ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СТРАТЕГИИ ПОВЫШЕНИЯ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ ХЛЕБА ЗА СЧЕТ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ КРУПЯНЫХ ПРОИЗВОДСТВ: ОТ МОДИФИКАЦИИ РЕЦЕПТУРЫ ДО ИННОВАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены технологические подходы к повышению пищевой ценности хлебобулочных изделий с использованием побочных продуктов переработки зерна (отрубей, мучки, зародышей). Цель работы — оценка эффективности их применения и способов технологической модификации в хлебопекарном производстве. Проанализированы химический состав вторичного сырья, его функционально-технологические свойства и влияние на реологические характеристики теста. Установлено, что основными ограничениями являются высокое содержание нерастворимых пищевых волокон и фитиновой кислоты. Показано, что применение микронизации, экструзии и ферментации позволяет снизить уровень антинутриентов, повысить биодоступность минералов, стабилизировать структуру теста, улучшить органолептические показатели и увеличить срок хранения готового хлеба.

ABSTRACT

Technological approaches to enhancing the nutritional value of bakery products through the use of cereal processing by-products (bran, flour fractions, and germ) are considered. The aim of the study is to evaluate the effectiveness of their application and methods of technological modification in bread production. The chemical composition of secondary raw materials, their functional and technological properties, and their impact on the rheological characteristics of dough are analyzed. It has been established that the main limitations are the high content of insoluble dietary fiber and phytic acid. It is shown that the use of micronization, extrusion, and fermentation reduces the level of antinutrients, increases mineral bioavailability, stabilizes dough structure, improves organoleptic properties, and extends the shelf life of finished bread.

Ключевые слова: хлебопечение, крупяные производства, побочные продукты, пищевая ценность, ферментация, экструзия, функциональные продукты.

Кeywords: bakery, cereal production, by-products, nutritional value, fermentation, extrusion, functional products.

Введение. Современные тенденции развития пищевой промышленности характеризуются переходом к ресурсосберегающим и экологически ориентированным технологиям, основанным на принципах экономики замкнутого цикла. В агропромышленном комплексе это предполагает максимальное вовлечение вторичных ресурсов переработки сельскохозяйственного сырья в производство продуктов питания с высокой добавленной стоимостью. Одним из наиболее перспективных направлений является использование побочных продуктов переработки зерна — отрубей, мучки, зародышей — в хлебопекарной промышленности.

С физиологической точки зрения такие компоненты представляют собой концентраты биологически активных веществ: пищевых волокон, витаминов группы B, токоферолов, минеральных элементов (Mg, Fe, Zn), а также антиоксидантов [1, с. 90; 2, с. 218]. Их включение в рецептуры хлебобулочных изделий позволяет формировать продукты функционального назначения, способствующие профилактике алиментарно-зависимых заболеваний.

Однако технологическая реализация данного подхода сопряжена с рядом серьёзных ограничений. Высокое содержание нерастворимых пищевых волокон приводит к разрыву клейковинного каркаса, ухудшению газоудерживающей способности теста и снижению объёма хлеба [7, с. 185]. Дополнительной проблемой является присутствие антинутриентов, прежде всего фитиновой кислоты, образующей нерастворимые комплексы с минералами и снижающей их биодоступность [3, с. 344].

Таким образом, актуальной научной задачей является разработка технологических решений, позволяющих интегрировать побочные продукты переработки зерна в хлебопекарные рецептуры без ухудшения качества готовых изделий, а также обусловлена необходимостью реализации принципов экономики замкнутого цикла в АПК и дефицитом микронутриентов в рационе современного человека. Вторичные продукты переработки зерна (отруби, мучка) являются концентратами биологически активных веществ, однако их прямое использование в хлебопечении ограничено из-за деструктивного влияния на клейковинный каркас и высокой концентрации антипитательных факторов (фитатов).

Методы исследования. В работе использован аналитический метод систематизации данных современных исследований в области пищевой химии и биотехнологии. Сравнительный анализ проводился на основе показателей водоудерживающей способности (ВУС), автолитической активности и реологических характеристик теста по альвеографу и фаринографу.

Результаты и обсуждение. Произведён анализ вторичных продуктов крупяных производств и технических  рисков их использования в хлебопекарном производстве (рис.1).

Рисунок 1. Диаграмма распределения рисков при переработке вторичных продуктов (отходов) крупяных производств

Рисунок 1 иллюстрирует структуру технологических и биохимических рисков, возникающих при использовании вторичных продуктов крупяных производств. Установлено, что наибольшую долю составляют микробиологические риски, связанные с развитием плесневых грибов и бактерий вследствие повышенной влажности и остаточной питательной ценности отходов.

