Интенсификация хлебопекарных дрожжей с помощью водорастворимого фуллерена

Введение. Одна из самых актуальных задач современной науки – это поиск соединений, которые способны отодвинуть старость и продлить жизнь. Известие о том, что французским ученым удалось добиться увеличения продолжительности жизни животных, участвовавших в эксперименте при применении фуллеренов (наночастиц углеродной природы), почти вдвое заставило ученых-исследователей задуматься над молекулярными механизмами подобного эффекта.

Фуллерены – это довольно необычный класс молекул, представляющих собой одну из форм аллотропных модификаций углерода. К аллотропным формам углерода также относятся всем известные алмаз и графит. Всем известные алмаз и графит – тоже не что иное, как аллотропные формы углерода, однако структура атомов углерода алмаза представлена в виде тетраэдра, графит образован в виде шестиугольников из плоских слоев, а фуллерены – это шарообразные молекулы с замкнутой поверхностью. Самый простой из фуллеренов содержит 60 атомов углерода и напоминает по своей структуре футбольный мяч: его поверхность образована чередующимися пяти- и шести- угольниками, причем размер этого «мяча» составляет всего 1 нм (нанометр).

Водорастворимые фуллерены обладают широким спектром биологической активности, используются при создании медицинских и фармакологических препаратов: радиопротекторов, антиоксидантов, противогрибковых, противовирусных и бактериальных агентов [1–4].

В связи с этим изучение влияния водорастворимого фуллерена на микроорганизмы, в частности на хлебопекарные дрожжи и молочнокислые бактерии, представляет огромный интерес.

Дрожжи используются повсюду в мире для приготовления хлеба. Ценность дрожжей состоит в их способности с высокой эффективностью превращать высокие концентрации сахаров в спирт, углекислый газ и образовывать дрожжевую биомассу, богатую белками, витаминами.

В технологическом процессе приготовления хлеба главную роль играют дрожжи и молочнокислые бактерии. В результате жизнедеятельности дрожжей из сахаров образуется углекислый газ, разрыхляющий тесто, и небольшое количество спирта. Молочнокислые бактерии, образуя молочную кислоту и некоторые органические кислоты, повышают кислотность теста, создавая хорошие условия для развития дрожжей.

Технологический процесс производства хлеба состоит из следующих операций: подготовка сырья, замес, брожение, разделка, расстойка теста, выпечка.

В производстве хлеба главными разрыхлителями теста являются хлебопекарные дрожжи, вносимые в определенном количестве при замесе теста.

Основным фактором, влияющим на технологический процесс и качество хлебобулочных изделий, является биологическая активность дрожжей, молочнокислых бактерий.

С целью активации жизнедеятельности дрожжей и молочнокислых бактерий готовятся различные питательные среды – закваски. Для активации дрожжей используются электрохимические обработки [4]. Это способствует сокращению сроков приготовления теста, снижает затраты сухих веществ на брожение и увеличивает выход готовой продукции на 12–15 процентов [5].

Актуальной задачей, стоящей перед хлебопекарной промышленностью, является ускоре- ние технологического процесса и повышение качества готовой продукции.

Цель исследования . Изучить влияние водорастворимого фуллерена на бродильную активность хлебопекарных дрожжей и качество хлеба.

Задачи исследования: изучить влияние водорастворимого фуллерена на биологическую активность хлебопекарных дрожжей; определить влияние водорастворимого фуллерена на показатели качества хлеба.

Материалы и методы исследования. Органолептические показатели определяли после остывания хлебобулочных изделий по ГОСТ 5667-65, кислотность по ГОСТ 5670-96, пористость по ГОСТ 5669-96, влажность по ГОСТ 21094-75, удельный объем хлеба (метод, характеризующий пористость хлебобулочных изделий, его внешний вид), жизнеспособность дрожжей оценивали методом витального окрашивания [5].

В качестве исходного материала был взят хлеб из муки пшеничной высшего сорта (табл. 1). Опыты с водорастворимым фуллереном проводились в 2 этапа. Исследования в первом этапе показали хорошие результаты, поэтому был проведен второй этап с уменьшением количества водорастворимого фуллерена.

