Интенсификация технологического процесса производства пшеничного хлеба при использовании функциональной добавки из плодово-ягодного сырья

МРНТИ 65.33.35                                

Академик НАН РК, д.м.н. Шарманов Т.Ш. в своих трудах подчеркивал значимость питания в жизни человека на физиологическое состояние, сохранения высокой работоспособности, увеличения продолжительности жизни и в борьбе со многими неблагоприят- ными факторами. [1].

Разработка и производство функциональных хлебобулочных изделий является эффективным способом в целях восполнения дефицита организма человека в микро- и макро- нутриентов, о чем представлены работы исследователей как отечественных, так и зарубежных.

Хлебопекарные отрасли также активно продвигают глобализацию и развитие ассортиментного ряда, сохранение и увеличение объемов по производству и потреблению хлебобулочных изделий функционального назначения. [2].

Федорова Р.А., Волков В.С. в статье представили описание одной из ценных ягодных культур такой как смородина красная. Указано, что данная культура имеет богатый витаминный состав, также отличается разнообразием и наличием редких веществ, что связано с высоким содержанием в ягодах биологически активных веществ. Ягодная культура красная смородина содержит существенное количество органических кислот, особенно высоко содержание лимонной и яблочной кислоты, минеральные вещества – железо, калий, кальций, фосфор, магний, и представлен ряд витаминов С, А, Н, В1, В2, В6, Е, К, РР. Красная смородина содержит внушительное количество пектинов, пищевых волокон, З-активных веществ (катехинов, антоцианов). [3]. Янова М.А., Ермош Л.Г., Присухина А.В. и другие разработали замороженный полуфабрикат булочных изделий с внесением порошка черной смородины. Ягоды черной смородины взяты для производства булочных изделия в связи с тем, что отличаются особенностями положительно воздействовать на нервную систему, обладают антиоксидантными свойствами и предотвращают старение клеток, имеют свойство профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, отличаются обезболивающими и противовоспалительными качествами. Также одной из причин – это активное произрастание данного вида ягод и широкая область распространения [4].

В исследованиях И. А. Бакина представлены, введение порошка из ягод черной смородины в тесто для сдобного печенья придает продукту привлекательный цвет и аромат, не ухудшая при этом его физикохимические показатели [5].

Выявлены изменения химического состава ягод черной смородины при хранении, такие как увеличение содержания сухих растворимых веществ, что положительно влияют на диффузию при получении экстрактов. В связи с чем, целесообразно учитывать процесс переработки, варианты растворителя и характеристики. так как ягоды черной смородины и продукты ее переработки содержат водорастворимые и спирторастворимые химические соединения, обладающие антиоксидантными свойствами. [6].

Большинство плодов и ягод характеризуются наличием одного или двух витаминов. К таким плово-ягодным культурам принадлежат арония, ирга, малина, земляника, цветные смородины. Akimov M.Yu., Makarov V.N., Zhbanova E.V. представили витамииный состав моно витаминных плодов и ягод: малина – витамин Р и редко В9, арония – витамин Р, ирга – витамин Р; бивитаминные: цветные смородины и земляника – витамины С и Р. Шиповник отличается наличием трех витаминов С, Р и А, и тетравитанная культура это облепиха, содержит витамины С, Р, А и Е. Большинство плодов сортов яблони – моно – (содержан Р-активные катехины) или бивитаминные (содержан Р-активные вещества и витамин С) [7].

Бразильскими учеными использована мука из фруктово-овощных выжимок, полученного на основе отходов при производстве соков, в производстве обогащенных зерновых батончиков и печенья. Обогащение выполнялось с внесением муки из фруктово-овощных выжимок в количестве от 20 до 35 %. Фруктовоовощная мука содержит в своем составе муку в композиции из апельсина, маракуйи, арбуза, салата, кабачка, моркови, шпината, мяты, таро, огурца и рукколы. Были исследованы технологические характеристики фруктово-овощной муки на водоудерживающая способность, что была выше и составила 7,43 г/г, маслоудерживающая способность – ниже 1,91 г/г муки. Готовые изделия отличались высоким содержанием клетчатки от 57 % до 118 %, увеличение уровня минеральных веществ от 14 % до 37 % в печеньях, и 75 % волокон и количественный состав от 14 % до 37 % минералов в зерновых батончиках с заменой 35 % муки хлебопекарной на фруктово-овощную муку. Физико-химические, органолептические и микробиологические показатели готовых изделий свидетельствует о возможности применения вторичного сырья в производстве хлебобулочных и кондитерских мучных изделиях. [8, 9]

