DEVELOPMENT OF A GLUTEN-FREE SPONTANEOUS FERMENTATION STARTER BASED ON RICE FLOUR AND EVALUATION OF ITS TECHNOLOGICAL PROPERTIES

УДК 664.6+579.6

Аннотация

Рост спроса на безглютеновые продукты, обусловленный медицинскими показаниями и изменением структуры питания населения, определяет необходимость разработки новых технологий производства качественных хлебобулочных изделий. Целью исследования являлось получение безглютеновой закваски на основе рисовой муки методом спонтанной ферментации и оценка её технологических свойств. В ходе работы установлено, что в процессе ферментации формируется устойчивый симбиотический консорциум молочнокислых бактерий и дрожжей, обеспечивающий стабильное протекание микробиологических процессов. Исследуемая закваска характеризовалась высокой ферментативной активностью, стабильностью при культивировании и выраженной газообразующей способностью. Показано, что применение цельнозерновой рисовой муки способствует более интенсивному развитию естественной микрофлоры и ускоряет созревание закваски. Разработанная технология позволяет получать функциональную безглютеновую закваску, пригодную для производства хлебобулочных изделий с улучшенными структурно-механическими и органолептическими характеристиками, повышенной пищевой ценностью и стабильными показателями качества готовой продукции. Полученные результаты подтверждают перспективность использования заквасочных технологий в производстве специализированных продуктов питания для людей с непереносимостью глютена и целиакией, а также возможность расширения ассортимента функциональных безглютеновых изделий с высокими потребительскими и технологическими показателями.

Abstract

The growing demand for gluten-free products, driven by medical indications and changing diets, necessitates the development of new technologies for the production of high-quality bakery products. The aim of this study was to produce a gluten-free sourdough starter culture based on rice flour using spontaneous fermentation and to evaluate its technological properties. The study established that the fermentation process produces a stable symbiotic consortium of lactic acid bacteria and yeast, ensuring stable microbiological processes. The studied starter culture exhibited high enzymatic activity, stability during cultivation, and pronounced gas-forming capacity. The use of whole-grain rice flour was shown to promote more intensive development of natural microflora and accelerate starter maturation. The developed technology enables the production of a functional gluten-free sourdough starter culture suitable for the production of bakery products with improved structural, mechanical, and organoleptic characteristics, increased nutritional value, and consistent quality indicators of the finished product. The obtained results confirm the potential of using starter culture technologies in the production of specialized food products for people with gluten intolerance and celiac disease, as well as the possibility of expanding the range of functional gluten-free products with high consumer and technological indicators.

Ключевые слова: безглютеновая закваска, спонтанная ферментация, рисовая мука, молочнокислые бактерии, дрожжи, микробный консорциум, ферментация.

Keywords: gluten-free sourdough, spontaneous fermentation, rice flour, lactic acid bacteria, yeasts, microbial consortium, fermentation.

Введение

В последние годы наблюдается рост потребления безглютеновых продуктов, обусловленный распространённостью целиакии и развитием функционального питания [1, с. 676]. Одной из основных проблем безглютенового хлебопечения является отсутствие глютена, обеспечивающего структуру и газоудерживающую способность теста [2, с. 82; 3, с. 86; 4, с. 3]. Перспективным решением данной проблемы является применение заквасок спонтанного брожения, представляющих собой симбиотическую систему молочнокислых бактерий и дрожжей [5, с. 4; 6, с. 3; 7, с. 5]. В процессе ферментации формируется устойчивый микробный консорциум, обеспечивающий подкисление среды, газообразование и улучшение органолептических свойств продукции. Особый интерес представляет рисовая мука, отличающаяся нейтральными свойствами и пригодностью для безглютеновых технологий [8, с. 138; 9, с. 24; 10, с. 44]. Целью исследования являлась разработка технологии получения безглютеновой закваски спонтанного брожения на основе рисовой муки и оценка её технологических свойств.

Материалы и методы

В качестве основного сырья использовали рисовую муку (белую и цельнозерновую бурого, красного и чёрного риса). Установлено, что степень помола и наличие оболочек зерна оказывают влияние на скорость формирования заквасочной микрофлоры: чем выше содержание оболочек, тем быстрее происходит развитие ферментационных процессов. В качестве жидкой фазы применяли воду комнатной температуры (фильтрованную или водопроводную).

Условия получения закваски

Ферментацию проводили при температуре выше 26 °С (оптимально 28–30 °С), что обеспечивает активное развитие молочнокислых бактерий и дрожжей. Закваску выращивали в прозрачной узкой ёмкости, заполняемой на 1/2–1/3 объёма, что позволяло визуально контролировать динамику брожения (газообразование, подъём, разрыхление структуры).

Методика выведения рисовой закваски спонтанного брожения

Процесс получения закваски осуществляли методом последовательного культивирования с периодическим обновлением питательной среды.

