Обогащение хлеба тонкодисперсными порошками отрубей зерновых культур

В Казахстане хлеб – один из основных и доступных продуктов питания, как и во всем мире. Производственный процесс относительно дешев, хорошо известен и не сложно реализуем. Как правило, хлеб имеет хороший вкус, что дает большие возможности вариаций, обеспечивающих широкий выбор потребителям. Пшеница, являющаяся основой традиционного хлеба, по праву считается важным источником энергии, различных питательных веществ и микроэлементов, необходимых для здорового питания. Однако, переработка пше- ницы существенно изменяет состав полезных веществ, приводя к потере питательных веществ и снижению пищевой ценности пшеничной муки [1]. Традиционно используемая в хлебе пшеничная мука высоких сортов характеризуется незначительным количеством определенных макро- и микроэлементов, ввиду этого в мире предпринимаются усилия по обогащению пшеничной муки [2] и изделий из нее бобовыми культурами [2–5], другими злаками [6] или растительными источниками [7] с целью повышения содержания белка [8], клетчатки [9] или микроэлементов [6].

Растительные источники позволяют обогатить пшеничную муку отдельными незаменимыми аминокислотами, клетчаткой, витаминами и микроэлементами.

В последнее время широко применяются для обогащения хлеба порошкообразные растительные источники, неоспоримым преимуществом которых является высокая концентрация биологически активных веществ, т.к. их масса меньше массы исходного сырья в 6-8 раз, имеется возможность использования при производстве мучных изделий с низкой влажностью, ввиду этого – длительный срок хранения и хорошая транспортабельность [10].

При этом, в виде порошков, и чаще тонкого помола, широко используются не только зерновые культуры, но и их отруби. Так, по данным Xiaoxuan Jin et al [11], сверхтонкий помол снижает водоудерживающую способность отрубей на 17–20 %. Тесто, обогащенное такими отрубями, показало в целом лучшую стабильность и растяжимость. Такие же результаты получили Xiaoyun Xu et al [12]. По данным исследований, сверхтонкий помол отрубей повысил водопоглощение, пиковую вязкость, крахмалостойкость теста при горячем гелеобразовании. В то же время, сверхтонкий помол отрубей привел к снижению максимальной высоты теста и снижению образования CO 2 в тесте.

Зерновые отруби являются источником пищевых волокон (целлюлозы и гемицеллюлозы), минеральных веществ, в том числе, (К, Са, Mg, Fe, Zn, Mn и Se), витаминов (В1, В2). Замена части муки отрубями снижает содержание легкоусвояемых углеводов, кроме этого, позволяет замедлить процесс усвояемости моно- и дисахаридов. Рекомендуемая дозировка отрубей пшеничных в соответствии с источником [13], составляет от 10 до 15 % к массе муки. При увеличении их количества происходит ухудшение органолептических и физико-химических показателей качества хлебобулочных изделий [14].

Ввиду этого, применение тонкодисперсных порошков из зерновых отрубей представляет значительный интерес как обогатитель и улучшитель хлебобулочных изделий. При этом, главным вопросом, требующим решения в настоящее время, является изучение возможности расширения видов отрубей из зерновых культур и нормы внесения, которые позволят как повысить пищевую ценность, так и сохранить высокие потребительские качества хлебобулочных изделий.

Объекты и методы исследований

Перечень использованных в исследованиях материалов и нормативных документов, которым они соответствовали:

пшеница – ГОСТ 9353-2016; чечевица – ГОСТ 10418-88; овес – ГОСТ 28673-2019; гречиха – ГОСТ 19092-2021; пшеничная мука – ГОСТ 26574-2017; дрожжи хлебопекарные прессованные – ГОСТ 171-2015; соль поваренная пищевая – СТ РК ГОСТ Р 51574-2003; сахар белый – ГОСТ 33222-2015; вода питьевая – СТ РК ГОСТ Р 51232-2003; масло подсолнечное – ГОСТ 1129-2013.