1-й этап

• 1.    Вариант опыта 1 – контрольный образец без фуллерена.

• 2.    Вариант опыта 2 – с внесением 1,5 % фуллерена.

• 3.    Вариант опыта 3 – с внесением 3 % фуллерена.

• 4.    Вариант опыта 4 – с внесением 4,5 % фуллерена.

2-й этап

• 1.    Вариант опыта 1 – контрольный образец без фуллерена.

• 2.    Вариант опыта 5 – с внесением 1 % фуллерена.

• 3.    Вариант опыта 6 – с внесением 2 % фуллерена.

• 4.    Вариант опыта 7 – с внесением 4 % фуллерена.

Фуллерен растворялся в воде и вносился в виде раствора при замесе теста. Замес проводился вручную. В качестве дрожжевой культуры использовались прессованные дрожжи марки «Angel» (Китай). В таблице 1 представлена рецептура хлеба.

Рецептура хлеба белого пшеничного в/с [6]

Таблица 1

Сырье	Количество сырья, г
Мука в/с	100
Дрожжи прессованные	2,5
Соль	1,5

Хлеб готовили ускоренным способом на прессованных дрожжах. Тесто замешивали сразу из всего сырья, идущего по рецептуре, в один прием.

Перед замесом теста была проведена активация дрожжей. С этой целью рассчитанное по рецептуре количество дрожжей растворялось в теплой воде (30 °С). Предварительно в этой воде растворялся фуллерен в зависимости от варианта опыта. Затем сюда добавляли муку в количестве 10 % от общей массы, идущей на замес. Полученная смесь выдерживалась при комнатной температуре в течение 20 минут. После активации дрожжей в суспензию вносилось оставшееся сырье согласно рецептуре и проводился замес теста до однородной структуры в первом варианте. Во втором варианте замешивали опару и выдерживали ее в течение 60 минут, далее проводили замес теста.

Полученное таким образом тесто ставилось в расстоечный шкаф и выдерживалось при температуре 35 °С в течение 150 минут [2].

В процессе брожения теста проводили 2 обминки через каждые 60 минут. Обминка представляет собой повторный промес в течение 1,5–2 мин для равномерного распределения пузырьков воздуха и выход в окружающую среду углекислого газа из теста, при этом улучшается качество теста, мякиш готового хлеба приобретает равномерную мелкую пористость.

После процесса брожения тесто делилось на куски массой по 200 г, и им придавалась форма. Готовые тестовые заготовки помещались в малые формы. Заготовки теста снова помещались в расстоечный шкаф для окончательной рас-стойки с температурой 35 °С. Окончание рас-стойки определяли по внешнему виду.

Выпекали хлеб в печи при температуре 220 °С в течение 22–25 минут. Качество хлеба оценивали по следующим показателям: запах, внешний вид, пористость. По физико-химическим показателям: удельный объем (см3) и кислотность (град).

Результаты исследования и их обсуждение. Результаты исследования показали, что внесение водорастворимого фуллерена для активации дрожжей во всех концентрациях сравнительно выше, чем в контроле. В образцах с фуллереном образовалась более объемная «пенная шапочка» из дрожжей (рис. 1–5). Процесс активации начался быстрее, чем в контроле.

контроль          с внесением 1,5 % фуллерена

с внесением 3%       с внесением 4,5% фуллерена            фуллерена

Рис. 1. Внешний вид раствора дрожжей в различных образцах

Рис. 2. Внешний вид и высота «пенной шапочки» сразу после замеса опары

Рис. 3. Внешний вид и высота «пенной шапочки» через 20 мин брожения опары

7 см – контроль

7,5 см – с внесением 7,8 см – с внесением 8,5 см – с внесением

1 % фуллерена        2 % фуллерена        4 % фуллерена

Рис. 4. Высота «пенной шапочки» после 60 минут брожения опары, см

Результаты исследования по выпечке хлеба показали следующее: тестовые заготовки и готовые изделия с увеличением количества фуллерена в образцах по своей высоте становились выше, чем в контрольном образце (рис. 6– 9). Внешний вид хлеба с водорастворимым фуллереном отличался от контрольного образца: с увеличением количества добавки цвет готового изделия становился более темным. По своему запаху и вкусу хлеб с фуллереном не отличался от контрольного образца.

