Оценка технологических свойств пивной дробины и потребительского восприятия функционального хлеба в городе Астана

МРНТИ:65.43.91                                

В условиях глобального перехода к устойчивым моделям производства и потребления (ЦУР №12) вопросы переработки пищевых отходов приобретают стратегическую значимость. Экологический кодекс Республики Казахстан (2021) акцентирует необходимость внедрения технологий вторичной переработки сырья, особенно в отраслевых производствах с высоким ресурсным оборотом [1,2].

Пивная дробина (ПД) — наиболее массовый побочный продукт пивоваренного производства, формирующийся при фильтрации затора. Согласно данным FAOSTAT, в 2022 году в Казахстане произведено 716 930,8 тонн пива, что приводит к образованию примерно 95

тыс. тонн ПД ежегодно. Этот побочный продукт содержит значительное количество пищевых волокон, белка, β-глюкана и витаминов группы B, что делает его перспективным ингредиентом функциональных пищевых продуктов, включая хлебобулочные изделия [3-6].

Несмотря на высокую пищевую ценность, использование ПД в хлебопекарном производстве Казахстана ограничено. Проблема лежит в технологической плоскости — ПД изменяет структуру теста, его водопоглотительные и реологические свойства. Не менее важным является фактор потребительского восприятия. Исследования 2021 года показали умеренный интерес, но низкую осведомлённость о вторичных ингредиентах.

Рост экологической мотивации среди молодёжи делает актуальным повторное исследование восприятия функциональных продуктов в 2025 году.

Целью данной работы является изучение морфологических свойств пивной дробины и её влияния на водопоглотительную способность, что позволяет раскрыть технологический потенциал данного сырья. Нам было важно оценить динамику потребительского отношения к функциональному хлебу и продуктам переработки растительного сырья за период с 2021 по 2025 год.

Материалы и методы исследований

Материалы. В исследовании использовалась высушенная пивная дробина (ПД), на Первом пивоваренном заводе полученная при производстве светлого лагера на основе ячменного солода (г. Алматы, Казахстан) на этапе фильтрации затора при производстве пива. Для стабилизации сырья с начальной влажностью 78,5 ± 1,5% применялась промышленная барабанная сушильная установка прямоточного действия. Дегидратация осуществлялась методом высокотемпературной шоковой сушки: температура теплоносителя на входе в барабан составляла 500 °C, при этом температура самого продукта поддерживалась в диапазоне 85–100 °C. Время экспозиции в сушильном агрегате составляло 5-20 минут, что позволило получить стабилизированный продукт с конечной влажностью 8-10 % при сохранении нативного белкового и липидного комплексов [7-9].

Для достижения однородности вносимой добавки и оптимизации текстурных характеристик хлеба, высушенную ПД измельчали на лабораторной мельнице. Для экспериментальных целей отбиралась высокодисперсная фракция, прошедшая через сито №80 (размер отверстий 180–200 мкм), что соответствует тонкому помолу.

Внесение пивной дробины в неразмо-лотом виде исключалось, так как это нарушает сплошность клейковинного каркаса и ухудшает органолептические показатели. Использование фракции помола через сито №80 позволило получить функциональный ингредиент с оптимальными технологическими свойствами

Для приготовления хлеба применялась пшеничная мука высшего сорта (ГОСТ 265742017), дистиллированная вода и стандартные хлебопекарные добавки.

Подготовка тестовых смесей. Пшеничная мука смешивалась с высушенной пивной дробиной в массовых долях 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 %. Смеси использовались для анализа физико-химических свойств и органолептической оценки хлеба.

Химический анализ. Определялся сос-тав ПД: влажность, белок, клетчатка, жир, зола, углеводы, энергетическая ценность [7,13]. Для контроля безопасности сырья определялось содержание тяжёлых металлов (Cd, Pb, As) методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ГОСТ 33824-2016, 31628-2012) [7,11].

Микроструктура и водопоглотительная способность. Микроструктура ПД исследовалась с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) при увеличении ×600, что позволило визуализировать плотные клеточные стенки и волокнистую структуру [12]. Водопоглотительная способность (ВПС) измерялась методом центрифугирования согласно модифицированной методике AACC 56-30.01 [13]. 1 г образца смешивали с 10 мл дистиллированной воды, выдерживали 30 мин и центрифугировали при 10 000 об/мин. ВПС рассчитывалась как масса удержанной воды на 1г сухого сырья.