Таблица 1. Методика выведения безглютеновой закваски спонтанного брожения

Таблица отражает основные этапы выведения безглютеновой закваски спонтанного брожения. На начальной стадии происходит активация микрофлоры рисовой муки, сопровождающаяся газообразованием. Последующие кормления обеспечивают селекцию устойчивых молочнокислых бактерий и дрожжей. В результате формируется зрелая закваска с высокой ферментативной активностью, стабильностью и способностью к газообразованию, пригодная для использования в технологии безглютеновых хлебобулочных изделий.

Критерии зрелости закваски

Закваску считают зрелой при достижении стабильных технологических показателей: подъёма до пика активности в течение 4–6 часов после кормления, увеличения объёма в 2–3 раза и формирования выраженной пористой структуры. Сформированная закваска имеет однородную вязкую консистенцию, равномерное распределение газовых включений, слабокислый приятный запах и нейтральный либо слегка кисловатый вкус без посторонних оттенков. Совокупность органолептических признаков свидетельствовала о высокой ферментативной активности, стабильности и формировании устойчивого микробного консорциума молочнокислых бактерий и дрожжей.

Методы анализа

Определение активной кислотности (pH)

Активную кислотность закваски определяли с использованием портативного pH-метра HI 83141 (Hanna Instruments). Перед измерениями прибор калибровали буферными растворами pH 4,01 и 7,00. Для анализа 10 г закваски разбавляли дистиллированной водой в соотношении 1:10, гомогенизировали и выдерживали 5 минут. Измерения проводили при температуре (20±2) °С после стабилизации показаний прибора. Значение pH использовали для оценки интенсивности ферментационных процессов и накопления органических кислот.

Микробиологический анализ

Микробиологическое исследование проводили для оценки состава и активности микрофлоры закваски. Навеску 10 г гомогенизировали в 90 мл стерильного физиологического раствора с получением разведения 10⁻¹, после чего готовили последовательные десятикратные разведения до 10⁻⁴ и выше. Посев осуществляли методом поверхностного распределения: 0,1 мл суспензии наносили на агаризованные питательные среды и распределяли стерильным шпателем Дригальского. Дополнительно применяли секторный и штриховой методы посева.

Для культивирования использовали среды на основе агар-агара Liofilchem и солодового экстракта Malt Extract Broth Biolife. Среды стерилизовали при 121 °С в течение 15–20 минут и разливали в чашки Петри. Инкубацию проводили при 30 °С в течение 48–72 часов. Подсчёт колоний выполняли на чашках с 30–300 КОЕ, результаты выражали в КОЕ/г.

Результаты и обсуждение

Кислотность закваски

Установлено, что активная кислотность безглютеновой закваски составила pH = 4,59, что соответствует зрелым заквасочным системам. Титруемая кислотность находилась в пределах 8–10 °Т, что свидетельствует о накоплении органических кислот, преимущественно молочной и уксусной. Формирование кислой среды связано с активностью молочнокислых бактерий родов Lactobacillus, Leuconostoc и Pediococcus. Снижение pH ниже 5,0 способствует подавлению посторонней микрофлоры и обеспечивает микробиологическую стабильность закваски.

Микробиологические показатели

Микробиологический анализ показал высокую степень обсеменённости закваски — (0,9–1,2) × 10⁷ КОЕ/г, что подтверждает активное развитие микробного консорциума. Наиболее достоверные результаты получены при разведении 10⁻⁴, где наблюдалось 90–120 колоний, соответствующих оптимальному диапазону количественного учёта. При меньших разведениях отмечался сплошной рост микроорганизмов, а при более высоких — недостаточное количество колоний для точного анализа.

При посеве разведённых образцов на плотные питательные среды наблюдалась следующая картина роста:

Таблица 2. Определение количества микроорганизмов (КОЕ/г) при различных разведениях закваски

Наиболее достоверные результаты получены при разведении 10⁻⁴, где наблюдалось около 100 колоний. Морфологический анализ выявил смешанный состав микрофлоры. Преобладали мелкие матовые колонии, характерные для молочнокислых бактерий (Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus), тогда как более крупные выпуклые колонии относились к дрожжам (Saccharomyces cerevisiae, Kazachstania humilis, Saccharomyces exiguus). Доля молочнокислых бактерий составляла 70–75%, дрожжей 20–30%, что характерно для зрелых заквасок. Доминирование молочнокислой микрофлоры обеспечивало снижение pH среды, а дрожжи способствовали газообразованию и формированию пористой структуры теста.

Таблица 3. Состав микрофлоры безглютеновой закваски

Таблица отражает состав микрофлоры безглютеновой закваски, в которой доминируют молочнокислые бактерии (70–80%), преимущественно Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Leuconostoc mesenteroides и Pediococcus pentosaceus. Дрожжевая микрофлора составляет 20–30% и представлена главным образом Saccharomyces cerevisiae, Kazachstania humilis и Saccharomyces exiguus. Морфологический анализ выявил преобладание мелких матовых колоний молочнокислых бактерий и наличие более крупных выпуклых колоний дрожжей. Полученные результаты подтверждают формирование устойчивого симбиотического микробного консорциума, обеспечивающего активное протекание ферментации и технологическую пригодность закваски.

