsorbcijas dinamika miltu maisījumos atkarībā no pievienoto auzu vai griķu miltu īpatsvara atspoguļota 1. attēlā. Rezultāti parāda, ka, pievienojot auzu vai griķu miltus, maisījuma ūdens saistīšanas spēja palielinās. Paraugos ar auzu miltu piedevu ūdens adsorbcijas spēja palielinās lineārā sakarībā atbilstoši pievienotajam auzu miltu apjomam. Paraugā ar 25% auzu miltu piedevu ūdens adsorbcija palielinājās par 6%, salīdzinot ar kontroles paraugu. Turpretim paraugā ar 25% griķu miltu piedevu adsorbcijas spēja palielinājās par 17%, salīdzinot ar tīru kviešu miltu ūdens saistīšanas spēju. Miltu maisījumu paraugos ar auzu vai griķu miltiem palielinās šķiedrvielas, celuloze un gļotvielas, kas uzbriestot vairāk piesaista ūdeni, salīdzinot ar kviešu miltiem. Ūdens adsorbcijas spēja, % y = 0,2x + 58,433 R 2 = 0,9392 y = 0,6714x + 57,824 R 2 = 0, Auzu vai griķu miltu piedevas, % Paraugi ar auzu miltiem Paraugi ar griķu miltiem 1. att. Ūdens adsorbcijas spēja maisījumā, kurā daļa kviešu miltu aizvietoti ar auzu vai griķu miltiem. Miltu maisījumu cepamīpašību izvērtējums Miltu cepamīpašības raksturo paraugu iemīcīšanas laiks, elastība un pārjaukšanas noturība. Dati, kuri iegūti no farinogrammām, apkopoti 2. tabulā. 2. tabula 10

11 Kontroles un eksperimentālo miltu paraugu cepamīpašību raksturojums Paraugi Mīklas iemīcīšanas laiks, min Mīklas stabilitāte, min Mīklas tolerances indekss, BU* Mīklas izplūstamības pakāpe, BU Kontroles Kviešu m. + auzu m. 5% tabulas turpinājums Paraugi Mīklas iemīcīšanas laiks, min Mīklas stabilitāte, min Mīklas tolerances indekss, BU* Mīklas izplūstamības pakāpe, BU Kviešu m. + auzu m. 10% Kviešu m. + auzu m. 15% Kviešu m. + auzu m. 20% Kviešu m. + auzu m. 25% Kviešu m. + griķu m. 5% Kviešu m. + griķu m. 10% Kviešu m. + griķu m. 15% Kviešu m. + griķu m. 20% Kviešu m. + griķu m. 25% * BU - Brabendera vienība Pievienojot auzu vai griķu miltus, iemīcīšanas laiks palielinās, jo, pieaugot šķiedrvielu un minerālvielu daudzumam, nepieciešams piesaistīt vairāk ūdens. Pievienojot auzu vai griķu miltus, iemīcīšanas laiku iespējams palielināt līdz pat septiņām minūtēm, neizmainot mīklas kvalitāti. Iegūtie dati liecina, ka kviešu miltiem pievienojot 25% auzu miltu, mīklas stabilitāte samazinās vidēji par divām minūtēm, bet pievienojot 25% griķu miltu, - vidēji par četrām minūtēm. Tas jāņem vērā mīklas raudzēšanas procesā. Kviešu miltiem pievienojot 10-20% auzu miltu, mīklas tolerance samazinās par 10 BU. Tas norāda, ka uzrūgusi mīkla ir nestabilāka un tā ātrāk var pārrūgt, salīdzinot ar kontroles paraugu. Pievienojot 25% griķu miltu, mīklas tolerance 11

12 palielinās par 20 BU. Pozitīvais palielinājums liecina, ka mīkla raudzēšanas procesā veido stabilu, noturīgu struktūru. Analizējot mīklas izplūstamības rādītājus kviešu/auzu miltu maisījumos, tā palielinās līdz 80 BU. Salīdzinot ar literatūrā esošajiem datiem, šie rezultāti atbilst stipru miltu kvalitātes rādītājiem. Aizvietojot daļu kviešu miltus ar griķu miltiem, mīklas izplūstamība palielinās līdz 110BU, kas atbilst vidēji stipru miltu kvalitātei. Ar terminu stipri milti saprotam miltu spēju mīcīšanas laikā veidot normālas konsistences mīklu, piesaistot pietiekami daudz ūdens. Mīkla, kas gatavota no stipriem miltiem, saglabā struktūrmehāniskās īpašības mīklas mīcīšanas un raudzēšanas procesā. Miltu stiprumu nosaka to ķīmiskais sastāvs cietes un olbaltumvielu saturs, it īpaši ūdenī nešķīstošo olbaltumvielu gliadīna un glutenīna attiecības, pentozānu un gļotvielu daudzums, kā arī proteolītisko un amilolītisko fermentu aktivitāte. Mīkla no stipriem miltiem labi pakļaujas mīcīšanas un veidošanas procesiem, tā ir elastīga, labi saglabā formu raudzēšanas procesā. Analizējot izveidoto miltu maisījumu fizikālās īpašības un ūdens adsorbcijas spēju, konstatēts, ka kviešu miltiem pievienojot līdz 20% auzu miltu un 15% griķu miltu, būtiski neizmainās miltu cepamīpašības, salīdzinot ar kontroli. Pētnieciskajā darbā izveidoto miltu maisījumu stiprumu izvērtēja ar alveogrāfu, nosakot mīklas noturību pret deformāciju un mīklas deformācijas enerģiju. Miltu maisījumu stipruma izmaiņas attēlotas 2. un 3. attēlā y = 2,9406x + 54,044 R 2 = 0,8882 y = -5,896x + 226,9 R 2 = 0, Auzu miltu daudzums, % Mīklas noturība pret Mīklas deformāciju, mm noturība pret deformāciju,m Mīklas m deformācijas enerģija, J 10-4 Mīklas deformācijas enerģija, J* att. Kviešu un auzu miltu maisījuma stipruma izmaiņas. Analizējot iegūtos datus, redzams, ka, pievienojot 5-25% auzu miltu, palielinās mīklas izturība pret deformāciju no 66,84mm līdz 133,40mm, bet samazinās mīklas 12

13 deformācijas enerģija no 146,0 J 10-4 līdz 103,0 J Tas liecina par mīklas tolerances pazemināšanos. Līdzīga tendence novērojama arī pētījumos, kuros 5-25% kviešu miltu tika aizvietoti ar griķu miltiem. Mīklas izturība pret deformāciju palielinās no 72,96mm līdz 199,70 mm, bet samazinās mīklas deformācijas enerģija no 195,1 J 10-4 līdz 156,4 J y = 6,0904x + 53,98 R 2 = 0,9372 y = -4,184x + 255,7 R 2 = 0, Mīklas Mîklasnoturība pret noturîba deformāciju, mm pret deformâcij u, mm Mîklas Mīklas deformâcij deformācijas enerìija, enerģija, J*10-4J 10-4 Griķu miltu daudzums, % 3. att. Kviešu un griķu miltu maisījumu kvalitātes izmaiņas. Apkopojot eksperimentālo miltu maisījumu un mīklas cepamīpašību pētījumu rezultātus, konstatēts, ka maksimāli pieļaujamais kviešu miltu aizvietojamais daudzums ir līdz 20% ar auzu miltiem un līdz 15% ar griķu miltiem. Paraugos ar 20% auzu miltu mīklas iemīcīšanas laiks palielinās par septiņām minūtēm, bet mīklas stabilitāte samazinās par divām minūtēm un mīklas tolerance - par 10 BU. Kviešu miltus aizvietojot ar 15% griķu miltu, par septiņām minūtēm palielinās mīklas iemīcīšanas laiks, par 20 BU - mīklas tolerance, bet par četrām minūtēm samazinās mīklas stabilitāte. Salīdzinot ar kontroli, iegūtās izmaiņas būtiski neietekmē miltu maisījumu cepamīpašības. Tas garantē kvalitatīvas maizes iegūšanu. Mīklas kvalitāti noteicošo faktoru izvērtējums Ogļskābās gāzes veidošanās spēja mīklā Eksperimentāli noteica ogļskābās gāzes veidošanās spēju mīklas paraugos ar auzu vai griķu miltiem. Iegūtie rezultāti atspoguļoti 4. attēlā. Mīklas apjomu nosaka rūgšanas laikā apkārtējā vidē izdalītais un mīklā aizturētais CO 2 daudzums. Visos eksperimentālajos paraugos kopējais, aizturētais un izdalītais CO 2 daudzums, salīdzinot ar kontroles paraugu, samazinās. Palielinot pievienoto auzu miltu daudzumu no 20% līdz 25%, strauji sarūk izdalītais CO 2 daudzums un mīklas tilpums samazinās vidēji par 260 ml. Paraugos ar 10-15% auzu 13