Приготовление хлеба и сенсорная оценка. Хлеб готовился из тестовых смесей с различной долей ПД (5-35 %). Органолептическая оценка проводилась по 5-балльной шкале Лайкерта по параметрам: текстура, цвет, вкус, аромат и общая приемлемость [14]. Для визуализации сенсорных данных строилась тепловая карта.

Потребительский опрос. Онлайн-опрос среди жителей Астаны (N=109, возраст 16-25 лет) проводился для выявления ключевых факторов потребительского воприятия и оценки готовности к потреблению вторичного сырья, как пивная дробина. Основная цель заключалась в анализе взаимосвязи между знаниями о здоровом образе жизни, доверии к новым ингредиентам и экологическими установками

Использовались методы х2-анализ, коэффициент ассоциации Cramér’s V и корреляционный анализ Пирсона и Спирмена для выявления значимых связей между экологическими и когнитивными факторами и готовностью к потреблению [15,16].

Результаты и их обсуждение

Внешний вид пивной дробины представлен на рисунке 1. Материал характеризуется волокнистой, неоднородной структурой с частицами различной фракции, что типично для вторичного сырья пивоваренного производства.

Рисунок 1. Внешний вид высушенной пивной дробины

На СЭМ-снимке (рис. 2) видны плотные клеточные стенки, участки разрушенного эндосперма и хаотично ориентированные волокнистые элементы. Такая микроструктура объясняет высокую водопоглотительную способность высушенной пивной дробины и её влияние на уплотнение теста при высоких дозировках, что также отмечено в исследованиях Baiano et al. (2023) и Păcală et al. (2024) [11,12].

Рисунок 2. Микроструктура пивной дробины (СЭМ, ×600).

Химический состав пивной дробины

В таблице 1 представлены результаты исследования физико-химических показателей высушенной пивной дробины (ПД). Анализ данных подтверждает, что ПД является концентрированным источником нутриентов, что обусловлено применением высокотем- пературной промышленной сушки (t = 500°C). Несмотря на агрессивный температурный режим теплоносителя, кратковременность контакта (шоковая сушка) позволяет достичь глубокой дегидратации сырья при сохранении его биологической ценности.

Таблица 1. Химический состав сушёной пивной дробины, %

Показатель	Белок	Жир	Клетчатка сырая	Углеводы (БЭВ) **	Зола	Энергетическая ценность
Значение (в % к АСВ*)	31,18 %±0,42	11,02% ±0,15	30,73 % ±0,38	18,70 % ±0,21	3,74% ±0,05***	298,7 Ккал

АСВ * — абсолютно сухое вещество. БЭВ ** — безазотистые экстрактивные вещества (растворимые углеводы, остаточный крахмал). *** Значение скорректировано для сухого вещества.

Высокое содержание белка (31,18%) и сырой клетчатки (30,73%) в исследуемом образце свидетельствует о высокой степени извлечения экстрактивных веществ в процессе затирания сусла, в результате чего в дробине концентрируются преимущественно структурные компоненты ячменного зерна и белковые фракции.

Дифференцированное определение содержания клетчатки и углеводов (БЭВ) в данной работе обусловлено необходимостью оценки технологического потенциала сырья. Низкая доля растворимых углеводов (18,70%) на фоне высокого содержания клетчатки объясняется эффективным переходом сахаров в сусло и частичной термической модификацией полисахаридного комплекса (реакция Майяра и карамелизация) под воздействием высокой температуры сушки. Высокотемпературная обработка способствует уплотнению лигноцеллюлозного каркаса, что подтверждается данными микроструктурного анализа (СЭМ) и коррелирует с ростом водопоглотительной способности (ВПС) материала.

Энергетическая ценность высушенного продукта составляет 298,7 ккал/100 г, что в 4,5 раза превышает показатели нативной (влажной) дробины (~65,6 ккал). Такой прирост плотности энергии подтверждает эффективность процесса сушки как метода трансформации скоропортящегося побочного продукта в стабильный функциональный ингредиент с высоким содержанием незаменимых аминокислот, в частности лизина. Сравнение полученных данных с результатами Waters et al. (2012) и Baiano et al. (2023) подтверждает адекватность выбранных режимов обработки для получения сырья [10,11].

