Разработка технологии хлеба функционального назначения на основе зерновой хлебопекарной смеси

Воронежский государственный университет инженерных технологий, г. Воронеж, Россия; e-mail: , ORCID:

Алёхина Н. Н. Разработка технологии хлеба функционального назначения на основе зерновой хлебопекарной смеси. Вестник МГТУ. 2021. Т. 24, № 3. С. 245–258. DOI:

Alekhina, N. N. 2021. Development of a functional bread technology based on a grain baking mixture. Vestnik of MSTU, 24(3), pp. 245–258. (In Russ.) DOI:

Одно из основных направлений стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской федерации на период до 2030 г. связано с увеличением выработки продуктов, отвечающих современному требованию здорового питания, – развитию производства изделий функционального и специализированного назначения. При этом важнейшей задачей специалистов в области производства продуктов питания является контроль за достаточным поступлением с пищей микронутриентов, удовлетворением в них физиологических потребностей организма человека. Биологическая эффективность использования организмом нутриентов определяется:

• –    физиологическим состоянием, полом, возрастом человека;

• –    уровнем сбалансированности рациона по питательным и биологически активным веществам;

• –    степенью их усвояемости;

• –    взаимодействием их между собой при всасывании, транспорте, экскреции.

При разработке изделий функционального назначения, в том числе хлебобулочных, применяют физиологически функциональные ингредиенты, содержащие пищевые волокна, антиоксиданты, витамины, минеральные вещества и т. д. Оценка обеспеченности организма микронутриентами проводится при изучении пищевого статуса, т. е. состояния здоровья человека, связанного с характером питания. Функциональные пищевые продукты наряду с высокой пищевой ценностью обладают физиологическим эффектом, т. е. повышают физическую, умственную работоспособность, укрепляют иммунитет, улучшают состояние работы желудочнокишечного тракта ( Погожева, 2012; Костюченко, 2012; Ребезов и др., 2012; Алехина и др., 2021; Alekseeva et al., 2021 ).

Принципы, положенные в основу разработки изделий функционального назначения:

• –    пищевая безопасность и доступность сырья;

• –    антиоксидантная активность ингредиентов;

• –    высокие показатели качества продукта и его биологическая полноценность ( Аванесов и др., 2016 ).

Указанные принципы наилучшим образом соблюдаются при использовании целого зерна злаковых и бобовых культур, плодово-ягодного сырья, в том числе биоактивированного ( Казымов и др., 2013; Молчанова и др., 2018; Derkanosova et al., 2020; Khalid et al., 2017 ).