Значительный вклад в снижение качества сырья вносит окислительная порча липидной фракции, характерная для продуктов, содержащих зародышевые части зерна. Данный процесс сопровождается образованием перекисных соединений, ухудшающих органолептические показатели и безопасность продукции. Дополнительную опасность представляет накопление микотоксинов при нарушении условий хранения. Механические примеси, такие как оболочки зерна и минеральные включения, ухудшают технологические свойства и требуют дополнительной подготовки сырья.

Следовательно, возникает необходимость комплексной технологической обработки вторичных продуктов для минимизации рисков и повышения их пищевой и биологической ценности.

Сравнительный анализ нутриентного состава пшеничной муки высшего сорта и побочных продуктов переработки (отрубей и мучки) представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительный химический состав основного и вторичного сырья

Анализ химического состава побочных продуктов переработки овса, пшеницы и гречихи показал, что концентрация минеральных веществ (Mg,P,Fe) в них в 3–5 раз превышает аналогичные показатели муки высшего сорта, что согласуется с данными других исследователей [1, с. 88; 10, с. 45].

В ходе исследования была проанализирована зависимость удельного объема хлеба от степени измельчения (микронизации) вносимых отрубей (рис.2).

Рисунок 2. Зависимость удельного объема хлеба (см³/100г) от степени микронизации пшеничных отрубей (мкм) при дозировке 15%

Как следует из представленных на рисунке 2 данных, уменьшение размера частиц побочных продуктов, в данном случае отрубей, до диапазона 40−60 мкм позволяет минимизировать потери в объёме готового изделия. Это объясняется снижением механического воздействия острых кромок оболочек на газоудерживающие пленки клейковины. Это ключевой результат, обосновывающий стратегию микронизации.

Далее было изучено влияние различных стратегий обработки на содержание фитиновой кислоты — основного антинутриента, препятствующего усвоению минералов, в исследуемых пшеничных отрубях (рис.3).

Установлено (рис.3), что наиболее эффективным методом является комбинированная обработка побочных продуктов (экструзия с последующей ферментацией), обеспечивающая снижение уровня фитатов на 85−92%. Это позволяет перевести значительную часть фосфора, магния и железа в биодоступную ионную форму.

Далее было изучено влияние различных стратегий обработки на содержание фитиновой кислоты — основного антинутриента, препятствующего усвоению минералов, в исследуемых пшеничных отрубях (рис.3).

Установлено (рис.3), что наиболее эффективным методом является комбинированная обработка побочных продуктов (экструзия с последующей ферментацией), обеспечивающая снижение уровня фитатов на 85−92%. Это позволяет перевести значительную часть фосфора, магния и железа в биодоступную ионную форму.

Рисунок 3. Эффективность снижения содержания фитиновой кислоты (%) в зависимости от способа обработки побочных продуктов

Реологические показатели теста, зафиксированные с помощью фаринографа, приведены в таблице 2.

Технологические барьеры и способы их преодоления. Вовлечение побочных продуктов переработки зерна в хлебопекарное производство сопровождается рядом технологических барьеров, имеющих как физико-химическую, так и биохимическую природу.

Таблица 2.

Влияние модифицированных добавок на реологические свойства теста

Примечание: Е.Ф. — единицы фаринографа.

1. Нарушение структуры клейковинного каркаса. Высокое содержание грубых пищевых волокон приводит к механическому повреждению белковых структур теста, снижению его эластичности и ухудшению газоудерживающей способности. Это проявляется в уменьшении удельного объёма хлеба на 20–30% при внесении более 15% нативных отрубей [7, с. 190].

Способы преодоления:

• уменьшение размера частиц (микронизация до 40–60 мкм);
• использование гидратации и предварительного набухания волокон;
• комбинирование с улучшителями структуры (ферментные препараты).

2. Высокое содержание антинутриентов. Фитиновая кислота образует комплексы с кальцием, магнием, железом, снижая их усвоение организмом [3, с. 345].

Решения:

• биотехнологическая модификация: применение заквасок с участием Lactobacillus plantarum способствует активации фитаз и снижению содержания фитатов на 60–80%;
• снижение pH теста активирует эндогенные ферменты зерна;
• использование ферментных препаратов (фитазы).