14 Izdalītais CO2 daudzums mīklā, ml miltu mīklas tilpums sarūk vidēji par 130 ml, ar griķu miltiem vērojamas līdzīgas mīklas tilpuma izmaiņas. Pievienojot 20-25% griķu miltu, mīklas tilpums samazinās vidēji par 200 ml. Savukārt mīklai ar 10-15% griķu miltu piedevu tilpums sarūk vidēji par 50 ml. ml Kopējais Kopçjais izdalītais CO 2 izdalîtais daudzums, ml CO2 daudzums, Mīklā ml aizturētais Mîklâ CO 2 aizturçtais daudzums, ml CO2 daudzums, ml Izdalîtais Izdalītais CO 2 CO2 daudzums, ml Paraugi tt. CO 2 tilpuma izmaiņas eksperimentālajos mīklas paraugos Mīkla ar auzu miltiem Laiks, min Mīkla ar griķu miltiem 4.a 14

15 1-kontrole, 2- Kviešu m. + auzu m. 5%, 3- Kviešu m. + auzu m. 10%, 4- Kviešu m. + auzu m. 15%, 5- Kviešu m. + auzu m. 20%, 6- Kviešu m. + auzu m. 25%, 7- Kviešu m. + griķu m. 5%, 8- Kviešu m. + griķu m. 10%, 9- Kviešu m. + griķu m. 15%, 10- Kviešu m. + griķu m. 20%, 11- Kviešu m. + griķu m. 25% Izmantojot eksperimentālos datus, izstrādāts empīriskais matemātiskais modelis, kurš pierāda, ka izdalītais CO 2 daudzums nav atkarīgs no pievienoto miltu daudzuma, bet gan no to veida. Izmantojot iegūtās izteiksmes (1) un (2), var aprēķināt raudzēšanas laikā mīklā izdalīto CO 2. Mīklai ar auzu miltiem: 0,064*t e m = 63,69[t + 0,064 1 ] 0,064 (1) Mīklai ar griķu miltiem 0,029*t e m = 71,44[t + 0,029 1 ] 0,029 (2) Izmantojot izstrādāto matemātisko modeli, iegūst līknes (5. attēls), kuras parāda raudzēšanas laikā izdalīto CO 2 daudzumu. 5. att. Raudzēšanas laikā izdalītais CO 2 daudzums mīklā ar auzu miltu piedevu. Izstrādātais modelis būs nozīmīgs mīklas raudzēšanas procesā, lai noskaidrotu mīklas apjoma palielināšanos, mīklas toleranci un stabilitāti. Mīklas noturības izmaiņas raudzēšanas procesā Kviešu miltiem pievienojot auzu vai griķu miltus, mīklas noturība raudzēšanas laikā samazinās. Jo stiprāki un noturīgāki milti, jo lielāka mīklas pretestība un tās izstiepšanas laukums (Pyler, 1988). Iegūtie dati redzami 6. attēlā. Eksperimentu rezultāti liecina, ka mīklas pretestība pret izstiepšanu raudzēšanas laikā strauji samazinās par BU, kviešu miltiem pievienojot 10-15

16 25% auzu miltu. Tas skaidrojams ne tikai ar lipekļa satura samazināšanos, bet arī ar lipīdu īpatsvara pieaugumu, kas būtiski ietekmē mīklas struktūru. Rodas neelastīga, grūtāk veidojama mīkla. Pievienojot 5-25% griķu miltu mīklas pretestība samazinās vidēji par 50 BU. Tas liecina par nelielām mīklas kvalitātes izmaiņām. Mîklas pretestîba, BU 400 Mīklas 350 pretestība pēc 45 min Mīklas pretestība pēc 90 min Mīklas pretestība pēc 135 min. Paraugi 6.att. Mīklas pretestības izmaiņas raudzēšanas laikā. 1-kontrole, 2- Kviešu m. + auzu m. 5%, 3- Kviešu m. + auzu m. 10%, 4- Kviešu m. + auzu m. 15%, 5- Kviešu m. + auzu m. 20%, 6- Kviešu m. + auzu m. 25%, 7- Kviešu m. + griķu m. 5%, 8- Kviešu m. + griķu m. 10%, 9- Kviešu m. + griķu m. 15%, 10- Kviešu m. + griķu m. 20%, 11- Kviešu m. + griķu m. 25% Iegūtie dati parāda, ka pēc 90 minūtēm kviešu mīkla ar auzu vai griķu miltiem ir visizturīgākā pret mehānisko iedarbību. Šajā laikā rūgšanas process norit strauji un olbaltumvielas ir maksimāli saistījušas ūdeni, un mīklā veidojas stabila, noturīga struktūra. Turpinot raudzēšanu, lipekļa saites paliek vājākas, tās nespēj tik labi saturēt mīklas struktūru un mīklas pretestība pret mehānisko iedarbību kļūst vājāka un nestabilāka. Ar maturogrāfu noteikca mīklas stabilitāti un tolerances ilgumu raudzēšanas laikā. Eksperimentos iegūtie dati apkopoti 7. un 8. attēlā. 16

17 Mīklas stabilitāte, min Pievienoto miltu daudzums,% y = -0,0914x + 4,6429 R 2 = 0,9143 y = -0,1086x + 4,6905 R 2 = 0,8841 Paraugi ar auzu miltiem Paraugi ar griķu miltiem 7.att. Mīklas stabilitātes izmaiņas. Pievienojot vairāk nekā 10% griķu miltu, mīklas stabilitāte strauji samazinās - vidēji par 2,5 minūtēm, bet, pievienojot 20% auzu miltus, - vidēji par 2 minūtēm. Mīklas tolerance, BU y = -1,8857x + 211,9 R 2 = 0,8047 y = -0,7143x + 221,43 R 2 = 0, Pievienotais miltu dudzums, % 8. att. Mīklas tolerances izmaiņas eksperimentālajos paraugos. Paraugi ar auzu miltiem Paraugi ar griķu miltiem Izvērtējot iegūtos datus par mīklas fizikālo īpašību izmaiņām eksperimentālajos paraugos, konstatēts, ka kviešu miltiem pievienojot līdz 10% auzu vai griķu miltus kviešu miltu cepamīpašības būtiski neizmainās. Kviešu miltiem maksimāli iespējams pievienot 20% auzu miltu vai 15% griķu miltu, būtiski neizmainot mīklas fizikālās īpašības. Miltu maisījumu cepamīpašību pārbaude Turpmākie pētījumi tika veikti ar paraugcepieniem. Kviešu miltiem pievienotais auzu vai griķu miltu daudzums un pārējās izejvielas izvēlētas atbilstoši 17