Одним из основных направлений в совершенствовании технологии хлеба является все более широкое применение при его приготовлении зерновых хлебопекарных смесей (ХПС), направленных на повышение пищевой ценности и функциональности продукта (Невская и др., 2019; Вершинина и др., 2018). Производимые ХПС отличаются большим разнообразием рецептурных компонентов (разные виды муки, вторичные продукты мукомольного производства, овощные порошки, семена масличных культур) и добавлением ингредиентов, необходимых для ускорения процесса получения хлебобулочных изделий. При этом ХПС с применением биоактивированного зерна злаковых культур отсутствуют (Алехина и др., 2019). Применение последних при производстве изделий обусловлено их полезными свойствами: повышенное содержание витаминов, биодоступных минеральных веществ, пищевых волокон, пониженное количество фитина (Nielsen et al., 2013; Зенькова, 2019; Alekhina et al., 2016; Сафронова и др., 2014). Витаминам и минеральным веществам отводится важная роль в поддержании работоспособности, здоровья и активного долголетия человека. Большинство микронутриентов организм не синтезирует. Поэтому многие из них должны поступать в количестве, соответствующим физиологическим потребностям человека. У более половины населения мира наблюдается недостаток в рационе питания микроэлементов, а треть населения мира страдает от анемии и дефицита цинка, особенно в развивающихся странах. Дефицит железа и цинка является основной проблемой здравоохранения во всем мире. Недостаток железа оказывает отрицательное влияние на когнитивное развитие, устойчивость к инфекциям, работоспособность, протекание беременности. Дефицит цинка вызывает нарушение роста, иммунную дисфункцию, повышенную заболеваемость и смертность, неблагоприятные исходы беременности (Gupta et al., 2013). Ограниченная биодоступность минеральных веществ в зернах злаков обусловлена присутствием в них фитина и фитиновой кислоты, обладающей хелатирующими свойствами и связывающей наряду с железом, цинком такие элементы, как кальций, магний. Кроме того, фосфор также встроен в молекулу фитиновой кислоты, что снижает его биодоступность. Фитин уменьшает усвояемость белка за счет изменения его конформации при их взаимодействии. Фитиновая кислота снижает активность пищеварительных ферментов. Из-за отсутствия в желудочно-кишечном тракте человека достаточного уровня активности фермента, разрушающего фитин и фитиновую кислоту, необходимо применять технологические способы, позволяющие предварительно их расщепить до поступления в организм человека продуктов, полученных с добавлением целых зерен злаковых культур. Известно, что последние отличаются высоким количеством указанных антиалиментарных веществ. Эффективным технологическим способом их снижения является предварительная биоактивация зерна злаковых культур и применение подкислителей на этапе приготовления теста. Указанные технологические приемы позволят повысить пищевую ценность продукта, а следовательно, улучшить пищевой статус населения за счет его употребления. Доклиническими исследованиями на белых инбредных мышах линии BALB/с доказано, что употребление зернового хлеба из биоактивированной пшеницы позволяет повысить биодоступность кальция и антиоксидантную активность плазмы крови в большей степени по сравнению с поеданием хлеба из цельносмолотой пшеницы (Alekhina et al., 2018). Известно, что кальций как важнейший компонент системы свертывания крови входит в состав оксиапатита, участвующего в образовании жесткой структуры костной ткани, активизирует работу ряда ферментов и гормонов. К антиоксидантам относятся вещества, предотвращающие или замедляющие повреждение клеток организма за счет нейтрализации свободных радикалов. Организм человека способен синтезировать такие антиоксиданты, как супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, глутатион. При этом восполнять их недостаток необходимо антиоксидантами натурального происхождения за счет употребления продуктов питания, содержащих витамины С, Е, β-каротин, полифенолы (флавоноиды, танины, антоцианы) (Moreira et al., 2016; Кайсинова и др., 2011; Лудан и др., 2019; Yadav et al., 2016). Кроме того, на активность антиоксидантов оказывает влияние наличие в изделии меди, цинка, селена, марганца. Указанные минеральные вещества поддерживают химические реакции с их участием.

Биоактивированное зерно относится к функциональным пищевым ингредиентам, так как в его составе содержатся значимые количества биологически активных веществ: пищевых волокон, магния, фосфора, железа, тиамина, рибофлавина ( Алехина и др., 2018 ). Для получения зерновой хлебопекарной смеси необходимо первоначально биоактивированную пшеницу или рожь высушить и измельчить на дезинтеграторе, что также позволит повысить степень ее однородности при перемешивании ингредиентов. Однако по результатам ранее полученных данных выявлено, что приготовление зернового хлеба на основе ХПС из измельченной дезинтеграционно-волновым способом биоактивированной пшеницы влажностью 10,0 ± 0,5 % приводит к получению изделий с липким, сильно заминающимся мякишем ( Алехина, 2020 ). Это обусловлено тем, что зерна крахмала после измельчения биоактивированной пшеницы на дезинтеграторе являются более доступными для действия амилолитических ферментов. При этом образуется большее количество декстринов, которые придают мякишу зернового хлеба липкость. Кроме того, крахмал в большей степени гидролизуется и за счет неполного связывания влаги приводит к получению изделия с мякишем, влажным на ощупь. Поэтому необходима разработка хлебопекарной смеси, которая позволила бы получить зерновой хлеб функционального назначения с улучшенными показателями качества.

