Разработка технологии хлебобулочного изделия, предназначенного для профилактики заболеваний костной системы

DOI:

Иванова Н. Г. и др. Разработка технологии хлебобулочного изделия, предназначенного для профилактики заболеваний костной системы. Вестник МГТУ. 2025. Т. 28, № 3. С. 403–413. DOI:

Ivanova, N. G. et al. 2025. Development of bakery product technology intended for the prevention of bone system diseases. Vestnik of MSTU, 28(3), pp. 403–413. (In Russ.) DOI:

Снижение минерализации костной ткани, развитие остеопении и остеопороза являются социально значимыми заболеваниями, негативно влияющими на качество жизни. Остеопороз часто встречается у пожилых людей из-за возрастного снижения плотности костной ткани; в подростковом возрасте могут развиться ювенильный остеопороз или остеопения вследствие генетической предрасположенности, нарушений питания и т. д. ( Алексеева и др., 2021; Баженова и др., 2022 ). Высокая степень распространенности этих заболеваний по всему миру ( Malluche et al., 2022 ) определяет необходимость организации правильного питания, включающего продукты, способствующие поддержанию нормального состояния костной массы и функционирования организма ( Карпычева и др., 2021).

В России активно ведется работа по профилактике и лечению патологий костной ткани. Остеопенический синдром, характеризующийся снижением минеральной плотности костей, ухудшением их прочности и других характеристик, может привести к остеопорозу, тем самым являясь его предшественником. Следует отметить, что остеопения характеризуется только лишь снижением минеральной плотности костной ткани, тогда как при остеопорозе наблюдается снижение массы костей, что впоследствии приводит к повышенному риску переломов ( Карпычева и др., 2021 ).

В России у 14 млн человек официально диагностирована остеопения, а 20 млн имеют симптомы данного заболевания. У детей и подростков остеопенический синдром часто приводит к деформациям скелета в значительно большей степени в сравнении с изменениями скелета взрослых людей. Комплексное лечение остеопенического синдрома включает физическую активность, регулярное употребление витамина D в соответствующих дозах, а также продуктов, содержащих достаточное количество кальция ( Алексеева и др., 2022 ). Бисфосфонаты - препараты, которые назначают для лечения и профилактики заболеваний, связанных с повышенным разрушением костной ткани, однако остаются актуальными вопросы их применения, длительности терапии и возможности временной отмены. Система здравоохранения страны, включая педиатрию и раннюю диагностику, постоянно совершенствуется, что способствует повышению уровня осведомленности населения о заболеваниях подобного рода. Поэтому важным шагом в профилактике остеопении и остеопороза, помимо приема соответствующих лекарственных препаратов, является включение в рацион населения продуктов, содержащих в достаточном количестве витамин D, кальций и магний ( Карпычева и др., 2021; Юрьева и др., 2022; Погожева и др., 2022; Martiniakova et al., 2022 ).

Витамин D и кальций - основные нутриенты, поддерживающие здоровое состояние костной ткани и предотвращающие развитие остеопении, а в дальнейшем и остеопороза. При этом важным является их совместное действие, при котором кальций способствует укреплению костной ткани, а витамин D, необходимый для нормального усвоения кальция, поддерживает ее минерализацию. Кроме того, потребление витамина D и кальция способствует поддержанию функционирования иммунной системы, что важно для профилактики различных заболеваний, включая остеопению и остеопороз. Значительную роль во взаимодействии с витамином D и кальцием играет магний; он направляет кальций в костную ткань и предотвращает его вымывание. Помимо этого, избыток кальция без достаточного количества магния может иметь токсичный эффект. Магний переводит витамин D в активную форму и регулирует его метаболизм, что усиливает роль данных веществ в укреплении костной ткани ( Погожева и др., 2022 ). В современных условиях включение в рацион продуктов с повышенным содержанием витамина D, кальция и магния становится необходимым шагом в процессе организации правильного питания населения ( Карпычева и др., 2021; Джатдоева и др., 2021 ).

Таким образом, проведенный анализ научной литературы позволяет сделать вывод об актуальности разработки рецептуры и технологии хлебобулочного изделия с повышенным содержанием нутриентов, укрепляющих костную ткань. Хлебобулочные изделия являются базовой и неотъемлемой частью ежедневного рациона населения России и многих стран мира. Для повышения их пищевой ценности может быть использовано различное сырье преимущественно растительного происхождения. В настоящем исследовании в качестве такого сырья были выбраны семена чиа и грибы сморчки. Выбор данного вида сырья основан на высоком содержании в нем витамина D, кальция и магния. Разрабатываемый продукт предназначен для профилактики остеопении, остеопороза и поддержания необходимого уровня минеральной плотности костной системы ( Николаева и др., 2021 ).

