Разработка технологии экструдированных хлебных палочек повышенной пищевой ценности

Актуальной проблемой хлебопекарной промышленности Украины является расширение ассортимента хлебобулочных изделий оздоровительного назначения. Это связано с тем, что химический состав хлебобулочных изделий нуждается в улучшении, а именно: увеличении содержания белков и повышении их биологической ценности, уменьшении количества усваиваемых углеводов и снижении энергетической ценности хлебобулочных изделий, повышении доли эссенциальных микронутриентов, необходимых для нормального функционирования организма человека. Особенно это касается хлебных палочек, ассортимент которых весьма незначительный, а рецептуры являются несовершенными с точки зрения здорового питания.

Повысить потребительскую ценность хлебных изделий можно за счет включения в их рецептуру нетрадиционных для хлебопечения видов сырья с высокой пищевой и биологической ценностью. В Украине значительное внимание уделяется белковым обогатителям растительного происхождения, в частности, продуктам переработки бобовых, побочным продуктам помола зерна (зародыши), шротам масличных культур и т.д. [1].

Мировая практика показывает, что в технологии хлебопекарного производства альтернативным функциональным ингредиентом со значительным содержанием белковой составляющей могут стать экологически чистые базидиальные грибы. Они являются уникальным источником пищевого протеина, всех незаменимых для питания человека аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, полисахаридов, витаминов (прежде всего группы В), важнейших макро- и микроэлементов [2].

Сегодня в хлебопечении используют грибные порошки из лисичек и шампиньонов [3]; биологически активные добавки мицелия грибов вешенки [4], рейши и трутовика [5]; муку, полученную из высушенных грибов вешенки [6]. В Украине ассортимент хлебобулочных изделий, обогащенных грибами, пока ограничен.

Объекты и методы исследований

Объектом исследований была технология хлебных палочек.

Аминокислотный состав белков определяли методом ионообменной жидкостноколоночной хроматографии на автоматическом анализаторе аминокислот Т339 (Чехия, г.

Прага) после предварительного кислотного гидролиза навески концентрированной соляной кислотой в течение 24 часов при температуре 106 °С.

Массовую долю белка определяли модифицированным методом Кьельдаля, содержание клетчатки – по ГОСТ ISO 5498:2004 «Продукты сельскохозяйственные пищевые. Общий метод определения содержания сырой клетчатки».

Перевариваемость белковых веществ готовых изделий изучали in vitro по методу А.А. Покровского и И.Д. Ертанова, углеводов – по количеству редуцирующих сахаров, накопившихся в результате гидролиза мякиша хлебных палочек ферментами желудочно-кишечного тракта человека in vitro.

В работе использованы современные приборы и информационные технологии.

Результаты и их обсуждение

Среди известных базидиальных грибов мы выбрали вешенку обыкновенную (Pleurotus ostreatus), являющуюся оптимальной для культивирования в нашей стране. Предложено использовать ее в технологии хлебных палочек.

Вешенка обыкновенная содержит 1,5…3,0 % белка, 1,5…6,7 % углеводов, 0,3…0,4 % жира и 86…93 % воды. В составе данного гриба обнаружено 18 аминокислот, в т.ч. все незаменимые, доля которых составляет 35,9…40,3 % от общей суммы. В вешенке также находятся свободные аминокислоты, содержание которых составляет 25…35 % от общего количества аминокислот. Составляющими углеводного комплекса Pleurotus ostreatus являются простые сахара (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза), гликоген, клетчатка, хитин, маннит. Клетчатка способна выводить избыток нежелательных для организма продуктов обмена веществ. Содержание полиненасыщенных жирных кислот в вешенке достигает 67 % от общего количества липидов. Данный гриб является ценным источником минеральных веществ: калия, фосфора, натрия, кальция, магния, железа, меди, цинка; витаминов: тиамина, рибофлавина, пиридоксина, ниацина, фолиевой и пантотеновой кислот. В составе вешенки выявлено 150 ароматических веществ. Она низкокалорийна, способствует снижению количества холестерина в крови, помогает нормализовать давление, обладает противоопухолевым действием, антивирусной и антибактериальной активностью, повышает иммунитет организма [2, 7].