Тонкодисперсные порошки из зерновых и зернобобовых отрубей получили измельчением на центробежной мельнице ЦМ-0000 (Россия), которая осуществляет размол мелющими телами, расположенными рядами на боковой поверхности ротора, образуя самостоятельно независимо функционирующие каскады с определенными заданными технологическими параметрами. Определение размера частиц полученных размолотых продуктов, проведенных на сканирующем электронном микроскопе Quanta 3D 200i методом энергодисперсионной спектроскопии, показало, что крупность помола составила от 337 нанометров до 1,50 микрометров (рис. 1).

Методика, примененная при выпечке хлеба, – безопарный способ приготовления теста по ГОСТ 27669-88. Пробы теста контрольной группы готовили без добавок. Во всех экспериментах для изготовления хлеба использованы технология и рецептура хлеба из муки высшего сорта в соответствии с [15]. Тесто для хлеба с добавлением тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей замешивали вручную в течение 10 мин в соответствии с расчетными значениями рецептуры (табл. 1).

Тесто помещали в термостат при температуре 35–37 °С для брожения на 90 минут. В процессе брожения проводили две обминки. По окончании брожения проводили разделку теста и формование заготовок, направленные сначала на расстойку, а затем – на выпечку. Выпечку проводили в печи с увлажнением пекарной камеры при температуре 220–230 °С с продолжительностью выпечки 28 мин [16].

а) отруби гречихи

б) отруби овса

в) отруби чечевицы

г) отруби пшеницы

Рис. 1. Изображение тонкодисперсного порошка из отрубей

Таблица 1

Рецептура приготовления хлеба из пшеничной муки высшего сорта с внесением тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей

Наименование сырья	Расход сырья, %
	Контроль	Опытные пробы с дозой внесения тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей
		10 %	15 %	20 %
Мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта	100	100	100	100
Тонкодисперсные порошки из зерновых и зернобобовых отрубей	0	10	15	20
Дрожжи хлебопекарные	1,5	1,5	1,5	1,5
Соль поваренная пищевая	1,0	1,0	1,0	1,0
Сахар -песок	2,0	2,0	2,0	2,0
Вода питьевая	По расчету	По расчету	По расчету	По расчету

Анализ образцов проведен спустя 20 часов после выпекания хлеба. Отбор образцов осуществляли по ГОСТ 5667-65. Влажность хлеба определяли по ГОСТ 21094-75, кислотность - по ГОСТ 5670-96, пористость мякиша - по ГОСТ 5669-96 на приборе Журавлева, для подового хлеба - объемный выход определяли объёмомером хлеба РЗ-БИО, работа которого заключается в вытеснении хлебом объёма мелкого зерна, применяемого в качестве сыпучего материала [17]. Удельный объём хлеба вычисляли по объему образца, взвешенного с точностью до 1 г.

Органолептические свойства полученных образцов хлеба определяли экспертным методом. В качестве экспертов были выбраны сотрудники компании. Оцениваемые образцы представлены в табл. 2. Внешний вид хлеба определяли визуально, обращали внимание, прежде всего, на цвет коркового слоя, затем состояние поверхности - насколько правильные и симметричные формы образца. Состояние корки оценивали по состоянию поверхности, состояние мякиша - по цвету и оттенкам мякиша. На состояние мякиша также влияли пористость, эластичность, промес и пропе-ченность. Разжёвыванием мякиша определяли вкус хлеба. Наличием или отсутствием несвойственных запахов у образцов хлеба оценивался их аромат. По эластичности стенок и черствости образцов оценивалась свежесть хлеба [18, 19].

Таблица 2 Наименование опытных образцов

Опытный образец	Полное наименование опытных образцов
ПХКО (контрольный)	Подовый хлеб - контрольный образец
ПХТДППО	Подовый хлеб с тонкодисперсным порошком из пшеничных отрубей
ПХТДПГО	Подовый хлеб с тонкодисперсным порошком из гречишных отрубей
ПХТДПОО	Подовый хлеб с тонкодисперсным порошком из овсяных отрубей
ПХТДПЧО	Подовый хлеб с тонкодисперсным порошком из чечевичных отрубей

Результаты и их обсуждение

В целях исследования повышения пищевой ценности хлеба с добавлением тонкодисперсных порошков из зерновых отрубей проведен их химический и микробиологический анализ (рис. 2).