Рис. 6. Внешний вид тестовых заготовок после расстойки (варианты 1, 2, 3, 4)

Рис. 7. Внешний вид тестовых заготовок после расстойки (варианты 1, 5, 6, 7)

Рис. 8. Внешний вид готового хлеба (варианты 1, 2, 3, 4)

Рис. 9. Внешний вид готового хлеба (варианты 1, 5, 6, 7)

Результаты исследования физикохимических показателей хлеба с водорастворимым фуллереном следующие: кислотность хлеба с фуллереном увеличивалась незначительно с увеличением количества добавки и составляла от 2,6 до 3,3 °С, что соответствует требованиям ГОСТ 31805-2018, кроме варианта № 4, где показатель кислотности превышает допустимое значение 3, что не соответствует требованиям. Удельный объем пшеничного хлеба с добавлением водорастворимого фуллерена с увеличением дозировки становился выше, чем в контроле. В образце с внесением 4,5 % водорастворимого фуллерена относительно контрольного образца удельный объем увеличился, но снизился относительно варианта с добавлением 3 %. В таблице 2 приведены физикохимические показатели качества хлеба контрольного образца и образцов 2-го, 3-го и 4-го вариантов.

Результаты опытов по вариантам 5, 6, 7 представлены в таблице 3.

Таблица 2

Показатель	Вариант № 1	Вариант № 2	Вариант № 3	Вариант № 4
Удельный объем, см3 /г	0,49	2,58	0,69	0,69
Кислотность, град	2,6	2,6	2,8	3,3
Пористость, %	78,2	79,8	78,3	77,8
Влажность, %	40	40	40	40,3

Показатели качества хлеба

Таблица 3

Показатель	Вариант № 1	Вариант № 5	Вариант № 6	Вариант № 7
Окраска корки	Светло-желтая	Светлокоричневая	Коричневая	Темнокоричневая
Поверхность	Без крупных трещин и подрывов
Форма	Правильная	Правильная	Правильная	Правильная
Цвет мякиша	Белый	Светло-серый	Серый	Темно-серый
Состояние мякиша	Эластичный, пропеченный, после нажатия восстанавливает свою форму
Состояние пористости	Мелкая, равномерная	Мелкая, равномерная		Мелкая, равномерная
Запах	Свойственный хлебу
Вкус	Свойственный хлебу
Масса хлеба, г	153	153,4	153,5	157,6
Влажность, %	40	40	40	40,2
Удельный объем, см3 /г	0,49	0,62	0,64	0,622
Кислотность, град	2,6	2,8	2,8	3,2
Пористость, %	78,2	79,1	80,2	78,04

Физико-химические показатели качества хлеба

Исследования показали, что у варианта № 6 наблюдались наилучшие показатели качества. При дальнейшем увеличении количества добавки хлеб приобретал очень темную окраску, а кислотность превышала значения требований ГОСТ 31805-2018. Вкус и запах не изменились. Увеличился выход готового изделия.

Заключение. В результате проведенных исследований по влиянию водорастворимого фуллерена на хлебопекарные свойства дрожжей установлено положительное влияние на процесс брожения хлебопекарного теста.

Кислотонакопление в тесте ускоряется от 3,0 град в контроле до 3,7 град в образцах свыше 4 % фуллерена, сокращается технологическое время «подъема опары» на 25–30 мин.

Хлеб, приготовленный с добавлением водорастворимого фуллерена, обладает хорошими показателями качества. Наилучшими показателями обладает образец с дозировкой 3 %. Хлеб имеет привлекательный вид, обладает хорошей пористостью (80 %), все показатели качества соответствуют требованиям ГОСТа.

Исследования по влиянию водорастворимого фуллерена на хлебопекарные дрожжи необходимо продолжить и расширить по снижению количества биологически активной добавки, а также по оценке возможности использования его в технологических процессах, связанных с использованием различных видов микроорганизмов.