Целью исследований явилась разработка хлебопекарной смеси из биоактивированной пшеницы и функционального зернового хлеба улучшенного качества на ее основе. Для реализации поставленной цели работу проводили в два этапа: на первом – выбирали состав хлебопекарной смеси на основе биоактивированного (пророщенного) зерна пшеницы для получения изделия наилучшего качества, на втором – оценивали химический состав хлеба на основе разработанной хлебопекарной смеси.

Материалы и методы

На первоначальном этапе исследований для получения зернового хлеба улучшенного качества увеличивали содержание в хлебопекарной смеси органических подкислителей, применяли муку пшеничную хлебопекарную первого сорта и определяли влияние сухой пшеничной клейковины, разной дозировки аскорбиновой кислоты, сыворотки сухой молочной и муки пшеничной на свойства теста и качество хлеба. Состав восьми ХПС представлен на рис. 1. Функциональные схемы их получения и производства зернового хлеба представлены на рис. 2 и 3 соответственно. Титруемую кислотность теста определяли при брожении в течение 90 мин, объем выделенного диоксида углерода – на ризографе National в течение 120 мин по методикам из работы ( Пономарева и др., 2014 ). Качество хлеба оценивали после 20 ч хранения по органолептическим показателям по ГОСТ 5667-65 и физико-химическим – по ГОСТ 5669-96, 5670-96¹.

На втором этапе исследований определяли химический состав зернового хлеба: белок – по ГОСТ ISO 5983-2-2016, жир – ГОСТ 5668-68, водорастворимые углеводы – ГОСТ Р 51636-2000, пищевые волокна – ГОСТ Р 54014-2010, витамины – ГОСТ 29138-91, 29139-91, минеральные вещества – ГОСТ 32343-2013, 26657-97, 26570-95.

№ 5

• □ Пшеница суха я биоактивиров а нная

• □ Мука пшенич н ая первого сорта

и Сыворотка молочная сухая подсырная и Соль пищевая

• □ Кислота аскорбиновая

• □    Сухая пшенич н ая клейковина

Рис. 1. Содерж а ние компон е нтов в 100 г хлебопекар н ой смеси: а – № 1 (контроль); б – № 2; в – № 3; г – № 4; д – № 5; е –№ 6; ж – № 7 Fig. 1. The conte n t of the com p onents in 10 0 g of the baking mixture: а – № 1 (control); б – № 2; в – № 3; г – № 4; д – № 5; е – № 6; ж – № 7

ЗЕРНО ПШЕНИЦЫ 3-го КЛАССА

Рис. 2. Функциональная схема получения хлебопекарных смесей Fig. 2. Functional scheme for obtaining baking mixes

Рис. 3. Функ ц иональная с х ема получе н ия зернового хлеба

Fig. 3. F unctional sc h eme of obtai n ing grain bre a d

Результаты и обсуждение

Выя в лено, что через 120 мин брожения т е ста наибольший объем д иоксида уг л ерода набл ю дался в образцах на основе ХПС № 3 (72,0 6 см³ СО₂) и № 4 (72,02 см³ СО₂), наи м еньший – н а основе ХПС № 7

Продо л жительност ь брожения, мин

Рис. 4. И зменение объема диокс и да углерода при брожении теста на о с нове хлебо п екарной сме с и № 1 (кон т роль); №№ 2 –7

• Fig. 4.    Change in the volume of c a rbon dioxide during fermentation of do u gh based on b aking mixtu r e № 1 (co n trol); №№ 2–7