Сушеная черная смородина и клюква в качестве новых видов сырья для производства кексов было предложено ученой С.П. Мерен-ковой. Мучные кондитерские изделия с включением сушеных ягод черной смородины отличались от контрольных образцов повышенным содержанием витамина С на 18.6 %, пищевых волокон на 18,2 % и железа на 20,9-

26,1 %, с включением сушеных ягод клюквы повышенное содержание железа на 68,6 %, марганца на 91,3%. Органолептические характеристики соответствовали всем требованиям стандарта.

Общая антиоксидантная способность чёрной смородины, измеренная фотометрическим методом FRAP (Ferric Reducing/ Antioxidant Power) с использованием фотометрического реагента - трипиридилтриазин, 1,10-фенантролин, 2,2’-дипиридила по интенсивности восстановления Fe3+, составляет 51,6 ± 1,2 мкмоль Fe2+/г, и является одной из самой высоких по сравнению с другими ягодами [14]. Плоды чёрной смородины содержат 116-342 мг/100 г аскорбиновой кислоты и 160- 411 мг/100 г антоцианов, которые являются наиболее распространенными представителями полифенольных соединений в этом фрукте. [10].

Одним из широко распространенных ягод является облепиха, которая занимают большую область произрастания, который содержит в своем составе вещества, обладающие фитонцидными и консервирующими свойствами. В плодах облепихи есть витамины А, С, Р, В1, В2, В9, каротин и витамин Е, минеральные вещества К, Са, Mg, Na, Pб Fe, а также пищевые волокна. [11]. Содержание простых углеводов в облепихе составляет от 4 до 11 %, органических кислот - от 1,2 до 3 %. Содержание бета-каротина, рибофлавина и пантотеновой кислоты в 100 г покрывает норму в 2-3 раза.

Имеются исследования по использованию масла облепихи, его содержание плодах около 9 % и 12,5 % в семенах. Источник биологически активных веществ облепиховое масло является очень ценным по содержанию полиненасыщенных жирных кислот, флавоноидов, фитонцидов. В облепиховом масле имеются все четыре омега-жирные кислоты -омега-3, омега-6, омега-7, омега-9, способствующие предупреждению старения, рака и болезней сердца. [12].

Кондитерские изделия отличаются высокой питательностью и усвояемостью. Недостатком мучных кондитерских изделий является высокое содержание сахара и жира и недостаточное содержание пищевых волокон, минеральных веществ и витаминов. Использование порошка из жома, полученного в качестве вторичного сырья пи производстве сока из облепихи, содержащего целый комплекс эссенциальных веществ, является перспективным, так как позволяет повысить не только пищевую ценность изделий, но и коэффициент использования сырьевых ресурсов. [11]. Ученым изучено внесение порошка из сублимированной облепихи в хлебобулочные изделия в количестве 7%, где выявлено увеличение пищевой ценности готовой продукции без снижения ее органолептических свойств и показателей качества. Оптимизированный состав хлебобулочных изделий отличался повышенным содержанием липидов (на 6,3 %), витамина Е (на 7,7 %), минеральных элементов - Cu2+ (на 9,5 %), Fe 2+ (на 8,7 %), К+ (на 6,9 %), Zn²⁺ (на 4,8 %), Са ²⁺ (на 4,5 %) и присутствием каротиноидов (16,9±0,5 мг/кг) и витамина А (0,32 ±0,03 мг/кг). [13]. В исследовании рассматриваются подходы к снижению йодной недостаточности посредством обогащения социально значимого продукта массового потребления - пшеничного хлеба. Автором проведен анализ аминокислотного состава пшеничного хлеба с применением функциональной добавки, разработанной на основе элитных сортов фруктово-ягодного сырья. [14].