Сравнительная оценка тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей показала, что по содержанию белка преобладает тонкодисперсный порошок из чечевичных отрубей 18,56 %, по содержанию клетчатки и жира - тонкодисперсный порошок из овсяных отрубей (4,85 % жира и 16,43 % клетчатки), по содержанию крахмала - тонкодисперсный порошок из гречишных отрубей 56,01 %.

Полученные данные микробиологических показателей свидетельствуют о безопасности исследованных тонкодисперсных порошков.

Для оценки качества полученных образцов хлеба готовых изделий использовали органолептические, физико-химические и структурно-механические показатели их качества.

Проведены исследования влияния тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей на физико-химические показатели хлеба из пшеничной муки высшего сорта и тонкодисперсных порошков (рис. 3-5).

Анализ данных хлебобулочных изделий, полученных при внесении тонкодисперсных порошков из отрубей зерновых и зернобобовых культур в тесто в количестве 10; 15; 20 % к массе муки, показал, что формоустойчи-вость всех экспериментальных образцов увеличилась на 2-3 % по сравнению с контролем (см. рис. 3).

Наибольшее увеличение кислотности наблюдается при внесении тонкодисперсных порошков из отрубей зерновых и зернобобовых культур в тесто в количестве 20 % по сравнению с контрольным образцом. При внесении 10 и 15 % наблюдается незначительное увеличение кислотности по сравнению с контролем, с 2 до 2,8 град (см. рис. 4).

Пористость хлебобулочных изделий определяет их важное свойство - усвояемость. Хлеб с низкой пористостью характеризует изделие из плохо выброженного теста с низкой влажностью. При этом стандартное значение пористости пшеничного хлеба находится в пределах от 63 до 65 % [13].

■ Тонкодисперсный порошок из гречишных отрубей ■ Тонкодисперсный порошок из чечевичных отрубей

Рис. 2. Сравнительная характеристика тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей

Рис. 3. Влияние дозы внесения тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей на формоустойчивость

Рис. 4. Влияние дозы внесения тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей на кислотность

Данные исследований показали, что пористость всех полученных опытных образцов с тонкодисперсными порошками из зерновых и зернобобовых отрубей была от 49 до 72 %, что находится в пределах средних и высоких значений и указывает на то, что тесто хорошо выброжено (см. рис. 5) [20].

То есть с увеличением дозировки тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей возрастает кислотность мякиша хлеба, снижаются удельный объем и пористость.

Оценка данных органолептической характеристики показала, что контрольные образцы и образцы с добавлением 10 % тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей обладали правильной формой, имели равномерно окрашенную корку от светло-коричневого до коричневого цвета, равномерную и среднюю пористость, средне эластичный мякиш, выраженный вкус и аромат, свойственный хлебу.

В то же время добавление 15 и 20 % тонкодисперсных порошков зерновых и зернобобовых культур привело к значительному ухудшению следующих органолептических показателей – пористость хлеба, окраска корки и состояние поверхности.

Таким образом, результаты исследований показали, что наиболее рациональным количеством вносимых тонкодисперсных порошков зерновых и зернобобовых культур является 10 % порошков от массы образца. Использование такой дозировки позволило получить хлеб с максимальными близкими к контроль- ному образцу физико-химическими и потребительскими показателями.

Анализ подового хлеба с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей на микробиологическую безопасность показал, что исследованные показатели безопасности: КМАФАнМ, дрожжи, плесени не превысили предельнодопустимые значения (табл. 3).

Результаты анализов химического состава полученных образцов показали, что, по сравнению с контрольным образцом, во всех опытных образцах наблюдается повышенное содержание белка на 8–9 % и клетчатки от 2 до 5 раз. Известно, что хлеб с отрубями активизирует пищеварение, ускоряет процесс освобождения от токсинов. Кроме этого, высокое содержание белка и клетчатки позволяет снизить риск развития заболеваний сердечнососудистой системы и диабета [21, 22].