18 iepriekšējiem pētījumiem un saskaņā ar ražošanā izmantotām receptūrām (3.2. tabula). Pievienojamais ūdens daudzums tika aprēķināts, izmantojot farinogrammās iegūtos datus par miltu maisījumu ūdens adsorbcijas spēju. 3. tabula N. p. k. Paraugi Kviešu milti, g Receptūras Auzu milti, g Griķu milti, g Izejvielas Raugs, g Cukurs, g Sāls, g Ūdens, g 1. Kontroles Kviešu m. + auzu m. 10% Kviešu m. + auzu m. 20% Kviešu m. + griķu m. 10% Kviešu m. + griķu m. 15% Izvērtējot miltu maisījumu cepamīpašības, tika analizēti mīklas fizikāli ķīmiskie rādītāji, kuri raksturo mīklas rūgšanas procesu. Tika noteikts mīklas skābums, mitrums, temperatūra, tilpuma izmaiņas. Pievienotie auzu vai griķu milti izmaina mīklas skābumu rūgšanas laikā, tomēr tas nepārsniedz pieļaujamās normas. Kontroles paraugam mīklas temperatūra raudzēšanas laikā palielinās par 10 ±1 C, bet paraugos ar griķu vai auzu miltiem tikai par 6 ±1 C. To varētu izskaidrot ar zemāku rauga darbības aktivitāti raudzēšanas procesa beigu posmā mīklā ar auzu vai griķu miltiem. Pētījumos konstatēts, ka kviešu miltiem pievienojot 10% auzu miltu, mīklas tilpums raudzēšanas procesā samazinās par 0,6 tilpumvienībām, bet, mīkla ar 20% auzu miltu piedevu sarūk par 0,4 tilpumvienībām, salīdzinot ar kontroles paraugu. Eksperimentālajos paraugos pievienotie 10% griķu milti samazināja mīklas tilpumu par 0,4 tilpumvienībām, bet 15% griķu milti - par 0,6 tilpumvienībām, salīdzinot ar kontroles paraugu. Maizes kvalitāti raksturojošie rādītāji Paraugcepiena rezultāti rāda, ka izmainās maizes ārējais izskats un fizikāli ķīmiskās īpašības (9. attēls) 18

19 A B 9. att. Maizes kontrolcepienu paraugi ar auzu un griķu miltu piedevu. A 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu. B 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 3 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Kviešu miltiem pievienojot 10% auzu miltu, maizes tilpums, salīdzinot ar kontroles paraugu, samazinās par 22%, bet maizei ar 20% auzu miltiem sarūk par 12%. Maizei ar 10% griķu miltu piedevu tilpums samazinās par 19%, bet maizei ar 15% griķu miltu piedevu - par 26%, salīdzinot ar kontroles paraugu. Maizes struktūras izmaiņas Turpmākie pētījumi ir saistīti ar eksperimentālo maizes paraugu struktūras izmaiņu analīzi un izvērtēšanu. Kviešu miltiem pievienojot auzu miltus, rodas smalkas, nevienmērīgas, blīvas poras, kā rezultātā veidojas blīvs maizes mīkstums (10. attēls) un samazinās maizes mīkstuma izturība pret spiedienu. Iegūtie rezultāti parādīja, ka, pievienojot 10-20% auzu miltu, mīkstuma blīvums palielinās, jo uz maizi izdarītais spiediens samazinās no 96,12 līdz 156,11 N m -2, salīdzinot ar kontroli (11. attēls). A

20 B att. Maizes paraugu porainība A 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltiem, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltiem. B 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% griķu miltiem, 3 kviešu maize ar 15% griķu miltiem. Kā redzams 10. attēlā, maizei ar griķu miltiem poras ir nevienmērīgas, lielākas un ar biezām sienām. Tas nodrošina maizes mīkstumam lielāku izturību, stingrumu. Pievienojot 10% griķu miltu, mīkstuma blīvums samazinās, jo spiediens palielinās par 114,96 N m -2, bet maizei ar 15% griķu miltu piedevu spiediens palielinās par 67,52 N m -2, salīdzinot ar kontroles paraugu (11.attēls). Spiediens, N m Paraugi 11.att. Maizes mīkstuma blīvuma izmaiņas. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltiem, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltiem, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltiem, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltiem. Maizes struktūrīpašības raksturo arī mīkstuma elastība, ko nosaka raudzēšanas procesā izveidojušās poras. Tā kā paraugos ar griķu miltiem veidojas lielas poras ar biezām sieniņām, tās labāk aiztur rūgšanas procesā izdalītās gāzes, līdz 20

21 ar to maizes mīkstums ir elastīgāks, salīdzinot ar kontroles paraugu. Iegūtie rezultāti (12. attēlā) parāda, ka kviešu miltiem pievienojot 10% un 15% griķu miltu, maizes struktūras elastība palielinās attiecīgi par 7% un 9%. Paraugiem ar 10% un 20% auzu miltu piedevu, elastība samazinās attiecīgi par 2% un 14%, salīdzinot ar kontroles paraugu. Maizes mīkstuma elastība, % 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Paraugi 12. att. Maizes mīkstuma elastība. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltiem, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltiem, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltiem, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltiem. Apkopojot struktūrīpašību pētījumus, var secināt, ka eksperimentālajiem paraugiem ar 20% auzu miltu piedevu samazinās maizes mīkstuma blīvums, elastība, un maize kļūst lipīgāka. Kviešu miltiem pievienojot 15% griķu miltu palielinās mīkstuma blīvums, porainība, elastība, samazinās lipīgums. Maizes sensorais novērtējums Izvēloties maizes izstrādājumus, patērētājam ir svarīgas produkta sensorās īpašības, kas tiek uztvertas ar redzi, ožu un garšu. Eksperimentālajiem maizes paraugiem ar 10%, 20% auzu un 10%, 15% griķu miltu piedevu tika veikts sensorais vērtējums, izmantojot hēdonisko skalu - no patīk līdz ļoti nepatīk (0 10). Paraugu krāsu, aromātu, garšu+smaržu, struktūru un porainību izvērtēja ar kvantitatīvi aprakstošo analīžu metodi. Lietojot hēdonisko skalu, tika iegūta informācija, kā jaunie maizes veidi patikuši ekspertiem (13. attēls). Iegūtie rezultāti parāda, ka novērtējums ir robežās no 5,8 ± 0,3 (ne patīk, ne nepatīk) līdz 6,6 ± 0,3 (vidēji patīk). Augstāko novērtējumu saņēma paraugs ar 15% griķu miltu piedevu. Iegūto rezultātu dispersijas analīze (α=0,05) parādīja, ka F= 1,45 21

22 un nepārsniedz F krit. = 2,43, tāpēc patikšanas ziņā nepastāv būtiskas atšķirības starp maizes paraugiem. Hēdoniskās skalas vērtības Paraugi 13. att. Maizes paraugu hēdoniskā novērtējuma rezultāti. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Maizes paraugu sensoro īpašību analīzes rezultāti redzami 14.attēlā. Iegūtie rezultāti parāda, ka jaunie maizes izstrādājumi no kontroles parauga atšķiras ar krāsas intensitāti. Par to liecina arī maizes krāsas intensitātes dispersijas analīze, kuras rezultāti rāda, ka F= 2,58 ir lielāks par F krit. = 2,54. Tādēļ var teikt, ka starp pieciem maizes paraugiem krāsas intensitātes ziņā ir būtiskas atšķirības. Izmantojot Tjūkija testu, tika noskaidrots, ka no kontroles parauga visbūtiskāk atšķiras maize ar 10% griķu miltu piedevu (LSD = 39,4) un ar 15% griķu miltu piedevu (LSD= 53,3). 22

23 Porainîba Krâsa 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Aromâts Struktûra Garða+smarþa att. Maizes paraugu sensoro īpašību lielumu staru diagramma. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Aromāta, garša+smaržas, struktūras un porainības izmaiņas patērētāju patiku pret jaunajiem izstrādājumiem nav būtiski ietekmējusi. Maizes paraugu ar auzu un griķu miltiem uzturvērtības novērtējums Viens no uzdevumiem, kviešu miltiem pievienojot auzu vai griķu miltus, bija izveidot jaunas kviešu maizes veidus ar paaugstinātu uzturvērtību, lai organisms saņemtu vairāk šķiedrvielu, nepiesātināto taukskābju un citu vērtīgu uzturvielu. Pētījumi liecina (15. attēls), ka kviešu miltiem pievienojot auzu miltus, olbaltumvielu daudzums maizē palielinās par 0,3-0,4%. Izstrādājumos ar griķu miltiem to īpatsvars samazinās vidēji par 0,3%, kas saistītas ar ūdenī šķīstošo olbaltumvielu īpatsvaru. 23