В об р азце № 3 наибольшая брод и льная актив н ость дрожже в ых клеток обусловлена бо л ьшим содер ж анием питательных веществ в 100 г смеси, вносимых с биоактивированным зе р ном пшен и ц ы и увели ч енной дозировкой сыворотки сухой молочной, что созд а вало благоприятные усл о вия для их ж изнедеятельности. В образце № 4 наибольшее значение и сследуемого показателя с вязано с иск л ючением из с остава ХПС сухой пшеничной клейковины и внесением м уки пшенич н ой хлебопека р ной первого сорта. При э т ом с мукой б ольше вносилось питательных веществ, пов ы шающих бродильную ак т ивность др о жжевых кле т ок полуфаб р иката. Наименьший объем выделившегося объема дио к сида углеро д а в пробе н а основе ХП С № 7 обус л овлен более низким содержанием биоактивированного з ерна пшени ц ы в 100 г х л ебопекарно й смеси.

Титруемая кислотность полуфабри к атов с увеличением в 1 0 0 г ХПС по д кислителей повышалась (рис. 5). При этом титруема я кислотнос т ь в образца х с ХПС № 3, 4 сразу п осле замес а превышала коне ч ную кислотность на 0,2 и 0,6 град соответственно, с ХПС № 5 сразу п осле замеса достигалась коне ч ная кислотность 5,5 гра д , с ХПС № 7 – через 30 мин брожени я .

Продолжит е льность бро ж ения, мин

Рис. 5. Изменение титруем о й кислотно с ти при брожении теста н а основе хле б опекарной с меси № 1 ( контроль); № № 2–7

• Fig. 5.    Change in titr a ted acidity d u ring ferment a tion of the d o ugh based o n baking mixt u re № 1 (control); №№ 2–7

В образцах на основе Х ПС № 1, 2 , 6 и 7 коне ч ная кислот н ость 5,5 гр ад достигалась в процессе спир т ового брожения за счет сбраживани я дрожжевыми клетками питательны х веществ, о б разующихся при г и дролизе биополимеров з е рнопродукт о в, и молочнокислого – п о д действием молочнокис л ых бактерий, вносимых с сырьем (биоактиви р ованное зер н о пшеницы, мука пшенич н ая первого с о рта, молочн а я сыворотка), на ос н ове которого приготовл е ны исследу е мые образц ы ХПС.

В результате оценки ор г анолептиче с ких показат е лей качеств а исследуем ы х изделий выявлено, что контрольный образец отлича л ся липким, с ильно зами н ающимся м я кишем, обр а зцы на осн о ве ХПС № 2 и 3 – липким, заминающимся мякишем, Х П С № 5, 6 и 7 – менее з а минающим с я мякишем. Образец № 4 характеризовался не липким, практически н е заминающимся мякише м (рис. 6). Ус т ановлено, ч т о увеличение соде р жания подкислителей в с оставе ХПС позволило получить зер н овой хлеб с м енее влажн ы м на ощупь мяки ш ем.

Влажность мякиша во всех издели я х составляла 47,0 ± 0,5 %. Наиболь ш ие значен и я титруемой кислотности мякиша (4,7 гра д ), удельног о объема (2 2 2 см³/100 г) и пористос т и (61,5 %) н аблюдались в хлебе, полученном на осн о ве ХПС № 4, в 100 г которой 75 % зернопро д уктов сост а вляло сухое биоа к тивированное зерно пш е ницы, измел ь ченное дез и нтергацион н о-волновым способом, и 25 % – мука пше н ичная хлебопекарная первого сорта ( р ис. 7).

В результате проведенн ы х исследова н ий разработан зерновой х леб на осно в е ХПС № 4, рецептурный сост а в которой позволит прои з водить изде л ия наилуч ш его качества.

Оценка химического со с тава разрабо т анного изде л ия на основ е ХПС № 4 п о казала, что у потребление 100 г хлеба позволит обеспечи т ь суточную п отребность по белку на 11,0 %, пище в ым волокна м – на 19,0 %, минеральным веществам – на 7 ,0–36,5 %, в итаминам – на 15,0–30,5 % (рис. 8).