Исследование Викторовой Е.П. и др. показывает, что внесение грушевого порошка (из вторичных ресурсов) в пшеничную муку улучшает ее реологические свойства, повышает газообразующую способность и укрепляет клейковину, повышает водопоглотительную способность. Добавка повышает пищевую ценность, обогащая пищевыми волокнами, минералами и витаминами, при оптимальной дозировке 3-5 % к массе муки. Готовое изделие характеризуется повышенным содержанием калия, фосфора, меди, пектина, Р-активных веществ, микроэлементов - железо и марганец. [15, 16]. Применение порошков из черной смородины и груши позволяет целенаправленно улучшать органолептические, структурные функциональные свойства сахарного печенья, повышая его пищевую ценность и стабильность при хранении. [17].

Материалы и методы исследования

В исследованиях тесто готовили несколькими способами: опарным (на большой густой опаре, на густой опаре и на жидкой опаре) и безопарным способом для пшеничного хлеба, в соответствии с пособием.

Методы исследования органолептических и физико-химических показателей при выполнении работы использованы следующие:

• - ГОСТ 26574-85. Мука пшеничная хлебопекарная;

• - ГОСТ Р 51574-2000 Соль поваренная пищевая. Технические условия;

• - ГОСТ 171-2015 Дрожжи хлебопекарные прессованные. Технические условия;

• - контрольные образцы пшеничного хлеба;

• - опытные образцы пшеничного хлеба функционального назначения.

Анализ качественных характеристик осуществлялся в соответствии с требованиями следующей нормативной документации: ГОСТ 5667—2022 Изделия хлебобулочные. Правила приемки, методы отбора образцов, методы определения органолептических показателей и массы изделий; ГОСТ 5670—96 Хлебобулочные изделия. Методы определения кислотности; ГОСТ 21094—2022 Изделия хлебобулочные. Методы определения влажности.

В соответствии с ГОСТ 5667—2022 Изделия хлебобулочные. Правила приемки, методы отбора образцов, методы определения органолептических показателей и массы изделий осуществлялся правильный отбор, обеспечивающий представительность выборки из партии. В рамках нормативного документа реализованы методики органолептического анализа, позволяющие объективно оценить внешний вид, состояние мякиша, вкус и запах изделий. Также стандарт устанавливает строгий порядок контроля массы, что необходимо для подтверждения соответствия продукции установленным рецептурным нормам и техническим условиям.

Определение кислотности опытных образцов осуществлялось по ГОСТ 5670-96, который устанавливает титриметрический метод анализа. Данная методика основана на нейтрализации содержащихся в продукте кислот раствором щелочи в присутствии индикатора или с использованием потенциометрического оборудования. Применение стандарта позволяет оценить правильность ведения технологического процесса и степень созревания теста, что особенно важно при внесении в рецептуру фруктово-ягодных порошков, влияющих на общий кислотный профиль готового изделия.

Оценка подъемной силы теста осуществлялось согласно ГОСТ 28483-90. Метод заключается в определении времени, необходимого для подъема теста до уровня 70 мм в стандартной форме при фиксированных температурных условиях. Данный показатель позволяет количественно оценить интенсивность спиртового брожения и газоудержи- вающую способность полуфабриката. Использование этой методики в исследовании позволило установить, как внесение функциональных добавок влияет на активность микрофлоры и формоудерживающую способность теста в процессе расстойки.

Определение массовой доли влаги в изделиях проводилось согласно ГОСТ 210942022. В основу стандарта положен метод высушивания навески измельченного продукта до постоянной массы при определенных температурных режимах. Данная процедура позволяет точно установить содержание гигроскопической влаги в продукте, что является критически важным параметром для оценки качества пропеченности, соблюдения технологического регламента и прогнозирования сроков сохранения свежести изделий. Применение актуальной методики ГОСТа обеспечивает достоверность контроля влияния растительных добавок на водоудерживающую способность теста и итоговую влажность готовой продукции.

Были проведены опытно-промышленные испытания по приготовлению нового хлеба «Керемет» с добавлением обогатительной функциональной добавки «Керемет», содержащий в своем составе только натуральные ингредиенты.