24 Olbaltumvielu daudzums, % 13,8 13,6 13,4 13, ,8 12,6 12, Paraugi 15. att. Olbaltumvielu saturs maizes paraugos. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Eksperimentos noskaidrots (16.attēls), ka paraugos ar 10% un 20% auzu miltu palielinās atsevišķu aminoskābju daudzums: treonīna vidēji par 0,4 g, valīna par 0,3 g, metionīna par 0,2 g, leicīna par 0,4 g, histidīna - par 0,1 g, lizīna - par 0,1 g, tādējādi paaugstinot maizes uzturvērtību. Maizes paraugos ar 10% un 15% griķu miltu piedevu būtiskas izmaiņas neaizstājamo aminoskābju sastāva ziņā nav. g 100g -1 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Leicīns Fenilalanīns Treonīns Valīns Kontroles paraugs Kviešu m. + auzu m. 10% Kviešu m. + auzu m. 20% Kviešu m. + griķu m. 10% Kviešu m. + griķu m. 15% 16. att. Neaizvietojamo aminoskābju daudzums maizes izstrādājumos. Izoleicīns Histidīns Lizīns Arginīns Metionīns 24

25 Līdz ar to varam konstatēt, ka, kviešu miltiem pievienojot 10% - 20% auzu miltu, maizes paraugos pieaug neaizvietojamo aminoskābju īpatsvars, kas palielina maizes uzturvērtību. Savukārt griķu miltu piedeva aminoskābju sastāvu kvantitatīvi būtiski neizmaina. Nosakot šķiedrvielu daudzumu, jaunajos maizes paraugos, tika iegūti rezultāti (17. attēls), kas apstiprina pieņēmumu, ka auzu un griķu milti palielina šķiedrvielu daudzumu maizē, paaugstinot tās uzturvērtību, salīdzinot ar kviešu maizi. 2,50 Šķiedrvielu daudzums, % 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Paraugi 17. att. Šķiedrvielu daudzums eksperimentālajos maizes paraugos. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. 10% un 20% auzu miltu piedeva šķiedrvielu daudzumu palielina attiecīgi par 0,09% un 0,16%, salīdzinot ar kontroles paraugu. Paraugos, kuriem pievienots 10% un 15% griķu miltu, šķiedrvielu īpatsvars palielinās par 1,2 1,46%. Taukskābju analīžu rezultāti parādīja, ka, kviešu miltiem pievienojot auzu vai griķu miltus, izmainās neaizstājamo taukskābju daudzums. Pētījumā iegūtie rezultāti (19. attēls) parāda, ka paraugos ar 10% auzu miltu linolskābes īpatsvars ir 10,65% no taukskābju kopējā daudzuma, bet izstrādājumos ar 20% auzu miltu piedevu - 10,80%. Salīdzinājumam: kontroles paraugā linolskābes īpatsvars ir 8,33% no taukskābju kopējā daudzuma. Linolēnskābes daudzums izstrādājumos ar 20% auzu miltu piedevu palielinās par 0,1%. 25

26 % Linolēnskābe, % Stearīnskābe, % Linolskābe, % Palmitīnskābe,% Oleīnskābe,% Kontroles paraugs Kviešu m. + auzu m. 10% Kviešu m. +auzu.m. 20% Kviešu m. + griķu m. 10% Kviešu m. + griķu m. 15% 19. att. Taukskābju daudzums maizes paraugos. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Eksperimentālajos paraugos ar griķu miltiem linolskābes un linolēnskābes satura izmaiņas bija lielākas. Paraugos ar 10% griķu miltu, linolskābes īpatsvars ir 28,79%, bet izstrādājumos ar 15% griķu miltu linolskābes saturs ir 32,39%. Linolēnskābes saturs paraugos palielinājās attiecīgi par 1,3% un 1,5%. Eksperimentālajos maizes paraugos tika noteikts B 1 (tiamīns), B 2 (riboflavīns) vitamīnu un nikotīnskābes (niacīns) daudzums (20. attēls). 26

27 B vitamīna -1 mg kg B1 Nikotīnskābe B2 20. att. B grupas vitamīnu saturs maizes paraugos. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Paraugā ar 10% auzu miltu piedevu B 1 vitamīna saturs palielinās par 2,22 mg -1-1 kg, bet paraugā ar 20% auzu miltu - par 2,66 mg kg. Līdzīgas izmaiņas ir arī paraugos ar griķu miltiem. Kviešu miltiem pievienojot 10% griķu miltu, B 1 vitamīna daudzums pieaug par 2,21 mg kg -1, bet paraugā ar 15% griķu miltu piedevu - par 2,52 mg kg -1. BB2 vitamīna daudzums jaunajos maizes veidos samazinās, salīdzinot gan ar miltu paraugiem, gan ar kontroles paraugu. Mīklas rūgšanas procesā maizes raugs B 2 vitamīnu izmanto kā barības vielu, un cepšanas laikā paaugstinātā temperatūrā tā saturs pazeminās. Maizei ar 10% un 20% auzu miltu piedevu BB5 vitamīna daudzums sarūk par -1 5,57-6,5mg kg. Kviešu miltiem pievienojot 15% griķu miltu, B 5 daudzums maizes izstrādājumos palielinās par 0,71 mg kg -1. Ekonomiskais izvērtējums Jaunu produktu izstrādei un pilnveidošanai ir ne tikai zinātniska nozīme, tā veicina arī uzņēmējdarbības veiksmīgu norisi. Mūsdienu tirgus konkurences apstākļos, izstrādājot jaunus produktu veidus, liela uzmanība tiek pievērsta ne tikai maizes sensorajām īpašībām un uzturvērtībai, bet arī ekonomiskajiem rādītājiem. Pētījuma gaitā tika izstrādātis un ieteikti jaunas maizes veidi: kviešu maize ar auzu miltiem un kviešu maize ar griķu miltiem. 27

28 Jauno maizes izstrādājumu aptuvenās cenas var prognozēt, aprēķinot izejvielu un pārējo izmaksu vidējās vērtības maizes ražošanas uzņēmumos. Pēc iegūtajiem aprēķiniem redzams (21.attēls), ka pievienotie auzu vai griķu milti sadārdzina produkcijas izmaksas, paraugiem ar 10% auzu miltu un 10% un 15% griķu miltu tikai par Ls 0,01 kg, bet maizei ar 20% auzu miltu par Ls 0,02 kg. Ls kg -1 0,155 0,15 0,145 0,14 0,135 0,13 0,125 0, Paraugi 21. att. Maizes izstrādājumu izejvielu izmaksas. 1 - kontroles paraugs, 2 kviešu maize ar 10% auzu miltu, 3 kviešu maize ar 20% auzu miltu, 4 kviešu maize ar 10% griķu miltu, 5 kviešu maize ar 15% griķu miltu. Maizes ražošanas uzņēmumos līdzīgu izstrādājumu kopējās izmaksas veidojas sekojoši: 60% izejvielu izmaksas, 30% pārējās izmaksas un 10% peļņa. Veicot aprēķinus, iegūstam provizorisko ražotāju cenu maizes izstrādājumiem (4. tabula). Ražotāju cena jaunajiem maizes izstrādājumiem N.p.k. Paraugi Ražotāju cena, Ls kg Kviešu maize Kviešu maize + 10% auzu 0.30 miltu 3. Kviešu maize + 20% auzu 0.31 miltu 4. Kviešu maize + 10% griķu 0.30 miltu 5. Kviešu maize + 15% griķu miltu tabula 28