3. Низкая водоудерживающая способность и изменение реологии. Пищевые волокна конкурируют с белками за воду, что приводит к ухудшению формоудерживающих свойств теста [5, с. 104].

Решения:

• экструзионная обработка: при температурах 130–160 °C происходит частичная деструкция клеточных стенок и клейстеризация крахмала, повышающая ВУС;
• применение гидротермической обработки;
• оптимизация влажности теста.

4. Ухудшение органолептических характеристик. Отруби могут придавать хлебу грубую текстуру, тёмный цвет и специфический вкус.

Решения:

• комбинированные технологии (экструзия + ферментация);
• использование ароматобразующих культур;
• оптимизация дозировки (10–15%).

5. Комплексные технологические стратегии. Наиболее эффективным подходом является сочетание нескольких методов обработки:

• микронизация + ферментация;
• экструзия + ферментация;
• ферментация с использованием заквасок направленного действия.

Такие комбинации позволяют одновременно улучшить реологические свойства теста, повысить биодоступность нутриентов и сохранить высокие потребительские характеристики продукта (рис.4).

На начальном этапе осуществляется подготовка сырья, включающая очистку, фракционирование и гидротермическую обработку, что обеспечивает однородность и повышает эффективность последующих процессов. Далее реализуются три ключевые технологические стратегии.

Первая стратегия основана на сочетании микронизации и ферментации. Микронизация способствует разрушению клеточных структур и увеличению доступности субстрата для ферментов. Вторая стратегия предполагает использование экструзии, обеспечивающей термомеханическую модификацию сырья с последующей биоконверсией. Третья стратегия включает применение заквасок направленного действия, что позволяет целенаправленно изменять химический состав и функциональные свойства продукта.

Рисунок 4. Схема глубокой переработки вторичных продуктов (отходы) крупяных производств

Объединяющим этапом является ферментативный гидролиз, обеспечивающий расщепление сложных биополимеров (крахмала, белков, некрахмалистых полисахаридов) до более доступных форм. В результате снижается содержание антипитательных веществ и повышается биологическая ценность продуктов переработки. Заключительные стадии включают процессы разделения, концентрирования и стабилизации, что позволяет получать функциональные пищевые ингредиенты с заданными свойствами.

Заключение. Проведённый анализ показал, что использование побочных продуктов крупяных производств является перспективным направлением повышения пищевой ценности хлеба. Наиболее эффективной является стратегия комплексной обработки сырья, включающая микронизацию и ферментацию, обеспечивающая снижение антинутриентов и улучшение структурных характеристик теста. Это позволяет создавать функциональные хлебобулочные изделия с высоким содержанием пищевых волокон и микронутриентов без существенного ухудшения качества.

Список литературы:

1. Корячкина, С. Я. Технология хлеба из целого зерна злаковых культур / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, Л. В. Черепнина. — Орёл : Госуниверситет-УНПК, 2012. — 203 с.
2. Егоров, Г. А. Технология муки, крупы и комбикормов / Г. А. Егоров. — М. : Колос, 2005. — 320 с.
3. Пащенко, Л. П. Технологические основы производства хлебобулочных изделий / Л. П. Пащенко, Т. В. Санина. — М. : КолосС, 2008. — 368 с.
4. Нечаев, А. П. Пищевые добавки / А. П. Нечаев, А. А. Кочеткова, А. Н. Зайцев. — М. : КолосС, 2002. — 256 с.
5. Магомедов, Г. О. Технология хлебобулочных изделий функционального назначения / Г. О. Магомедов, А. Я. Олейникова, И. В. Плотникова. — Воронеж : ВГТА, 2010. — 180 с.
6. Sivam, A. S. Interaction of carbohydrates, proteins, and lipids in food systems // Journal of Food Science. — 2011. — Vol. 76, No. 3. — P. 235–248.
7. Ауэрман, Л. Я. Технология хлебопекарного производства / Л. Я. Ауэрман ; под ред. Л. И. Пучковой. — 9-е изд. — СПб. : Профессия, 2005. — 416 с.
8. Поландова, Р. Д. Использование вторичных ресурсов в хлебопечении // Хлебопечение России. — 2015. — № 4. — С. 12–15.
9. Цыганова, Т. Б. Технология и хлебопекарные свойства ржаной муки / Т. Б. Цыганова. — М. : АСМС, 2004. — 150 с.
10. Юрьева, С. Ю. Рациональное использование побочных продуктов переработки овса // Пищевая промышленность. — 2018. — № 2. — С. 44–47.