Проектирование новой рецептурной композиции хлебных палочек повышенной биологической ценности осуществляли с помощью компьютерного комплекса «Optima», разработанного учеными нашего университета [8]. База данных программы состоит из каталога известных рецептур хлебобулочных изделий и развернутого химического состава сырья хлебопекарной промышленности. При проектировании было установлено, что увеличить общее количество нутриентов теоретически не сложно, а улучшить качественный состав, прежде белковой составляющей, значительно труднее. Использование одного вида белка не дало положительных результатов. Поэтому было решено вводить в базовую рецептуру хлебных палочек, помимо белка растительного происхождения (вешенка обыкновенная), белок молочного происхождения – кислотный пищевой казеин.

Казеин – сложный белок молока, относящийся к группе фосфопротеидов. В молоке он находится в количестве 3 % в виде легкорастворимой кальциевой соли. Кислотный пищевой казеин получают методом коагуляции белков обезжиренного коровьего молока под действием молочной или соляной кислот. Добавление казеина в рецептуру хлебобулочных изделий способствует полному усвоению растительного белка [9].

Нами исследован аминокислотный состав вешенки обыкновенной и казеина, которые использовались при проведении дальнейших исследований. Полученные результаты показали, что лимитирующими аминокислотами вешенки являются метионин, фенилаланин и тирозин (табл. 1). В то же время, она богата дефицитными для пшеничной муки аминокислотами – триптофаном и лизином. По аминокислотному составу белки пищевого казеина удачно сочетаются с белками пшеничной муки и вешенки.

Общее содержание белка в вешенке обыкновенной составляет 1,97 ± 0,04 %, в казеине – 90 ± 0,5 %.

Определяли также содержание клетчатки в вешенке. Метод определения основан на удалении из продукта кислотощелочных растворимых веществ и определении массы остатка, условно принимаемого за клетчатку. Установлено, что количество клетчатки в вешенке обыкновенной составляет 1,1 ± 0,02 %.

Результаты полученных данных относительно химического состава белковых обогатителей были внесены в программный комплекс «Optima» и учтены при разработке улучшенного состава рецептуры хлебных палочек.

В результате компьютерного проектирования и серии пробных лабораторных выпечек предложено обогащать хлебные палочки вешенкой обыкновенной и пищевым казеином в количестве 25 % и 7 % к массе муки соответственно. Добавление меньших количеств не приводит к повышению пищевой ценности, а увеличение дозировки приводит к ухудшению качества теста и готового изделия.

Вешенку вносили в тесто в измельченном пюреобразном виде без предварительной термической обработки. Это обосновано тем, что термообработка приводит к значительным потерям биологически активных веществ вешенки. Кроме того, в измельченном состоянии грибы равномерно распределяются в тесте и лучше усваиваются.

Таблица 1 – Средний аминокислотный состав белков вешенки обыкновенной, казеина и муки пшеничной I сорта

Аминокислоты	Вешенка обыкновенная		Казеин пищевой		Мука пшеничная*
	содержание, %	скор, %	содержание, %	скор, %	содержание, %	скор, %
Незаменимые аминокислоты
Изолейцин	2,54	63	4,01	100	3,30	83
Лейцин	3,64	52	9,06	129	7,30	105
Лизин	4,09	74	6,83	124	1,84	34
Метионин + Цистин	0,76 + 11,09	338	2,63 + 1,22	110	0,84 + 1,53	37
Фенилаланин + Тирозин	1,53 + 2,06	60	4,92 + 5,46	173	3,88 + 1,68	94
Треонин	4,92	123	4,00	100	2,50	63
Валин	3,12	62	5,94	119	4,57	92
Заменимые аминокислоты
Гистидин	1,66	– \	2,22	– \	0,90	–

Аргинин	4,87	–	1,83	–	1,50	–
Аспарагиновая кислота	10,25	–	6,41	–	4,70	–
Серин	5,64	–	4,99	–	4,12	–
Глутаминовая кислота	20,33	–	25,60	–	41,33	–
Пролин	10,90	–	9,31	–	11,33	–
Глицин	4,69	–	2,74	–	4,31	–
Аланин	7,91	–	2,83	–	4,83	–
Сумма	100		100		100

* – Литературные данные [9].