29 Izvērtējot aprēķinātās ražotāju cenas, redzams, ka vienīgi kviešu maizei ar 20% auzu miltiem cena palielinās par Ls 0,03 kg. Maizes izstrādājumiem tirdzniecības uzcenojums vidēji ir no 20-40%. Aprēķiniem izmantojām vidējo vērtību 30%. Pieskaitot pievienotās vērtības nodokli 18%, iegūst jauno maizes izstrādājumu cenu par kilogramu. Cena Ls kg -1 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Kliju maize "Veselība" "Pļavas" "Vizbulīte" Kviešu maize ar 10%auzu miltu Kviešu maize ar 20%auzu miltu Kviešu maize ar 10% griķu miltu Kviešu maize ar 15% griķu miltu att. Konkurējošo maizes veidu cenas, salīdzinot ar aprēķinātajām cenām. 22. Iegūtie rezultāti (22.attēls) ļauj konstatēt, ka jaunie maizes izstrādājumi ar auzu vai griķu miltiem spēj konkurēt piesātinātajā maizes tirgū ne tikai kā veselīgs produkts ar paaugstinātu uzturvērtību, bet arī ar cenu. Secinājumi 1. Eksperimentāli noteikts, ka optimālais kviešu miltiem pievienojamais auzu miltu daudzums ir 20%, griķu miltu - 15%. 2. Kviešu miltiem pievienotie auzu vai griķu milti paaugstina maizes uzturvērtību, palielinot šķiedrvielu daudzumu (attiecīgi par 0,16% un 1,2%), linolēnskābes (par 0,9% un 1,5%) linolskābes saturu (attiecīgi par 2,5% un 20%) un B1 vitamīnu (attiecīgi par 2,66 mg kg-1 un 2,52 mg kg-1) kā arī paraugos ar auzu miltiem metionīna (par 0,2 g 100g) un lizīna (par 0,1 g 100g) daudzumu. 3. Kviešu miltiem pievienotie auzu milti palielina ūdens adsorbciju par 6%, griķu milti par 17%, salīdzinot ar kontroli. 4. Auzu vai griķu milti būtiski neizmaina mīklas fizikālos rādītājus: 29

30 Kviešu mīkla ar auzu miltiem: - neizmaina iemīcīšanas laiku, - samazina mīklas stabilitāti par 2 minūtēm, - samazina mīklas toleranci par 10BU - samazina mīklas tilpumu par 0,4 tilpumvienībām. Kviešu mīkla ar griķu miltiem: - palielina iemīcīšanas laiku par 2 minūtēm, - samazina mīklas stabilitāti par 4 minūtēm, - palielina mīklas toleranci par 20BU - samazina mīklas tilpumu par 0,6 tilpumvienībām. 5. Aprēķināts, ka mīklas rūgšanas intensitāte samazinās, pievienojot kviešu miltiem auzu vai griķu miltus. 6. Kviešu maizei ar auzu miltu piedevu palielinās mīkstuma blīvums, samazinās elastība, maize kļūst lipīgāka. Maizes paraugos ar griķu miltu piedevu samazinās mīkstuma blīvums un lipīgums, palielinās elastība un porainība. 7. Nepastāv būtiskas atšķirības patikšanas ziņā starp kviešu maizi un maizi ar 20% auzu miltu vai 15% griķu miltu piedevu. 8. Auzu vai griķu miltu pievienošana kviešu maizei palielina izejvielu izmaksas attiecīgi par Ls 0,03 kg un Ls 0,02 kg. 30

31 Latvia University of Agriculture Faculty of Food Technology Department of Food Technology Mgr.oec. Dace Kļava Improvement of nutritive value of wheat bread Summary of promotion work for acquiring the Doctor s degree of Engineering Sciences in the Science of Food Scientific supervisor of promotion work: Professor Dr.ing. D.Kārkliņa Jelgava, 2004

32 Contents pp. Subject of research and actuality of the problem 31 Object of research 31 The aim and tasks of the doctorate work 31 Scientific novelty 33 The scientific work approbation 33 Theses to be defended 34 Research materials and methods 35 Results of research 37 Changes in physical properties of mixtures of wheat and oat, wheat and buckwheat flour 37 Changes in water absorption 37 Evaluation of baking properties of the mixtures of flour 38 Evaluation of factors determining dough quality 40 Ability of formation of carbon dioxide in dough 40 Changes in dough stability during proofing process 42 Test of baking properties of mixtures of flour 44 Indices characterizing bread quality 45 Changes in bread structure 46 Sensor evaluation of bread 48 Nutritive value estimation of bread samples containing oat and buckwheat flour 50 Economic evaluation 54 Conclusions 56

33 Subject of research and actuality of the problem More and more people nowadays pay attention to wholesome food. One of the main principles of wholesome diet is the balance between the consumed food and the received energy. Bread is one of the main products used every day. Nutritive value of bread is determined by both: flour from wheat, rye and other grains of different ground, and products that are added diary products, fats, sugar, eggs, bran, different seeds. Wholemeal bread is of a higher nutritive value for it is a source of B group vitamins. Wholemeal bread contains also more mineral substances, proteins and fibres. Nowadays, a tendency appears to consume wheat bread of white flour, the nutritive value of which is low; so the body supply with fibres, mineral substances and vitamins is insufficient. Several scientists (Berghofer 2000, Meziniece 1999, Kopstale 1998, Henry, Ketlewel 1996) have made research on possibilities how to improve nutritive value of wheat bread; these results have been discussed in scientific issues. As a result of these research works, recommendations to add wheat bran, steamed wheat wholegrain, different mixtures of seeds, marc of currants, swede and cabbage, as well as pro-biotic bacteria to wheat bread, followed in order to improve its nutritive value. One of the alternatives could be addition of oat and buckwheat flour. Adding oat or buckwheat flour to white wheat flour, nutritive value of bread could be improved and products affecting our health the immune, nervous, endocrine and digestive systems in more favourable way, could be obtained. If compared to other grain, nutritive value of oat is characterized by fibres (soluble, insoluble) - β-glucans especially, polyunsaturated fatty acids (linoleic, linolenic, oleic acid) and antioxidants - E vitamin in particular. As the research show, oat flour has no pronounced baking properties, so it could affect porosity, elasticity, flavour of bread if added to wheat flour (Pyler, 1988). Oat proteins fraction includes high emulsion-forming, fats-absorbing and hydrating properties (Pyler, 1988), but it lacks gluten-forming properties (Ma. Harwalkar, 1984). However, oat flour facilitates formation of crust and retention of gas in dough (Ranhotra, Gelroth, 1995). About enrichment of wheat flour products by oat flour, Oomah (1983) and Salovari (2003) have written. As show the research by Oomah, time of dough mixing, dough stability and dough volume reduce, if wheat flour is substituted with more than 25 % of oat flour (Oomah, 1983). Chemical composition of flour is changed, if oat flour is added to wheat flour, so dough tolerance decreases, but no influence is made on the volume of eliminated CO 2 (He. Hoseney, 1991). Interest on functional value of buckwheat flour is determined by its composition being high in proteins, low in prolamines, rutin and other polyphenols,

34 and containing resistant starch. These components ensure a curative effect of buckwheat flour in the diet of persons suffering from diabetes mellitus and celiac disease (Kreft, Skrabanja, Osvald, Bonafacia, 1988). As buckwheat flour is consumed in only several countries of the world, no many researches are made regarding the use of these grains in bread products. Improvement of baking products by buckwheat flour, scientists from Asia and Eastern European countries (Kreft, Skrabanja, Osvald, Bonafacia, 1988, A. Oian, Kuhn, 1999) have studied. However, these researches provide no concrete information on the maximum possible amount of oat and buckwheat flour be added to wheat flour, or the changes in sensor features and nutritive value of bread. Our research and observations serve as a basis of presumption that oat or buckwheat flour added to wheat flour improves nutritive value of wheat bread. Research in this field is particularly topical and necessary in order to raise in general compatibility of bread production branch in competitive market conditions. These technologically complicated processes require very serious scientific research to offer eventually wholesome wheat bread to a customer in the terms of its nutritive value but retaining the traditional sensor features at the same time. The above presumptions and the theoretical aspects of possibilities how to improve nutritive value of wheat bread, allow definition of hypothesis of the promotion work: it is possible to improve nutritive value of wheat bread by substituting a part of wheat flour with oat or buckwheat flour. Object of research: mixtures of white wheat / oat and wheat / buckwheat flour and bread baked of them. The aim and tasks of the promotion work The problem discussed above and the situation analysis has determined the course of research of this doctorate work. The aim of the work is to study possibilities how to increase nutritive value of wheat flour and bread made of it by substituting a part of wheat flour with oat or buckwheat flour preserving to the utmost the quality of wheat bread. In order to achieve the aim of work the tasks were set up as follows: to study physical properties of mixtures of flour; to evaluate factors determining dough quality and find the patterns; to estimate the optimal proportions of oat and buckwheat flour in the new kinds of bread; to analyse changes in physical and chemical properties and structure of bread; to evaluate sensor qualities of the new bread products; to evaluate nutritive value of the new kinds of bread;