Целью работы являлась разработка технологии хлебобулочного изделия, содержащего повышенное количество витамина D, кальция, магния и используемого для профилактики заболеваний костной системы. Регулярное употребление данного изделия позволит обеспечить здоровое состояние основы опорно -двигательного аппарата и общую защиту организма.

Материалы и методы

В теоретической части исследования с целью выбора оптимальных рецептурных ингредиентов проведен анализ литературных данных о химическом составе и воздействии на организм человека шести природных источников витамина D, кальция и магния: грибов сморчков сушеных, рыбьего жира, грибов шиитаке сушеных, семян чиа и тыквы, сушеного киноа. Информационный поиск проводили по источникам, индексируемым в базе РИНЦ, находящимся в открытом доступе и опубликованным преимущественно после 2020 г., с использованием следующих критериев:

• –    количественное содержание витамина D, кальция и магния в сырье;

• –    наличие данных об исследованиях, подтверждающих положительное воздействие нутриентов на состояние здоровья человека;

• –    технологические свойства сырья, его доступность и стоимость.

Практическая часть исследования включала приготовление образцов изделий с последующим анализом их органолептических, физико-химических показателей и пищевой ценности.

Для приготовления образцов изделий было использовано сырье, приобретенное в розничной торговой сети г. Москвы и соответствующее требованиям указанной нормативной документации:

• –    мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта торговой марки "Макфа" (ГОСТ 26574-2017);

• –    дрожжи хлебопекарные прессованные торговой марки "Саф-Нева" (ГОСТ Р 54731-2011);

• –    соль пищевая торговой марки "Илецкая" (ГОСТ Р 51574-2018);

• –    семена чиа торговой марки "Зеленый слон" (ТУ 9760-004-76440635-16);

• –    грибы сморчки сушеные торговой марки "Ароматы тайги" (ГОСТ 33318-2015).

В ходе исследования проанализированы следующие образцы хлебобулочного изделия:

• 1)    контрольный образец 1, приготовленный из основного сырья: муки пшеничной высшего сорта, дрожжей прессованных, соли пищевой и воды питьевой¹;

• 2)    экспериментальные:

• –    образец 2, приготовленный из основного сырья с добавлением порошка из сморчков (3,33 % от массы муки) и семян чиа (10 % от массы муки);

• –    образец 3, приготовленный из основного сырья с добавлением порошка из сморчков (5 %) и семян чиа (15 %);

• –    образец 4, приготовленный из основного сырья с добавлением порошка из сморчков (6,67 %) и семян чиа (15 %);

• –    образец 5, приготовленный из основного сырья с добавлением порошка из сморчков (10 %) и семян чиа (15 %).

Количество вносимых порошка из сморчков и семян чиа было определено путем анализа их химического состава и предварительного расчета пищевой ценности готового хлебобулочного изделия методом математического моделирования. Расчет имел целью обеспечение одной порцией разрабатываемого изделия, равной 100 г, не менее 10 % суточной потребности в витамине D, кальции и магнии в соответствии с MP 2.3.1.0253-21 для женщин в возрасте 65–74 лет с коэффициентом физической активности 1,7 (данная группа наиболее подвержена заболеванию остеопорозом).

Рецептуры образцов хлебобулочного изделия представлены в табл. 1.

Таблица 1. Рецептуры образцов хлебобулочного изделия Table 1. Formulations of bakery product samples

Сырье	Расход, г на 150 г готовой продукции
	Образец 1	Образец 2	Образец 3	Образец 4	Образец 5
Мука пшеничная высшего сорта	100,0	92,0	87,0	84,9	83,0
Порошок из сморчков	–	3,1	4,3	5,7	8,3
Семена чиа	–	9,2	13,0	12,7	12,2
Дрожжи прессованные	4,0	3,7	3,5	3,4	3,3
Соль пищевая	1,5	1,4	1,3	1,3	1,2
Вода питьевая	По расчету для обеспечения влажности теста 42,5 %

Перед приготовлением изделий проведена первичная обработка сырья. Пшеничную муку просеивали, из дрожжей готовили суспензию, соль растворяли в воде. Сушеные сморчки измельчали в мельнице ножевой РМ-120 ("Спектро Лаб", Россия) до однородного тонкодисперсного состояния.