Полученные результаты подтверждают, что пивная дробина относится к высокобелковым и высоковолокнистым ингредиентам, перспективным для обогащения хлебобулочных изделий. По данным Waters et al. (2012), пивная дробина содержит значительное количество нерастворимых волокон, минералов и белковых фракций, которые опре- деляют её высокую функциональность и нутритивную ценность [5].

Благодаря этому всего 100 г сухой пивной дробины способны обеспечивать до 50– 60 % суточной нормы пищевых волокон и 20– 25 % суточной нормы белка взрослого человека , что делает её эффективным источником нутриентов для функциональных продуктов питания. Исследования Baiano et al. (2023) и Pacala et al. (2024) также подчёркивают высокую концентрацию клетчатки и белков в пивной дробине и её ценность как ингредиента [11, 12].

Таким образом, высушенная пивная дробина представляет собой доступный источник пищевых волокон и белка, способный значительно повысить нутритивную ценность хлеба при правильном подборе дозировки.

Анализ содержания тяжёлых металлов

Таблица 2. Содержание тяжёлых металлов, мг/кг

Металл	Кадмий	Свинец	Мышьяк
Норма	≤0,10 мг/кг	≤1,0 мг/кг	≤1,0 мг/кг
Факт	0,05	0,10	0,02

Оценка содержания токсичных элементов в пивной дробине является ключевым этапом при рассмотрении её в качестве пищевого ингредиента. Высушенная пивная дробина относится к категории вторичных продуктов переработки, и в потребительской среде нередко существует стереотип о возможном повышенном содержании в ней тяжёлых металлов и других загрязнителей. Это связано с тем, что подобные продукты воспринимаются как побочные или «остаточные» материалы, что формирует ожидание потенциальных рисков для здоровья, особенно при использовании их в массовом питании.

В связи с этим контроль содержания кадмия (Cd), свинца (Pb) и мышьяка (As) приобретает особую важность, поскольку эти элементы обладают способностью к биоакку- муляции и при превышении допустимых уровней действительно представляют угрозу для здоровья. В рамках исследования были проанализированы уровни Cd, Pb и As в образцах ПД, полученной на Первом пивоваренном заводе (г. Алматы). Полученные значения находились существенно ниже предельно допустимых концентраций, что свидетельствует о безопасности данной ПД для использования в хлебопекарной промышленности.

Установлено, что увеличение доли высушенной пивной дробины приводит к росту ВПС, что обусловлено высоким содержанием пищевых волокон и развитой пористой структурой дробины, характерной для побочных продуктов пивоварения [13].

Рисунок 3. Влияние содержания высушенной пивной дробины на водопоглотительную способность тестовых смесей

Анализ показал, что дозировка ПД свыше 15% приводит к росту ВПС до уровня 65,5– 71,9%, что выходит за рамки оптимального технологического диапазона для пшеничного теста. Согласно реологическим нормам, столь высокая водопоглотительная способность при одновременном снижении доли глютеновых белков влияет на качество хлеба, а именно мякиш становится плотным и обьем булки уменьшается. Таким образом, предел в 15% является научно обоснованным максимумом, позволяющим сбалансировать функциональную ценность продукта и его соответствие стандартам качества хлебобулочных изделий

Рост адгезии (липкости) теста при высоких концентрациях ПД затрудняет его механическую обработку, что подтверждается исследованиями реологического профиля смесей с высоким содержанием нерастворимых волокон [3, 4]. Таким образом, предел в 15% является научно обоснованным максимумом, позволяющим сбалансировать функциональ- ную ценность продукта и его соответствие стандартам качества хлебобулочных изделий [5,15].

Потребительский опрос (Астана, 2025)

Основные результаты:

– 93 % считают натуральность важной;

– 65,1 % — экологичность важна или очень важна;

– 47,7 % поддерживают переработку пищевых отходов;

• –    70+ % готовы попробовать хлеб с ПД;

• – 39 % сомневаются в пользе или

• безопасности.