35 to analyse the economic indices of the new kinds of bread. Scientific novelty Evaluated baking properties of mixtures of wheat / oat and wheat / buckwheat flour. Estimated the optimal amounts of oat and buckwheat flour to be added preserving the baking properties of wheat flour. Worked out an empiric mathematical model that could be used for estimation of eliminated CO 2 from dough during the proofing process. Worked out new recipes for wheat bread containing oat or buckwheat flour. Studied physical and chemical, sensor, nutrition value and economic changes of the new bread products. The scientific work approbation Research has been made during the years The results have been reported in PhD scientific and scientific research conferences of LUA, in international conferences in Belgium and Sweden, in seminars organized by grain processing enterprises in Latvia. 1. Skore D. Kviešu maizes kvalitātes izmaiņas pievienojot auzu un griķu miltus // Zinātne lauku attīstībai: Starptautiski zinātniskā konference, Jelgava 2001.g maijs. 2. Kļava D. Maizes tilpuma izmaiņas kviešu miltus aizvietojot ar auzu un griķu miltiem // Jaunākās tendences kvalitatīvas pārtikas ražošanā: Starptautiskā zinātniski praktiskā konference, Jelgava 2002.g.25.aprīlī. 3. Skore D. Changes of dough physical properties substituting wheat flour with buchwheat or oat flour // EPIFO 2000,1 st : European PhD Forum in Food Science. Gent University, Faculty of Agricultural and applied Biological Science, Belgium 2000, of september. 4. Skore D. Dough and bread properties in mixtures of wheat and oat flour // 3 rd European Conference on Functional Properties in OATS: International conference, Uppsala, Sweden, 2001, of may. 5. Skore D. Auzu un griķu miltu ietekme uz kviešu miltu cepamīpašībām // Zinātnes nākotne mūsu rokās: Doktorantu konference, Jelgava, 1999.g maijs. During this course of time, 9 scientific works have been published in the Latvian, English and German languages, 7 of them conform to generally approved reviewable scientific issues. The author has 11 publications altogether.

36 1. Skore D. Changes in the quality of wheat bread enriched with out and buckwheat flour / D. Skore, D.Kārkliņa, R.Galoburda // Maisto chemija ir technologija. Vol. 35 (2001), p Kļava D. Changes of dough and bread quality when substituting wheat flour by oat flour / D.Kļava, D.Kārkliņa // Latvijas Lauksaimniecības universitātes Raksti.- Nr. 7 (2002), lpp. 3. Kļava D. Kviešu maizes ar auzu un griķu miltu piedevu sensorā novērtēšana / D. Kļava, E.Strautniece, D.Kārkliņa // Latvijas Lauksaimniecības universitātes Raksti.- Nr. 10 (2004) lpp. 4. Skore D. Kviešu maizes kvalitātes izmaiņas pievienojot auzu un griķu miltus // Zinātne lauku attīstībai: Starptautiski zinātniskās konforences referāti, Jelgava 2001.g maijs.-Jelgava: LLU, lpp. 5. Skore D. Wirkungen von Buckweizen- und Hafermehlen auf die Teigeigenschaften des Weizenmehles / D.Skore, D.Kunkulberga // Mühlenund Mischfutter- Jahrbuch Detmold: Verlag Moritz Schäfer GmbH & Co. KG Detmold, p Kļava D. Maizes tilpuma izmaiņas kviešu miltus aizvietojot ar auzu un griķu miltiem / D.Kļava, D.Kārkliņa // Jaunākās tendences kvalitatīvas pārtikas ražošanā: Starptautiski zinātniski praktiskās konferences referāti, Jelgava 2002.g.25.aprīlī.- Jelgava: LLU lpp. 7. Skore D. Auzu un griķu miltu ietekme uz kviešu miltu cepamīpašībām // Zinātnes nākotne mūsu rokās: Doktorantu konferences referāti, Jelgava 1999.g maijs.- Jelgava: LLU lpp. 8. Скоре Д. Изменения своиств пшеничного теста при добавлении овсянной и гречневой муки / Д. Скоре, Д. Карклина // Продовольственный рынок и проблемы здорово питания: Материалы третей Международной научнопрактической конференции, Орел, 2000 г. 1-3 Декабря.- Орел, с Skore D. Product and process development stage market and economical aspects // Food innovation management from idea to success / ed. R. Treillon.- France: Food Atlantic, p Skore D. Changes of Food quality management systems in the public catering / A.Blija, D.Skore, A.Kārklīte // Changes at the other end of the chain: International Conference, may, Wageningen.- Wageningen: Wageningen University, p Skore D. Kviešu miltu cepamīpašību izmaiņas pievienojot griķu miltus / D. Skore, D.Kārkliņa // Jaunais gadsimts un pārtika: Zinātniski praktiskās konferences referāti. Jelgava, 1999.g. 27.aprīlis.-Jelgava:LLU, lpp. Several Bachelor Papers on the theme of research have been worked out under supervision of the author.

37 Theses to be defended 1. Baking properties of mixtures of flour and quality of dough made of these mixtures do not substantially change when adding oat or buckwheat flour to wheat flour in certain amount. 2. Oat or buckwheat flour added to wheat bread in certain amount does not affect likeness of consumers. 3. The added oat or buckwheat flour improves nutritive value of wheat bread. 4. The new bread products are competitive to similar products. Place of research: Research materials and methods Latvia (from 1999 until 2003). - Research Laboratory of Agronomical Analysis (analysis of carbohydrates, fibres) of Latvia University of Agriculture. - Laboratory (sensor analysis of bread) of Food Technology Department of Latvia University of Agriculture. - Experimental bakery of Joint Stock Co Rigas Dzirnavnieks (baking test). - Investigation Laboratory (analysis of fatty acids) of National Environment Health Centre. - Institute of Biology (analysis of B 1, B 2 vitamins, nicotine acid and amino acids) of the University of Latvia. Spain (in 2002). - Experimental Laboratory (physical and chemical analysis of flour and dough; bread baking test; bread mass volume, moisture and structure analysis; estimation of amount of protein in bread) of Agronomy and Food Technology Institute of Polytechnic University of Valensia. Flour produced by Rigas Dzirnavnieks was used for experimental purposes: wheat flour (gluten 28 %, ash matters 0.55 %, moisture 13.5 %), oat (ash matters 1.55 %, moisture 14.2 %), and wheat flour (ash matters 2.54 %, moisture 14.0 %). Additional raw stuffs were used for baking test: pressed baker s yeast (UTN ), sugar (in conformity with the Law on Sugar of LR,

38 salt (LVUS ) and water (in conformity with Cabinet Regulation No. 63 of LR Mandatory Harmlessness Requirements for Drinking Water ). Test samples of mixtures of flour in proportions as shown in Table 1 were prepared for evaluation of baking properties of flour. Samples of mixtures of flour No Samples of flour 1. Control sample wheat flour % 2. Wheat flour 95 % Oat flour 5 % 3. Wheat flour 90 % Oat flour 10 % 4. Wheat flour 85 % Oat flour 15 % 5. Wheat flour 80 % Oat flour 20 % 6. Wheat flour 75 % Oat flour 25 % 7. Wheat flour 95 % Buckwheat flour 5 % 8. Wheat flour 90 % Buckwheat flour 10 % 9. Wheat flour 85 % Buckwheat flour 15 % 10. Wheat flour 80 % Buckwheat flour 20 % 11. Wheat flour 75 % Buckwheat flour 25 % Table 1 The samples of mixtures of flour were analysed by means of farinograph (water absorption ability, dough mixing time, dough stability during mixing and re-mixing time), Chopen alveograph (dough resistance to extension and growth in volume), extensiograph (dough strength and stability during proofing process), rheofermentometer (dough volume during proofing process and eliminated CO 2 ), Brabender maturograph (dough tolerance and stability during proofing process), using standard methods. For the baking test, the traditional technological scheme of wheat bread preparation was used. Bread samples were baked from mixtures of wheat and oat or buckwheat flour. Dough was mixed for 8 minutes by a spiral-type machine, after that it was put in proofer camera at temperature 32 o C (air humidity 80 %). During proofing process the changes in dough volume, acidity and temperature were analysed. Bread samples were baked in moulds, in hearth type oven for 26 minutes at temperature 200 o C. The mass, volume (with volume measuring instrument), structure (with texturometer TA XT2) of the ready bread was analysed.