Тесто для образцов хлебобулочного изделия готовили из смеси ингредиентов согласно рецептурам каждого образца. Составленную смесь подвергали замесу в лабораторной тестомесильной машине У1-ЕТВ ("Мототех", Россия) в течение 5 мин до получения теста однородной консистенции. Замешанное тесто направляли в термостат ТВ-80-1 (Касимовский приборный завод, Россия) на брожение в течение 1 ч при температуре 28–30 °С. Выброженное тесто разделывали на куски по 150 г, формировали овальные, округленные с концов заготовки и укладывали их в предварительно смазанные формы. Сформованные тестовые заготовки поступали на окончательную расстойку в течение 45–60 мин при температуре 35–40 °С и относительной влажности воздуха 75–85 % в шкафу окончательной расстойки, входящем в конструкцию печи CRV FPF 40*605G (CRVbakery, Турция). После окончательной расстойки тестовые заготовки выпекали в данной печи при температуре 220 °С в течение 20–25 мин, затем охлаждали при комнатной температуре в течение 40–60 мин.

Органолептическую оценку готовых образцов хлебобулочного изделия проводили в соответствии с ГОСТ 5667-2022. Образцы оценивали по следующим показателям: внешний вид, состояние поверхности, вид на разрезе, цвет, вкус, запах, общее впечатление. Оценка проводилась дегустационной комиссией в количестве 10 человек с оформлением дегустационных листов по 5-балльной шкале по каждому показателю в следующей градации: 1 балл – неудовлетворительно, 2 – удовлетворительно, 3 – приемлемо, 4 – хорошо, 5 – отлично.

Определение влажности мякиша образцов хлебобулочных изделий проводили гравиметрическим методом по ГОСТ 21094-2022, кислотности мякиша – поверочным арбитражным методом по ГОСТ 5670-96, определение удельного объема образцов изделий – по методике, описанной в ГОСТ 27669-88.

Определение показателей качества осуществляли в трехкратной повторности, статистическую обработку и оформление полученных данных проводили с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.

Пищевую ценность готового продукта устанавливали расчетным методом согласно методике, разработанной в Научно-исследовательском институте хлебопекарной промышленности для определения химического состава и энергетической ценности хлебобулочных изделий с использованием справочных таблиц2. Оценку степени удовлетворения суточной потребности в белках, жирах, углеводах, пищевых волокнах, витамине D, кальции и магнии для женщин 65–74 лет с коэффициентом физической активности 1,7 при употреблении 100 г изделия проводили в соответствии с МР 2.3.1.0253-2021 "Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации".

Результаты и обсуждение

К распространенным природным источникам витамина D, кальция и магния, способным оказывать положительное влияние на костную систему и участвовать в поддержании здорового состояния организма, относятся грибы сморчки, рыбий жир, грибы шиитаке, семена чиа, тыквы, киноа. Данные анализа количественного состава нутриентов, способных благотворно влиять на состояние костной системы и содержащихся в вышеперечисленных природных источниках, представлены в табл. 2 ( Бахмет и др., 2015, Варивода и др., 2021, Ковылева и др., 2021, Погожева и др., 2022, Таранушенко и др., 2020, Dominguez L. J. et al., 2021, Tietel и др., 2018 ).

Таблица 2. Содержание витамина D, кальция и магния в наиболее распространенных природных источниках

Table 2. Content of vitamin D, calcium and magnesium in most common natural sources

Сырье	Содержание нутриента в 100 г продукта
	Витамин D, мкг	Кальций, мг	Магний, мг
Грибы сморчки сушеные	44,4	374,5	165,5
Рыбий жир (трески)	250	–	–
Грибы шиитаке сушеные	3,9	11	132
Семена чиа	–	631	355
Тыквенные семена	–	46	592
Киноа (сухое)	–	47	197

Основываясь на данных, представленных в табл. 2, можно сделать вывод о том, что наибольшим содержанием витамина D характеризуется рыбий жир, однако кальций и магний в нем содержатся в следовых количествах. Грибы шиитаке имеют более низкую пищевую ценность сравнительно со сморчками. Отсюда следует, что наиболее рационально использовать при разработке хлебобулочного изделия, обогащенного витамином D, сушеные сморчки. Кроме того, сморчки легко поддаются измельчению и в такой форме нормально распределяются в объеме теста.

Тыквенные семена и киноа могут служить источниками магния, однако обладают относительно низким содержанием кальция. Семена чиа являются более предпочтительными при выборе сырья для повышения в хлебобулочных изделиях содержания кальция и магния. Стоит отметить и тот факт, что семена чиа можно использовать в нативном виде, без предварительной тепловой и других видов обработки, что также сохраняет полезные свойства сырья в готовых изделиях.