Для оценки связи между двумя категориальными переменными — убеждённостью в пользе пивной дробины и готовностью потребителей попробовать хлеб с ПД — использовали коэффициент ассоциации V Крамера . Расчёт проводили на основе критерия χ² Пирсона, полученного из таблицы сопряжённости 2×2. Значение V вычисляли по формуле:

V =

где

X2 — эмпирическое значение критерия Пирсона, п — объём выборки (N = 109), k — минимальное количество категорий по одной из переменных.

Полученное значение V = 0,52 (p <0,001) свидетельствует о сильной статистически значимой связи: чем выше убеждённость в пользе ПД, тем выше вероятность готовности попробовать функциональный хлеб.

Корреляционный анализ Пирсона и Спирмена

Матрицы корреляций показывают, что наиболее сильные взаимосвязи наблюдаются между блоками экологичности , поддержки переработки и готовности попробовать функциональный продукт .

Таблица 3. Матрица корреляций показателей экологических установок и готовности потребителей к потреблению функционального продукта

Пара переменных	ρ Spearman	Интерпретация
Экологичность важна ↔ Поддерживаю переработку ингредиентов	0.62	сильная положительная связь
Экологичность важна ↔ Готов попробовать хлеб с ПД	0.48	умеренная положительная связь
Убеждённость  в  пользе  ПД  ↔  Готовность попробовать	0.56	сильная связь
Натуральность продуктов важна ↔ Доверие к инновационным ингредиентам	0.44	умеренная связь

Таблица 4. Сильные коэффициенты Пирсона (r > 0.45)

Пара переменных	r Pearson	Интерпретация
Польза ПД ↔ Готовность попробовать	0.51	сильная линейная связь
Экологичность ↔ Поддержка переработки	0.49	умеренно сильная связь

Таким образом, экологические ценности и знание о вторичных ингредиентах статистически значимо связаны с готовностью к потреблению продукта.

χ²-анализ и коэффициент ассоциации Cramér’s V

Для категориальных переменных (≤10 уникальных значений) были рассчитаны таблицы сопряжённости.

Таблица 5. Таблицы сопряжённости категориальных переменных потребительского восприятия

Переменные	χ²	p	V	Сила ассоциации
Польза ПД ↔ Готовность попробовать хлеб	21.84	p < 0.001	0.52	сильной   и   статистически значимой ассоциации
Экологичность      важна      ↔ Поддерживаю переработку	18.02	<0.001	0.41	умеренно сильная
Экологичность важна ↔ Готовность попробовать	12.44	0.004	0.33	умеренная
Сомнения в составе ↔ Готовность попробовать	10.98	0.009	0.30	умеренная
Знание о вторичных ингредиентах ↔ Готовность попробовать	9.74	0.015	0.29	умеренная

Анализ ассоциаций между ключевыми параметрами потребительского восприятия позволил детально оценить факторы, влияющие на готовность респондентов попробовать функциональный хлеб с добавлением пивной дробины. Наиболее выраженная взаимосвязь выявлена между убеждённостью в пользе ПД и намерением потребителя попробовать соответствующий продукт. Значения χ² = 21.84, p < 0.001 и Cramér’s V = 0.52 показывают что, готовность купить такой хлеб напрямую зависит от того понимает ли потребитель пользу внесенной добавки в хлеб. Этот результат согласуется с общими тенденциями, фиксируемыми в исследованиях функциональных продуктов, где информированность о пользе сырья выступает основным фактором заинтересованности потребителя.

Важную роль играют и экологические установки респондентов. Умеренно сильная связь между восприятием экологичности и поддержкой переработки пищевых отходов (V = 0.41, p <0.001) подтверждает, что экологические мотивы становятся одним из основных факторов вовлечённости молодёжи в потребление инновационных продуктов. В свою очередь, умеренная, но статистически значимая взаимосвязь между экологичностью и готовностью попробовать хлеб с пивной дробиной (V = 0.33, p = 0.004) указывает на транслирование экологической ориентации в поведенческие намерения, что согласуется с наблюдаемым ростом интереса к устойчивым и функциональным продуктам.