Обогащенные хлебные палочки предлагается производить с помощью бродильно-формующего агрегата (экструдера) (рис. 1), который дает возможность объединить в одну стадию процессы созревания теста, формирования и расстойки тестовых заготовок. Такая технология предусматривает замес теста, его брожение в деже или корыте для брожения, созревание в бродильной камере экструдера под избыточным давлением, формирование тестовых заготовок через формирующие матрицы непосредственно на под печи и выпечку. В расстойке тестовых заготовок необходимости нет, поскольку разрыхление происходит за счет перепада давления при формировании тестового жгута в матрице экструдера [10].

Рисунок 1 – Схема бродильно-формующего агрегата: 1 – приемная воронка; 2 - нагнетающие валки; 3- бродильная камера; 4 - формирующая матрица; 5 – шиберы; 6 – патрубок подачи воздуха; 7 – манометр.

Для определения оптимальных параметров технологического процесса производства хлебных палочек оздоровительного назначения с применением бродильно-фор-мующего агрегата использовали экспериментально-статистический метод Бокса – Уилсона. В результате исследований получено уравнение регрессии в натуральном виде, адекватно описывающее влияние продолжительности замеса теста (Х1), продолжитель- ности созревания теста в камере бродильно-формующего агрегата (Х2) и давления (Х3) на диаметр жгута хлебных палочек после выпечки (У):

У = 21,95 + 0,173 Х 1 + 0,051 Х 2 + 8,332 Х 3 – 0,005 Х 1 Х 2 – 0,798 Х 1 Х 3 – 0,578 Х 2 Х 3 + 0,040 Х 1 Х 2 Х 3 .

Установлено, что для получения готовых изделий надлежащего качества тесто необходимо замешивать в течение 10…11 мин, продолжительность созревания теста в бродильной камере экструдера следует ограничить 10 мин, а значение давления, под влиянием которого тесто созревает, должно составлять 0,2 МПа.

Дальнейшие исследования были направлены на определение пищевой ценности хлебных палочек, обогащенных вешенкой обыкновенной и казеином.

В результате определения аминокислотного состава готовых изделий установлено, что в обогащенных хлебных палочках «Здоровье» увеличилось содержание практически всех незаменимых аминокислот (табл. 2): изолейцина – на 20…21 %, лейцина – на 11…12 %, лизина – на 98…99 %, метионина – на 480 %, цистина – на 8…9 %, фенилаланина – на 15…16 %, тирозина – на 21… 22 %, треонина – на 10…11 %.

Биологическую ценность белков готовых изделий характеризовали по аминокислотному скору. Выявлено, что главной лимитирующей аминокислотой контрольного образца является лизин (скор – 35 %), а хлебных палочек «Здоровье» – валин (скор – 56 %) (рис. 2).

Общее содержание белка в хлебных палочках, изготовленных по базовой рецептуре, составляет 9,5 ± 0,19 %, а в обогащенных хлебных палочках – 14,4 ± 0,29 %. Таким образом, введение белковых обогатителей в рецептуру хлебных палочек позволяет увеличить долю белка в готовых изделиях на 50,5…52,5 %. Индекс качества белка Іб при этом повышается с 0,71 до 0,81.

Таблица 2 – Средний аминокислотный состав белка хлебных палочек, %

Аминокислоты	Хлебные палочки (контроль)	Хлебные палочки «Здоровье»
Лизин	1,92	3,82
Гистидин	1,79	2,07
Аргинин	3,94	3,81
Аспарагиновая к-та	4,63	5,08
Треонин	2,92	3,23
Серин	5,16	4,93
Глутаминовая к-та	36,76	33,13
Пролин	13,25	12,04
Глицин	4,29	3,38
Аланин	4,02	3,74
Цистин	1,16	1,26
Валин	3,41	2,77
Метионин	0,30	1,74
Изолейцин	2,58	3,12
Лейцин	7,40	8,28
Тирозин	2,33	2,84
Фенилаланин	4,15	4,79
Сумма	100	100

Рисунок 2 – Биологическая ценность хлебных палочек по аминокислотному скору.