Употребление в пищу сморчков Morchella оказывает положительное влияние на организм человека, включая поддержание иммунной системы и улучшение состояния костной ткани (Петрова и др., 2022). Это объясняется тем, что сморчки являются ценным источником витаминов (в том числе витамина D), минеральных веществ (в том числе кальция и магния) и антиоксидантов. Они также характеризуются относительно низкой калорийностью (Николаева и др., 2021). Таким образом, продукты питания с включенными в рецептуру сморчками смогут поддерживать баланс между костеобразованием и остеорезорбцией, что будет способствует укреплению костной ткани и предотвращению ее хрупкости.

Семена чиа Salvia hispanica являются источником жирных кислот омега-3, пищевых волокон, белков и минеральных веществ, включая кальций и магний. Они обладают антиоксидантными свойствами, способствуя снижению воспалительных заболеваний и поддержанию иммунной системы. В сочетании с другими ингредиентами (сморчками) они могут успешно использоваться для профилактики остеопороза и остеопении, поддерживая баланс кальция и магния в организме и тем самым укрепляя костную ткань ( Варивода и др., 2021; Шигина и др., 2021 ).

В ходе оценки технологических свойств семян чиа и порошка из сморчков и последующего определения возможности применения в производстве хлебобулочных изделий исследованы их органолептические показатели, которые представлены в табл. 3.

Таблица 3. Органолептические показатели семян чиа и порошка из сморчков Table 3. Sensory characteristics of chia seeds and morel powder

Показатель	Характе	ристика
	Семена чиа	Порошок из сморчков
Внешний вид	Мелкие блестящие зерна диаметром около 1 мм	Тонкодисперсный порошок без комочков и посторонних включений
Цвет	Преимущественно черные, иногда кремовые	Черно-коричневый
Вкус	Свойственный семенам чиа с ореховым привкусом	Выраженный грибной
Запах	Без запаха	Выраженный грибной

Таким образом, семена чиа обладают неяркими вкусом и запахом, что позволяет использовать их в рецептурах хлебобулочных изделий в нативном виде. Сдержанные вкус и запах семян чиа дают возможность снизить выраженные грибные вкус и запах порошка из сморчков до допустимых пределов и использовать их сочетание в рецептурах изделий.

Результаты проведения анализа органолептических и физико-химических показателей качества образцов хлебобулочного изделия представлены в табл. 4 и на рис. 1.

Таблица 4. Показатели качества образцов хлебобулочного изделия с использованием семян чиа и порошка из сморчков в сравнении с контрольным образцом

Table 4. Quality indicators of experimental bakery product samples with the use of chia seeds and morel mushroom powder compared with the control sample

Показатели    \	Образец 1  \	Образец 2 \   Образец 3   \	Образец 4     \	Образец 5
– органолептические
Форма	Соответствует форме
Поверхность	Ровная, гладкая
Цвет поверхности	Светлокоричневый	Светло-коричневый; небольшое количество темных вкраплений	Коричневый; большое количество темных вкраплений
Вкус	Характерный для данного вида изделий	Характерный для данного вида изделий; легкий привкус чиа	Характерный для данного вида изделий; привкус чиа и легкий грибной привкус	Не характерный для данного вида изделий; яркий грибной вкус
Запах	Характерный для данного вида изделий	Характерный для данного вида изделий; легкий грибной запах		Не характерный для данного вида изделий; яркий грибной запах
Вид в разрезе	Равномерная пористость	Равномерная пористость; присутствуют темные вкрапления	Равномерная пористость; большое количество темных вкраплений	Равномерная пористость; очень большое количество темных вкраплений

– физико-химические
Влажность мякиша, %	41,8 ± 2,1	41,2 ± 2,1	42,3 ± 2,1	42,5 ± 2,1	43,0 ± 2,2
Кислотность мякиша, град	2,6 ± 0,1	3,2 ± 0,2	3,6 ± 0,2	4,0 ± 0,2	4,4 ± 0,2
Удельный объем хлеба, см3/г	410 ± 21	400 ± 20	390 ± 20	390 ± 20	340 ± 17

Образец 1

Образец 2

Образец 3

Образец 4

Образец 5

Рис. 1. Внешний вид и вид в разрезе образцов хлебобулочного изделия Fig. 1. Appearance and cross-sectional view of bakery product samples

Анализ полученных данных показывает, что с увеличением количества порошка из сморчков увеличивается кислотность готового продукта; вероятно, эта зависимость связана с высоким содержанием в грибах органических кислот.