Разработанное хлебоб у лочное изд е лие на основе зернов о й хлебопе к арной смеси относится к фу н кциональным пищевым п р одуктам, та к как степень удовлетворе н ия суточно й потребност и по пищевым воло к нам, магнию, фосфору, ж елезу, тиа м ину и рибо ф лавину при употреблен и и 100 г хле б а составляет не менее 15 %.

Характеристика показателей качества для хлеба на основе ХПС
№ 1	№ 2	№ 3   № 4    № 5 № 6 № 7

Поверхность

Слегка шероховатая, без подрывов и трещин

Внешний вид

Форма

Правильная, соответствующая хлебопекарной форме, в которой проводилась выпечка

Цвет

От коричневого до темно-коричневого

Наименование показателей качества

Состояние мякиша

Пористость |>

Пропеченность

я

о я

К

зЯ я я я п н я

W 5

2 cd я я -

я л п я

Развитая, без пустот и уплотнений

Мякиш липкий, заминаю щийся

Я

Я н

я зЯ~ я я я п

О я н я

^ 5

)Я я 2 2 cd Я Я 3

я

2 cd Я Я

Н я

ЗЯ 3

я я

3 я

w

)Я я я я п

0J

Я

Н я

W

зЯ Я 2

зЯ 3

я

я я

ЗЯ Я 2 2 cd Я

Вкус и запах

Приятный, выраженный, соответствующий хлебу из биоактивированной пшеницы, без постороннего привкуса и запаха

■> Характеристика показателей для образца из ХПС № 1

■> Характеристика показателей для образца из ХПС № 2

• ► Характеристика показателей для образца из ХПС № 3

Характеристика показателей для образца из ХПС № 4

■> Характеристика показателей для образца из ХПС № 5

"> Характеристика показателей для образца из ХПС № 6

^ Характеристика показателей для образца из ХПС № 7

Рис. 6. Органолептические показатели качества хлеба на основе хлебопекарных смесей Fig. 6. Organoleptic indicators of bread quality based on baking mixes

а

Образцы хл е ба

б

Образцы х л еба

Образцы х л еба

• □    № 1

• □    № 2

• □    № 3

№ 4

№ 5

№ 6

№ 7

• □    № 1

• □    № 2

• □    № 3

№ 4

№ 5

№ 6

№ 7

• □    № 1

• □    № 2

• □    № 3

№ 4

№ 5

№ 6

№ 7

Рис. 7. Кислотность мякиша ( а ), пори с тость ( б) и у дельный об ъ ем ( в ) зерно в ого хлеба н а основе х лебопекарн о й смеси № 1 (контроль); № № 2-7

Fig. 7. The acidity of t h e crumb ( а ), porosity ( б ) a nd specific volume ( в ) of g rain bread b a sed on baking m ixture № 1 (control); № № 2-7

а

б

в

—■- степень удовлетворения суточной потребности

Рис. 8. Содержание нутриентов в хлебе зерновом и степень удовлетворения суточной потребности в: а – макронутриентах, б – минеральных веществах, в – витаминах

Fig. 8. The content of nutrients in grain bread and the degree of satisfaction of the daily need for: a – macronutrients, б – minerals, в – vitamins

Заключение

Таким образом, для производства зернового хлеба улучшенного качества рекомендовано в составе хлебопекарной смеси увеличить дозировку аскорбиновой кислоты, молочной сыворотки, при этом 25 % сухого измельченного биоактивированного зерна пшеницы заменить мукой пшеничной первого сорта и исключить из ее состава сухую пшеничную клейковину. Разработанное изделие на основе выбранной хлебопекарной смеси относится к функциональным пищевым продуктам. Применение ее при приготовлении продуктов питания позволит также решить одну из задач государственной политики в области здорового питания, направленной на увеличение выработки изделий функционального назначения.