Качественная оценка опытных образцов подового хлеба с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей по органолептическим показателям показала, что использование 10 % тонкодисперсных порошков из пшеничного, овсяного, гречишного и чечевичного отрубей обеспечивает высокие органолептические и физико-химическое показатели хлеба (табл. 4).

У исследуемых образцов (рис. 6) подового хлеба с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из овсяных, гречишных, чечевичных и пшеничных отрубей форма хлеба правильная, круглая без вмятин, поверхность корки ровная, гладкая без вздутий и трещин.

Рис. 5. Влияние дозы внесения тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей на пористость

Таблица 3

Химический и микробиологический анализ подового хлеба с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей

Опытный образец	Физико-химические показатели					Микробиологические показатели, КОЕ/г
	Влажность, %	Массовая доля белка, %	Массовая доля жира, %	Массовая доля углеводов, %	Массовая доля клетчатки, %	КМА-ФАнМ,	дрожжи	плесени
						ПДК 5 x 10 4	ПДК 50	ПДК 50
ПХКО (контрольный)	34,94	9,5	2,95	41,04	1,05	1 x 10 2	1	Не обн.
ПХ с 10 %ТДП из ПО	31,70	10,39	4,08	44,56	2,02	4 x 10 2	5	Не обн.
ПХ с 10 %ТДП из ГО	31,04	10,26	1,78	35,51	2,23	5 x 10 2	1	Не обн.
ПХ с 10 %ТДП из ОО	32,86	10,40	3,72	26,48	4,08	4 x 10 2	1	Не обн.
ПХ с 10 %ТДП из ЧО	32,36	10,31	3,36	29,48	5,16	2 x 10 2	1	Не обн.

Таблица 4

Показатели качества опытных образцов подового хлеба с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей по органолептическим показателям

Наименование показателей	Подовый хлеб с 10 % тонкодисперсным порошком
	из овсяных отрубей (ПХТДПОО 10 %)	из гречишных отрубей (ПХТДПГО 10 %)	из чечевичных отрубей (ПХТДПЧО 10 %)	из пшеничных отрубей (ПХТДППО 10 %)
Внешний вид:
Форма	Правильная, без вмятин, с ровными краями
Поверхность	Гладкая без вздутий и трещин
Цвет корки	Светлокоричневая	Коричневая	Коричневая	Светлокоричневая
Состояние мякиша	Пропеченные, без признаков непромеса, с равномерной структурой
Пористость	По крупности – средняя, равномерная
Вкус	Приятный, с легко выраженным вкусом хлеба с обойной мукой
Запах	Приятный, с легко выраженным запахом внесенной добавки
Влажность	41,2	40,5	42,3	42,1
Кислотность	2,0	2,3	2,3	2,3

Подовый хлеб с 10% тонкодисперсным порошком из овсяных отрубей

Подовый хлеб с 10% тонкодисперсным порошком из гречишных отрубей

Подовый хлеб с 10% тонкодисперсным порошком из чечевичных отрубей

Подовый хлеб с 10% тонкодисперсным порошком из пшеничных отрубей

Рис. 6. Вид опытных образцов подового хлеба с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из зерновых и зернобобовых отрубей

Цвет опытных образцов с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из овсяных и пшеничных отрубей – светло-коричневый, образцы с 10 % содержанием тонкодисперсных порошков из гречишных и чечевичных отрубей – коричневые. Состояние мякиша у всех образцов – пропеченные, без признаков непромеса, с равномерной структурой и пористостью. Вкус и запах – приятный, с легко выраженным вкусом хлеба с обойной мукой.

Выводы

Полученные в ходе исследований результаты показали, что тонкодисперсные порошки

из зерновых и зернобобовых отрубей можно использовать в качестве обогатителя пшеничной муки в технологии производства пшеничного хлеба. Так, по сравнению с контрольным образцом, во всех полученных образцах хлеба наблюдается повышенное содержание белка на 8–9 % и клетчатки от 2 до 5 раз. Известно, что хлеб с отрубями активизирует пищеварение, ускоряет процесс освобождения от токсинов. Кроме этого, высокое содержание белка и клетчатки позволяет снизить риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы и диабета.