Внесение новых ингредиентов влияет на объем готового изделия: с повышением дозировки сырья наблюдается заметное снижение объема хлеба (с 410 до 340 см3/г), поэтому для достижения оптимальных физико-химических показателей рекомендовано использование семян чиа не более 15 % от массы муки и порошка грибов сморчков не более 6,67 % от массы муки. Важно отметить также и тот факт, что семена чиа хорошо абсорбируют воду, поэтому появляется необходимость повышения влажности теста на 1 % с увеличением их дозировки до 15 % к массе муки.

Результаты балльной оценки органолептических показателей образцов хлебобулочного изделия представлены на рис. 2.

Внешний вид

Вкус             Цвет

^^^^^^^w Образец 1

Образец 2 ^^^^^^^n Образец 3 ^^^^B * Образец 4        Образец 5

Рис. 2. Дегустационная оценка в баллах экспериментальных образцов хлебобулочных изделий в сравнении с контрольным образцом

Fig. 2. Score of tasting evaluation of experimental bakery product samples compared with the control sample

На основании балльной оценки можно сделать вывод о том, что экспериментальные образцы хлебобулочных изделий 2–4 являются приемлемыми для внедрения, поскольку они отличаются хорошими органолептическими показателями.

При этом оптимальным образцом для последующего расчета пищевой ценности и разработки нормативной и технологической документации был выбран образец 4, поскольку он позволяет покрыть больше 10 % суточной потребности женщин в возрасте 65–74 лет в витамине D, кальции и магнии.

Пищевая ценность контрольного образца 1 и экспериментального образца 4, получившего название "Остеохлеб", представлена в табл. 5.

Таблица 5. Пищевая ценность хлебобулочного изделия "Остеохлеб" в сравнении с контрольным образцом

Table 5. Nutritional value of the bakery product "Osteohleb" compared with the control sample

Показатель	Суточная потребность	Содержание в 100 г продукта		Степень удовлетворения суточной потребности, %
		Образец 1	Образец 4 "Остеохлеб"	Образец 1	Образец 4 "Остеохлеб"
Энергетическая ценность, ккал	1 900	279	272	14,7	14,3
Белки, г	67	7,5	8,5	11,3	12,6
Жиры, г	63	1,2	3,9	1,9	6,1
Углеводы, г	266	57,9	50,8	21,8	19,1
Пищевые волокна, г	25	2,1	5,6	8,2	22,5
Витамин D, мкг	20	Сл.	3,2	Сл.	16,0
Кальций, мг	1 200	15,9	147,9	1,3	12,3
Магний, мг	420	20,0	89,3	4,8	21,3

Согласно данным таблицы образец 1 содержит в 1,1 раза больше углеводов в сравнении с образцом 4; его энергетическая ценность больше образца 4 на 7 ккал. Разработанный образец 4 "Остеохлеб" характеризуется бóльшим количеством белка (в 1,1 раза), пищевых волокон (в 2,7), кальция (в 9,3), магния (в 4,5 раза). Витамин D в образце 1 присутствует в следовых количествах; в образце 4 его количество составляет 3,21 мкг.

Таким образом, разработанное хлебобулочное изделие "Остеохлеб" покрывает суточную потребность женщин в возрасте 65–74 лет в веществах, необходимых для правильной работы костно-мышечной системы и положительно влияющих на другие системы организма: в витамине D – на 16,1 %, кальции – на 12,3 %, магнии – на 21,3 %.

Выводы

В результате проведенного исследования разработана технология хлебобулочного изделия "Остеохлеб", в которой в качестве сырья (источника витамина D, кальция и магния), оказывающего благоприятное воздействие на опорно-двигательный аппарат, вносили семена чиа в натуральном виде (15 % к общей массе муки) и порошок из сушеных грибов сморчков (6,67 %). Данное количество ингредиентов, полученное в результате предварительного расчета пищевой ценности разрабатываемого изделия, позволило получить готовое изделие с высокими органолептическими показателями и оптимальной пищевой ценностью.

Для выполнения технологии нового вида хлебобулочного изделия "Остеохлеб" разработан проект нормативной документации. В ходе определения пищевой и энергетической ценности установлено, что "Остеохлеб" покрывает суточную потребность взрослого населения (прежде всего женщин в возрасте 65–74 лет, подверженных заболеванию остеопорозом) в витамине D на 16,1 %, кальции – 12,3 %, магнии – на 21,3 %.

Разработанная технология рекомендуется для внедрения в производство хлебобулочных изделий. Новый вид изделия "Остеохлеб" необходимо включить в рацион питания людей с повышенным риском заболевания остеопенией и остеопорозом с целью устранения нутриентного дефицита и профилактики указанных патологий. В дальнейшем следует теоретически и экспериментально изучить, как употребление в пищу нового вида хлеба способствует повышению эффективности профилактики заболеваний других групп населения страны.