Для подтверждения биологической ценности определяли степень усвоения белковой составляющей хлебных палочек по интенсивности ее гидролиза ферментами пепсином и трипсином в условиях in vitro. Количество конечных продуктов ферментативного гидролиза белковых веществ определяли методом формольного титрования. По их содержанию судили об интенсивности перевариваемости белков готовых изделий. Из графиков (рис. 3) видно, что в обогащенных хлебных палочках количество накопленных свободных аминокислот под действием ферментов выше, по сравнению с контрольным образцом: на пепсиновой стадии – на 32,7…33,3 %, на трипсиновой стадии – на 54,5…55,6 %.

Увеличение данного показателя обусловлено тем, что хлебные палочки «Здоровье» содержат повышенное содержание белковых веществ, сбалансированных по аминокислотному составу.

Степень усвоения углеводов готовых изделий оценивали по скорости их ферментативного гидролиза амилазами комплексного ферментного препарата «Панзинорм форте 20000» в условиях смоделированной среды желудочно-кишечного тракта. Йодометрическим методом определяли количество редуцирующих сахаров, образовавшихся в результате гидролиза углеводов. По их содержанию судили об интенсивности перевариваемости углеводов хлебных палочек. Исследования показали, что скорость трансформации углеводов хлебных палочек, обогащенных вешенкой и казеином, на 20,8…21,2 % выше, чем в необогащенном аналоге (рис. 4). Это связано со значительным содержанием моносахаров в вешенке обыкновенной, являющихся дополнительным источником питания для дрожжевых клеток.

Поскольку содержанию пищевых волокон в хлебобулочных изделиях придается важное значение, нами исследовано содержание клетчатки в готовых изделиях. Результаты исследований показали: количество клетчатки в хлебных палочках «Здоровье» составляет 0,43 ± 0,01 %, что на 86…88 % больше, чем в необогащенных изделиях, для которых этот показатель составляет 0,23 ± 0,01%.

Рисунок 4 – Содержание редуцирующих сахаров в результате гидролиза углеводов хлебных палочек in vitro.

Рисунок 3 – Накопление свободных аминокислот в результате гидролиза белков хлебных палочек in vitro.

Путем расчета интегрального скора хлебных палочек доказано, что за счет потребления суточной нормы (по «потребительской корзине») обогащенных изделий (172 г) женщинами в возрасте 18…29 лет I группы интенсивности труда обеспечивается суточная потребность организма: в белках – на 45…48 % при индексе качества белка 0,81, в незаменимых аминокислотах – на 12…49 %, в клетчатке – на 1,97…2,11 %. В разработанных хлебных палочках несколько увеличилось содержание минеральных веществ (фосфора, железа, селена) и витаминов (рибофлавина, никотиновой кислоты). Суточная потребность организма в энергии за счет указанного количества хлебных палочек покрывается на 32…33 %.

Заключение и выводы

• 1.    На основе теоретических и экспериментальных исследований химического состава вешенки обыкновенной и пищевого казеина обоснована целесообразность их использования в качестве функциональных ингредиентов в технологии хлебных палочек.

• 2.    С помощью программного комплекса «Optima» разработана технология хлебных палочек оздоровительного назначения «Здоровье», в состав которых включены вешенка и казеин пищевой в количестве 25 % и 7 % к массе муки соответственно.

• 3.    Предложено все операции разделки теста проводить в бродильно-формующем агрегате. Это позволяет уменьшить использование ручного труда, сократить производственные площади и количество технологического оборудования за счет демонтажа

• 4.    Методом экспериментально-статистического моделирования получена математическая модель и установлены оптимальные технологические параметры производства обогащенных хлебных палочек: продолжительность замеса теста – 10…11 мин, продолжительность созревания теста под давлением – 10 мин, давление в бродильной камере экструдера – 0,2 МПа.

• 5.    Экспериментальные исследования химического состава готовых изделий свидетельствуют об улучшении пищевой ценности хлебных палочек «Здоровье» вследствие увеличения содержания белков – на 50,5…52,5 %, незаменимых аминокислот – на 8…100 %, клетчатки – на 86…88 %. Доказано, что усвояемость белков и углеводов обогащенных хлебных палочек выше, чем изделий, изготовленных по традиционной рецептуре, на 54,5…55,6 % и 20,6…21,4 % соответственно.

натирочной и формующей машин, шкафа для расстойки тестовых заготовок.