Замешивание теста осуществлялось на тестомесильной машине UNIC (производство -Франция) периодического действия. В качестве разрыхлителя применяются прессованные дрожжи. Готовое тесто разделывают на тестоделительной машине типа полуавтоматическая тестоделительная, округлительная машина и квадратная гидравлическая тестоделительная машина с двойным делением (производство - Италия). Технологические режимы тестовых заготовок в расстойном шкафу: относительная влажность 65-75 %, температура 35-38 0С. Выпечка производилась на технологическом оборудовании Fiorini при температуре 215-225 0С с подачей пара в течении 7 секунд., продолжительность выпечки составляла 25-30 мин. Готовность выпечки хлеба осуществлялось измерением температуры в центре мякиша, температура составляла 93 0С.

Результаты и их обсуждение

Разработка технологии обогащённых хлебных изделий, позволяет получить продукты с повышенной пищевой и биологической ценностью с целью снижения дефицита незаменимых аминокислот, железа, пищевых волокон в питании человека. Эта продукция нового поколения с функциональными свойствами. В том числе радиопротекторного, антиоксидантного действия.

Одним из перспективных способов восполнения дефицита необходимых компонентов является искусственное обогащение продуктов витаминами (БАВ). Однако исследования показывают, что минеральные вещества и синтетические витамины усваиваются организмом недостаточно эффективно. В связи с этим актуальной задачей является обогащение хлебобулочных изделий натуральным растительным, в частности плодово-ягодным сырьем.

При разработке рецептур новых видов функциональных хлебобулочных изделий был положен принцип профилактики железодефицитной анемии. В связи с ухудшением экологической обстановки актуальным является обогащение пшеничного хлеба как социального продукта макро-, микро- и ультра микроэлементами, незаменимыми аминокислотами и минеральными веществами, органическими кислотами (яблочной, лимонной, фумаровой, салициловая, хинная и др.), пектиновыми веществами, клетчаткой и моносахаридами (глюкозой и фруктозой). Для выбора сырья был проведен анализ литературных данных о химическом составе сырья, фармакологических свойствах, также сделан акцент на отсутствие токсичных соединений, наличию ароматических веществ, компонентов с антиоксидантными, антимикробными и другими биологически активными эффектами.

Витамины, относящиеся к незаменимым микронутриентам, играют ключевую роль в процессах клеточного метаболизма, выступая биологическими катализаторами биохимических реакций, повышая устойчивость организма к инфекционным воздействиям и обеспечивая реализацию ряда жизненно важных функций. При разработке функциональных ингредиентов были отобраны элитные сорта плодово-ягодных культур, характеризующиеся высокой урожайностью и адаптацией к условиям произрастания на территории страны. С учетом химического состава плодов и ягод была создана функциональная добавка, ориентированная на профилактику железодефицитной анемии.

Для профилактики железодефицитной анемии при разработке функциональной добавки использованы плоды облепихи, черной смородины и груши, характеризующиеся высоким содержанием железа, что положено основой для разработки функциональной добавки «Темтас» в виде сухого порошка.

Таблица 1. Минеральный состав плодов и ягод, мг/ 100 г

Наименование	Груша	Черная смородина	Облепиха
Калий	155	350	193
Кальций	19	36	22
Магний	12	31	30
Натрий	14	32	4
Фосфор	16	33	9
Железо	2,3	1,3	1,4

Для исследования влияния способа приготовления теста на качество хлеба из пшеничной муки с внесением функциональной добавки выполнены исследования с приготов- лением теста на большой густой, густой и жидкой опарах, а также безопарным способом, приведенным в таблице 2.

Таблица 2. Технология и рецептура приготовления теста

Способ производства теста		Количество муки пшеничной первого сорта	Количество вносимого функционального ингредиента	Количество дрожжей прессованных	Количество соли  пова ренной пищевой	Количество воды
Большая густая опара	опара	60-70	5-10	1,5	-	по расчету
	тесто	30	-	-	1,5
Густая опара	опара	40-50	5-10	1,5	-
	тесто	50	-	-	1,5
Жидкая опара	опара	20-30	5-10	1,5	-
	тесто	70	-	-	1,5
Безопар ный способ	тесто	100	5-10	1,5	1,5

В опытных образцах с внесением функциональной добавки «Темтас» и в зависимости от способа приготовления теста изменялись структурно-механические и физико-химические свойства полуфабрикатов и готовой продукции. Функциональная добавка вносилась в количестве 5, 7 и 10 % к массе муки.