Отдельного внимания заслуживает связь между сомнениями в составе и готовностью к потреблению (V = 0.30). Хотя данная ассоциация выражена умеренно, она подчёркивает, что потребителей пугает не «вторичность» сырья таковая, а отсутствии достаточной информации о сырье. Это подтверждается и связью между знанием о вторичных ингредиентах и готовностью к пробе ( V = 0.29, p = 0.015). Таким образом, повышение прозрачности и информативности состава может существенно снизить уровень недоверия и расширить целевую аудиторию функционального хлеба.

Анализ показал, что готовность людей покупать хлеб с добавлением пивной дробины держится на трех «китах»: понимании реальной пользы продукта, экологической мотивации и осведомленности о том, что такое вторичное сырье. Именно эти факторы определяют успех продукта на рынке.

Эти выводы полностью согласуются с динамикой изменений между 2021 и 2025 годами, где отмечается смещение фокуса с привычного вкуса на ценности устойчивости и натуральности, а также рост доверия к функциональным и экологичным продуктам питания [16].

Таблица 6. Сравнение 2021 vs. 2025

Показатель	2021 (N=100)	2025 (N=109)
Готовность попробовать	63 %	>70 %
Ценность экологичности	второстепенна	ключевой мотив
Знание о ЗОЖ	среднее	Высокое
Основной барьер	недоверие производителю	сомнение в составе
Мотив выбора	привычный вкус	натуральность и экология

Из таблицы 6 следует что мотивы выбора хлеба сменились с привычного вкуса на натуральность и экологию, что полностью согласуется с увеличением ценности экологичности и увеличением осведомленности о здоровом образе жизни и здоровом питании.

Переход потребительских предпочтений в сторону экологичности (увеличение с второстепенного мотива в 2021 г. до ключевого в 2025 г.) обосновывает промышленное внедрение ПД. Расчеты показывают, что замена всего 15% муки на ПД в масштабах города Астана позволит возвращать в пищевой оборот значительные объемы растительного белка и клетчатки, минимизируя потери питательных веществ, которые ранее классифицировались как отход. Это подтверждает гипотезу о том, что функциональный хлеб с ПД является инструментом реализации стратегии низкоуглеродного развития пищевого сектора Казахстана.

Заключение

Результаты исследования подтвердили, что пивная дробина является ценным вторичным сырьем с высоким содержанием белка и пищевых волокон. Анализ на содержание тяжелых металлов показал безопасность сырья, а результаты СЭМ анализа выявили наличие плотных клеточных стенок и развитой волокнистой матрицы, что объясняет рост ВПС и одновременное уплотнение структуры теста при увеличении дозировки ПД.

Потребительский анализ показал высокий уровень интереса молодёжи к функциональным и экологичным продуктам. Более 70 % респондентов готовы попробовать хлеб с ПД, из них большая часть в возрастной категории от 2021 года, что существенно выше показателей 2021 года. Восприятие экологичности и натуральности играет решающую роль в мотивировании потребителя: экологические установки статистически значимо связаны как с поддержкой переработки (V = 0.41), так и с готовностью попробовать хлеб (V = 0.33).

Наиболее сильным предиктором принятия продукта является убеждённость в пользе ПД (χ² = 21.84, p < 0.001, V = 0.52). Это подтверждает, что знание и понимание функциональной ценности ингредиента формируют основу положительного потребительского решения. Вместе с тем выявленные сомнения в составе у части респондентов (V = 0.30) указывают на важность прозрачности состава и доступной коммуникации о безопасности ингредиента.

Сравнение с данными 2021 года демонстрирует укрепление экологической мотивации и повышение уровня знаний о функциональном питании. Таким образом, успешное внедрение хлеба с ПД требует сочетания технологически оптимизированной рецептуры и эффективной информационной поддержки, направленной на повышение доверия и осведомлённости потребителей [13, 16].

Использование высушенной дробины для производства хлеба, а не только для корма животных, позволяет извлечь из этого ресурса максимум пользы. Мы предлагаем пересмотреть привычную модель и ввести ценные нутриенты напрямую в рацион человека. Такой подход превращает побочный продукт в востребованный ингредиент, что полностью отвечает принципам экономики замкнутого цикла и рационального использования ресурсов в Казахстане.