39 29 especially trained experts sensorily evaluated the colour, aroma, flavour, structure and porosity of bread as well as expressed their emotional attitude with like or dislike. Data processing was performed with mathematical statistic methods, the medium arithmetical values and standard allowance were calculated for the obtained results as well as regression analysis was applied using Microsoft Excel for Windows 7.0 software. The results were checked by means of Showany criterion. It was found out that the results are precise and fit in error boundaries. The sensor evaluation is estimated by means of statistic methods: one-factor dispersion analysis and Tjukey test. Results of research Changes in physical properties of mixtures of wheat and oat, wheat and buckwheat flour Baking properties of flour characterize the quality and suitability of it for bread production. They could be judged when evaluate water absorption ability of flour, amount and quality of proteins forming gluten i.e. estimating dough mixing time, its stability and elasticity. Changes in water adsorption Water adsorption dynamics in mixtures of flour depending on oat or buckwheat flour proportion is indicated in Pict.1. The results show that water adsorption ability of the mixture increases if oat or buckwheat flour is added. In samples with oat flour addition water adsorption ability increases in linear correlation according to the added amount of oat flour. In the sample with 25 % of oat flour addition the water adsorption ability increased for 6 % in comparison to the control sample. Whereas in the sample with 25 % of buckwheat flour addition the water adsorption ability increased for 17 % in comparison to pure wheat flour water adsorption ability. In the mixtures of flour containing oat or buckwheat flour, the amount of fibres, cellulose and mucilaginous substances increase which adsorb more water during proofing process, in comparison to wheat flour.

40 Water adsorption ability, % y = 0,2x + 58,433 R 2 = 0,9392 y = 0,6714x + 57,824 R 2 = 0, Oat or buckwheat flour additions, % Samples with oat flour Paraugi ar auzu miltiem Samples with Paraubuckwheat gi flour griķu miltiem icture 1. Water adsorption ability in mixture where a part of wheat flour is substituted with oat or buckwheat flour. Evaluation of baking properties of the mixtures of flour P Flour baking properties are characterized by dough mixing time, elasticity and stability during re-mixing time of the samples. Data obtained with farinograms are summed up in Table2. Table 2 Characterization of baking properties of the control and experimental flour samples Samples Dough mixing time, min Dough stability, min Dough tolerance index, BU* Degree of dough softening, BU* Control sample Wheat fl. + oat fl. 5% Wheat fl. + oat fl. 10% Wheat fl. + oat fl. 15% Wheat fl. + oat fl. 20% Wheat fl. + oat fl. 25% Wheat fl. + buckwheat fl. 5% Wheat fl.+buckwheat fl. 10% Wheat fl.+buckwheat fl. 15% Wheat fl.+buckwheat fl. 20% Wheat fl.+buckwheat fl. 25%

41 * BU Brabender unit Dough mixing time is prolonged if oat or buckwheat flour is added because it is necessary to adsorb more water due to increase of fibres and mineral substances. Adding oat or buckwheat flour, the mixing time could be prolonged even for 7 minutes without worsening the quality of dough. The obtained data prove that dough stability is shortened for 2 minutes on average if 25 % of oat flour is added to wheat flour, and for 4 minutes on average, if 25 % of buckwheat flour is added. It should be taken into consideration in proofing process. Adding % of oat flour to wheat flour, dough tolerance decreases for 10 BU. This points that proofed dough is less stable and there is a risk of overproofing if compared with the control sample. Adding 25 % of buckwheat flour, dough tolerance increases for 20 BU. The positive increase proves that dough forms a stable, consistent structure during proofing process. Analysing indices of dough softening degree in the mixtures of wheat / oat flour, - it increases up to 80 BU. If compared with data available in literature, these results meet the quality indices of strong flour. Substituting a part of wheat flour with buckwheat flour, the degree of dough softening increases up to 110 BU, which meets the quality of medium strong flour. By the term strong flour, an ability of flour to form dough of a normal consistence absorbing enough water in mixing process, is understood. Dough made of strong flour retains its structure- and mechanical properties during its mixing and proofing process. The strength of flour is determined by its chemical composition content of starch and proteins, especially by proportions of the insoluble in water proteins gliadin and glutenin, amount of pentosans, mucilaginous substances as well as by the activity of proteolytic and amylolytic ferments. Dough made of strong flour is easy manageable in mixing and forming processes, it is elastic, retains its form well in proofing process. Analysing physical properties and water adsorption ability of the mixtures of flour it was stated that baking properties of flour if adding up to 20 % of oat flour and 15 % of buckwheat flour to wheat flour do not change considerably if compared with the control sample. The strength of the mixtures of flour in this research work was evaluated by means of alveograph estimating dough stability to deformation and dough deformation energy. Changes of the strength of mixtures of flour are depicted in Pictures 2 and 3.

42 y = 2,9406x + 54,044 R 2 = 0,8882 y = -5,896x + 226,9 R 2 = 0, Amount of oat flour, % Mīklas noturība Dough pret stability deformāciju,mm to deformation, mm Dough Mīklas deformation deformācijas energy, erģija, J J*10-4 Picture 2. Changes of strength of mixtures of wheat and oat flour. Analysing the obtained data we see that dough stability to deformation increases from mm up to mm when adding 3 25 % of oat flour, but dough deformation energy decreases from J 10-4 down to J It indicates the decrease of dough tolerance. A similar tendency is observed in experiments where 5 25 % of wheat flour was substituted with buckwheat flour. Dough stability to deformation increases from mm up to mm but dough deformation energy decreases from J 10-4 down to J y = 6,0904x + 53,98 R 2 = 0,9372 y = -4,184x + 255,7 R 2 = 0, Dough stability to deformation, mm Mīklas noturība pret deformāciju, mm Dough deformation energy, J 10-4 Mīklas deformācijas enerģija, J*10-4 Amount of buckwheat flour, % Picture 3. Changes in quality of mixtures of wheat and buckwheat flour.

43 Summing up the results of research on experimental mixtures of flour and dough baking properties it was found out that the maximally allowable wheat flour amount to substitute is 20 % with oat flour or 15 % with buckwheat flour. In test samples containing 20% of oat flour, the mixing time of dough prolonged for seven minutes but dough stability decreased for two minutes and dough tolerance for 10 BU. Substituting wheat flour with 15% of buckwheat flour, the mixing time of dough prolonged for seven minutes and dough tolerance for 20 BU, but dough stability decreased for four minutes. If compared with the control sample, these changes do not influence substantially baking properties of the mixtures of flour. It in its turn guarantees baking of quality bread. Evaluation of factors determining dough quality Ability of formation of carbon dioxide in dough Experimentally the ability of formation of carbon dioxide in the samples of dough containing oat or buckwheat flour was stated. The results are shown in Picture 4. Volume of dough is determined by the amounts of CO 2 eliminated in the ambient environment and retained in dough during proofing process. The total, the retained and eliminated amount of CO 2 decreased in all experimental samples if compared with the control sample. If increase the amount of added oat flour for 20 % or 25 %, the eliminated amount of CO 2 falls down and dough volume decreases for 260 ml on average. In test samples of dough with % of oat flour the volume decreased for 130 ml on average; similar changes in dough volume were observed also relating buckwheat flour. Adding % of buckwheat flour, dough volume decreased for 200 ml on average, but in dough with 10 15% of buckwheat flour the volume decreased for 50 ml on average.