По причине наличия собственных сахаров плодов и ягод функциональной добавки процесс брожения проходил более интенсивно во всех способах приготовления теста.

Выявлено влияние добавки на процесс кис-лотонакопления, так кислотность теста повысилась на 4,54, 9,09 и 18,1 %, также процесс меланоидинообразования происходит интенсивнее, чем в контрольном образце и в зависимости от количества вносимой добавки, что позволяло ускорить процесс созревания теста. Органолептические показатели полуфабрикатов и хлеба соответствовали требуемым параметрам.

Таблица 3. Продолжительность брожения, расстойки тестовых заготовок и выпечки изделий

Наименование	τ брожения, мин	τ расстойки тестовых заготовок, мин	τ выпечки, мин	τ всего технологическог о процесса, мин	τ сокращение технологическог о процесса
Контроль	240	60-65	20-24	320-329	-
Хлеб с внесением ФД «Темтас»	180	45-55	20-22	245-247	72-75

С внесением продолжительность брожения составила 3 часа, вместо 4 часов, так как необходимая кислотность полуфабрикатов была достигнута 3,6-3,8 град., что ощутимо повлияло на увеличение производственной мощности. Сокращение продолжительности технологического процесса начиная от замеса теста до выпечки готовых изделий на 30 % при производстве теста опарным способом на большой густой, густой и жидкой опарах.

Произведены изменения в технологический процесс производства при выпечке хлеба, а именно снижение температуры в печи на 50С. Данная технология отличается высокой интенсивностью и в связи с чем определено уменьшение количества вносимых дрожжей на 15-17 %.

Результаты, полученных зависимостей показал, что в зависимости от способа приготовления пшеничного теста с внесением функциональной добавки оказывали существенное влияние на удельный объем и общую сжимаемость мякиша хлеба. По причине достаточно полного созревания полуфабриката лучшими результатами по качеству отличались хлеба, приготовленные на большой густой и густой опарах.

Рисунок 1. Содержание микроэлементов в готовых изделиях, %

На основании полученных результатов исследований были разработаны рецептуры и технологии производства пшеничного хлебобулочного изделия «Керемет» массой 0,3 кг, а также технологические инструкции по их изготовлению. Использование местного плодово-ягодного сырья позволяет расширить ассортимент продуктов питания, снизить их рыночную стоимость за счет включения в рецептурный состав функциональной добавки, уменьшить количество продукций с рецептурным составом искусственных, химически синтезированных вкусовых добавок. Повышается экономическая эффективность производства и себестоимость социального продукта, такого как хлеб с функциональным назначением.

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что использование функциональной добавки на основе плодово-ягодного сырья (груши, черной смородины и облепихи) оказывает комплексное положительное влияние на технологический процесс производства пшеничного хлеба и качество готовой продукции. Введение добавки в количестве 5-10 % к массе муки способствует интенсификации процессов брожения и кислотонакопления, что позволяет сократить продолжительность технологического цикла на 30 %, снизить температуру выпечки и уменьшить расход прессованных дрожжей без ухудшения качества изделий.

Выявлено улучшение структурно-механических свойств теста, увеличение удельного объема и формирование равномерной, эластичной структуры мякиша, особенно при опарных способах приготовления теста. Органолептические показатели хлеба с функциональной добавкой соответствую требованиям нормативной документации и характеризуются улучшенными вкусоароматическими свойствами.

Разработана рецептура и технология производства пшеничного хлебобулочного изделия «Керемет», обогащенного минеральными веществами и биологически активными компонентами, способствующими профилактике железодефицитной анемии. Полученные результаты подтверждают целесообразность промышленного применения местного плодово-ягодного сырья при создании функциональных хлебобулочных изделий, соответствующих современным требованиям здорового и рационального питания.