Заключение

Установлено, что при спонтанном брожении рисовой муки формируется устойчивая безглютеновая закваска с активной микробиологической системой. Закваска характеризуется pH = 4,59 и титруемой кислотностью 8–10 °Т, что свидетельствует о накоплении органических кислот. Микробиологический анализ выявил высокую численность микроорганизмов (≈10⁷ КОЕ/г) и смешанную микрофлору, представленную молочнокислыми бактериями и дрожжами. Доминирование молочнокислых бактерий обеспечивает стабильность среды, а дрожжи — газообразование. Закваска обладает пористой структурой и стабильными характеристиками и может эффективно применяться в производстве безглютеновых хлебобулочных изделий.

Cписок литературы:

1. Moroni A.V., Arendt E.K., Bello F.D. Sourdough in gluten-free bread-making: An ancient technology to solve a novel issue? // Food Microbiology. – 2009. – Vol. 26, No. 7. – P. 676–684. – DOI: 10.1016/j.fm.2009.07.001.
2. Gänzle M.G. Enzymatic and bacterial conversions during sourdough fermentation // Food Microbiology. – 2020. – DOI: 10.1016/j.fm.2020.103457.
3. Gänzle M.G. Sourdough microbiology and technology // Current Opinion in Food Science. – 2021. – Vol. 37. – P. 81–87. – DOI: 10.1016/j.cofs.2021.01.004.
4. Katina K., Maina N.H., Juvonen R. et al. In situ production and analysis of exopolysaccharides in cereal sourdough // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. – 2022. – DOI: 10.1111/1541-4337.12901.
5. Ronda F., Pérez-Quirce S., Lazaridou A., Biliaderis C.G. Effect of barley and oat β-glucan concentrates on gluten-free rice-based doughs and bread characteristics // Food Hydrocolloids. – 2021. – DOI: 10.1016/j.foodhyd.2021.106756.
6. Cappa C., Lucisano M., Mariotti M. Influence of psyllium, sugar beet fibre and water on gluten-free dough properties and bread quality // LWT –Food Science and Technology. – 2020. – DOI: 10.1016/j.lwt.2020.109214.
7. Rizzello C.G., De Angelis M., Coda R., Gobbetti M. Use of sourdough fermentation in gluten-free bread making // Food Microbiology. – 2021. – DOI:10.1016/j.fm.2020.103780.
8. Попов В.Г., Шленская Т.В. Тенденции использования безглютеновых видов муки в технологии хлебобулочных изделий // Вестник ВГУИТ. – 2021. – Т. 83, № 2. – С. 134–142. – DOI: 10.20914/2310-1202-2021-2-134-142.
9. Жаркова И.М. Закваски спонтанного (естественного) брожения //Хлебопродукты. – 2023. – № 6. – С. 22–31.
10. Есаулко Н.А., Сидоренко Е.В. Безглютеновые хлебобулочные изделия из композитных мучных смесей // Food Market Engineering. – 2025. – № 2. – С. 41–49.

References:

1. Moroni A.V., Arendt E.K., Bello F.D. [Sourdough in gluten-free bread-making: An ancient technology to solve a novel issue]. Food Microbiology, 2009, vol. 26, no. 7, pp. 676–684. DOI: 10.1016/j.fm.2009.07.001.
2. Gänzle M.G. [Enzymatic and bacterial conversions during sourdough fermentation]. Food Microbiology, 2020. DOI: 10.1016/j.fm.2020.103457.
3. Gänzle M.G. [Sourdough microbiology and technology]. Current Opinion in Food Science, 2021, vol. 37, pp. 81–87. DOI: 10.1016/j.cofs.2021.01.004.
4. Katina K., Maina N.H., Juvonen R. et al. [In situ production and analysis of exopolysaccharides in cereal sourdough]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2022. DOI: 10.1111/1541-4337.12901.
5. Ronda F., Pérez-Quirce S., Lazaridou A., Biliaderis C.G. [Effect of barley and oat β-glucan concentrates on gluten-free rice-based doughs and bread characteristics]. Food Hydrocolloids, 2021. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2021.106756.
6. Cappa C., Lucisano M., Mariotti M. [Influence of psyllium, sugar beet fibre and water on gluten-free dough properties and bread quality]. LWT – Food Science and Technology, 2020. DOI: 10.1016/j.lwt.2020.109214.
7. Rizzello C.G., De Angelis M., Coda R., Gobbetti M. [Use of sourdough fermentation in gluten-free bread making]. Food Microbiology, 2021. DOI: 10.1016/j.fm.2020.103780.
8. Popov V.G., Shlenskaya T.V. [Tendencies of using gluten-free flour types in bakery products technology]. Vestnik VGUIT, 2021, vol. 83, no. 2, pp. 134–142. DOI: 10.20914/2310-1202-2021-2-134-142. (In Russ.)
9. Zharkova I.M. [Sourdoughs of spontaneous (natural) fermentation]. Khleboprodukty, 2023, no. 6, pp. 22–31. (In Russ.)
10. Esaulko N.A., Sidorenko E.V. [Gluten-free bakery products from composite flour mixtures]. Food Market Engineering, 2025, no. 2, pp. 41–49. (In Russ.)