44 ml Samples Total eliminated Kopçjais CO 2, ml izdalîtais CO2 daudzums, ml M Retained îklâ aizturçtais CO CO2 2 in dough, ml daudzums, ml Izdalîtais CO2 daudzums, ml Eliminated CO 2, ml Picture 4. Changes in volume of CO 2 in the experimental dough samples. 1 control sample, 2 wheat f. + oat f. 5%, 3 wheat f. + oat f. 10 %, 4 wheat f. + oat f. 15 %, 5 wheat f. + oat f. 20 %, 6 wheat f. + oat f. 25 %, 7 wheat f. + buckwheat f. 5 %, 8 wheat f. + buckwheat f.10 %, 9 wheat f. + buckwheat f. 15 %, 10 wheat f. + buckwheat f. 20 %, 11 wheat f. + buckwheat f. 25 %. By using the experimental data, an empiric mathematical model was worked out proving that the eliminated volume of CO 2 does not depend on the added amount of flour but only on the sort of flour. By using the obtained models (1) and (2), CO 2 eliminated from dough during proofing process, could be calculated. In dough containing oat flour: 0,064*t e m = 63,69[t + 0,064 1 ] 0,064 (1) In dough containing buckwheat four: 0,029*t e 1 m = 71,44[t + ] 0,029 0,029 (2) Using this mathematical model, the volume of eliminated CO 2 during proofing process could be shown in graphics by mean of lines (Picture 5):

45 Eliminated CO2 in Mīkla ar auzu miltiem Mīkla ar griķu miltiem dough, ml Time, min 1- dough with oat flour 2 dough with buckwheat Picture 5. Eliminated CO 2 in dough with oat flour during proofing process. The above model is of importance in dough proofing process in order to estimate the increase of dough in volume, dough tolerance and stability. Dough resistance, BU Changes in dough stability during proofing process Dough stability during proofing process decreases if oat or buckwheat flour is added to wheat flour. The stronger and more stable flour is, the bigger dough resistance and its extension area (Pyler, 1988). The obtained data are shown in Picture Mīklas Dough 350 resistance pretestībaafter pēc min 45 min. 250 Dough 200 Mīklas resistance after pretestība min pēc 90 min. 100 Dough 50 resistance Mīklas after pretestība min pēc 135 Samples Picture 6. Changes in dough resistance during proofing 1 control sample, 2 wheat f. + oat f. 5%, 3 wheat f. + oat f. 10 %, 4 wheat f. + oat f. 15 %, 5 wheat f. + oat f. 20 %, 6 wheat f. + oat f. 25 %, 7 wheat f. + buckwheat f. 5 %, 8 wheat f. + buckwheat f.10 %, 9 wheat f. + buckwheat f. 15 %, 10 wheat f. + buckwheat f. 20 %, 11 wheat f. + buckwheat f. 25 %. Results of experiments prove that during proofing process, dough resistance to extension falls rapidly for BU, if 10 25% of oat flour is

46 added to wheat flour. It could be explained not only by the decrease of gluten but also by increase of the specific weight of lipids that influence considerably the structure of dough. As a result, dough becomes inelastic, more difficult to form. By adding 5 25 % of buckwheat flour, dough resistance decreases for 50 BU on average. It is indicative of slight changes in quality of dough. The obtained data show that wheat flour dough containing oat or buckwheat flour is the most resistant to mechanical impact after 90 minutes of proofing. During this time, the proofing process is going on rapidly and proteins have maximally absorbed water thus dough obtaining a stable, consistent structure. If proofing process continues, bonds between gluten become less tight, they are not able to retain dough structure well any more so the resistance of dough to mechanical impact becomes weaker and less stable. Dough stability and tolerance duration in proofing process were estimated by means of maturograph. The obtained data are summarized in Pictures 7 and 8. Dough stability, min y = -0,0914x + 4,6429 R 2 = 0,9143 y = -0,1086x + 4,6905 R 2 = 0, Amount of added flour,% Picture 7. Changes in dough stability Samples with oat flour Paraugi ar auzu miltiem Samples with buckwheat flour Paraugi ar griķu miltiem Adding 10 % of buckwheat flour, dough stability falls down rapidly for 2.5 minutes on average and - for 2 minutes on average if 20 % of oat flour is added.

47 Dough tolerance, BU y = -1,8857x + 211,9 R 2 = 0,8047 y = -0,7143x + 221,43 R 2 = 0, Added amount of flour, % Samples with oat Paraugi flour ar auzu miltiem Samples with buckwheat Paraugi flour ar griķu miltiem cture 8. Changes in dough tolerance in experimental samples. Pi Evaluating the obtained data relating changes of physical properties in experimental samples, it was found out that wheat flour baking properties do not change significantly if 10% of oat or buckwheat flour is added to wheat flour. It is allowable to add maximally 20 % of oat flour or 15 % of buckwheat flour to wheat flour without changing substantially dough physical properties. Test of baking properties of mixtures of flour Further research was carried out with the baking test. The amount of oat or buckwheat flour or other components added to wheat flour were chosen corresponding to previous research and according with the recipes used in production (Table 3.2.). The necessary amount of water to be added was calculated by using data obtained by means of farinograms on water absorption ability of mixtures of flour.

48 No Test samples Whet flour, gr. Recipes Oat flour, gr. Raw materials Buckwheat flour, gr. Yeast,gr. Sugar,gr. Salt, gr. Table 4 Water, gr. 1. Control sample Wheat f. + oat f. 10% Wheat f. + oat f. 20% Wheat f. + buckwheat f % 5. Wheat f. + buckwheat f. 15% Evaluating baking properties of flour, physical and chemical indices of dough were analysed that characterize dough proofing process. Dough acidity, moisture, temperature, changes in volume were estimated. The added oat or buckwheat flour makes changes in dough acidity during proofing process, however, not beyond the admissible norms. Dough temperature of the control sample increased for 10 ±1 C during proofing, and only for 6 ±1 C in the test samples containing oat or buckwheat flour. It could be explained by a lower yeast activity during the last stage of proofing process of dough with oat or buckwheat flour. There was found out in research that dough volume increases for 0.6 units of volume during dough proofing time if 10 % of oat flour is added to wheat flour, but the volume decreases for 0.4 units of volume if 20 % of oat flour is added, if compared with the control sample. 10 % of buckwheat flour added in experimental samples reduced dough volume for 0.4 units of volume, but 15 % of buckwheat flour added reduced for 0.6 units of volume if compared with the control sample. Indices characterizing bread quality Baking test results show that the outer looks of bread and its physical and chemical properties have changed (Pict.9).

49 A B Picture 9. Samples of bread baking test that contain oat and buckwheat flour. A 1 control sample, 2 wheat bread containing 10 % of oat flour, 3 - wheat bread containing 20 % of oat flour. B 1 - control sample, 2 wheat bread 1 containing 10 % of buckwheat flour, 3 - wheat bread containing 15 % of buckwheat flour. Adding 10 % of oat flour to wheat flour, the volume of bread decreased for 22 % if compared with the control sample, but if 20 % of oat flour was added, the volume decreased for 12 %. For bread containing 10 % of buckwheat flour, the volume decreased for 19 %, but if bread contains 15 % of buckwheat flour its volume decreased for 26 % if compared with the control sample. Changes in bread structure Further research is connected with evaluation and analysis of changes in bread structure of experimental samples. If oat flour is added to wheat flour, fine, uneven, dense pores appear as a result of which the soft part of bread becomes hard (Pict.10), and it reduces resistance of the soft part of bread against pressure. The obtained data show that the pressure made to bread reduces from down to Nm -2, if compared with control sample (Pict.11). A 1 2 3