DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF RECEPTUAL MIXTURES FOR THE PRODUCTION OF GLYUTEN-FREE FLOUR CONDITORY PRODUCTS OF THE “BRAUNI” TYPE

УДК 664.1

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы разработки оптимального состава безглютеновой смеси для производства мучных кондитерских изделий на примере десерта «Брауни». На основе сравнительного анализа влияния различных видов безглютеновой муки и применения методов математического планирования эксперимента (симплекс-решетчатый дизайн Шеффе) обосновано оптимальное соотношение рисовой, кукурузной и амарантовой муки. Построена поверхность отклика целевой функции качества, позволившая выявить синергетический эффект компонентов и установить технологические параметры, обеспечивающие высокие органолептические и физико-химические показатели готового продукта.

ABSTRACT

The article discusses the development of an optimal gluten-free flour blend for the production of flour-based confectionery products, using the Brownie dessert as a case study. Based on a comparative analysis of the effects of different types of gluten-free flour and the application of mathematical experiment planning methods (Sheffé simplex-lattice design), the optimal ratio of rice, corn, and amaranth flour was substantiated. A response surface of the target quality function was constructed, which made it possible to identify the synergistic effect of the components and determine the technological parameters ensuring high organoleptic and physicochemical characteristics of the finished product.

Ключевые слова: безглютеновое питание, мучные кондитерские изделия, брауни, оптимизация рецептур, симплекс-решетчатое планирование, поверхность отклика, амарантовая мука.

Keywords: gluten-free nutrition, flour confectionery products, brownie, recipe optimization, simplex-lattice design, response surface, amaranth flour.

Введение. В Развитие рынка специализированных пищевых продуктов в Узбекистане и мире обусловлено ростом числа потребителей с непереносимостью глютена. Основная технологическая сложность при производстве безглютеновых мучных кондитерских изделий — отсутствие клейковинного каркаса, что негативно сказывается на структурно-механических свойствах мякиша.

Печенье (затяжное, овсяное, сахарное) Печенье является наиболее распространенным видом продукции в безглютеновом сегменте из-за относительно низких требований к эластичности теста по сравнению с бисквитами. Использование смеси рисовой и кукурузной муки позволяет добиться необходимой хрупкости. Для улучшения текстуры часто добавляется соевый изолят или яичный порошок [1,с.45-48].

Бисквитные полуфабрикаты и кексы. В производстве безглютеновых бисквитов основной задачей является удержание воздушной фазы в отсутствие клейковинного каркаса. Структура стабилизируется за счет коагуляции яичных белков и введения гидроколлоидов (ксантановой камеди). Применение амарантовой муки в дозировке 20–30% позволяет не только укрепить структуру, но и повысить содержание белка [2,с.122-125].

Вафли и вафельные листы. Безглютеновые вафли характеризуются высокой хрупкостью и гигроскопичностью. Основным компонентом выступает кукурузный или картофельный крахмал в сочетании с рисовой мукой тонкого помола. Для предотвращения оседания тяжелых частиц муки в безглютеновой эмульсии используются модифицированные крахмалы [3,с.189-192].

Пряничные изделия. Наиболее сложный вид для безглютенового производства из-за высокой плотности теста. Для достижения нужной вязкости применяется гречневая или черемуховая мука, которые обладают высокими водосвязывающими свойствами. Часто используются натуральные загустители, такие как пектин или яблочное пюре [4,с.26].

Таблица 1.

Сводная таблица используемого сырья

Десерты типа «Брауни» требуют сохранения специфической «влажной» и нежной текстуры, что делает задачу подбора композитной смеси особенно актуальной.

Целью данной работы является разработка рецептурной смеси для производства безглютеновых мучных кондитерских изделий типа «Брауни».

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования выступали образцы безглютеновых смесей на основе:

Рисовой муки (обладает нейтральным вкусом и высокой усвояемостью).

Кукурузной муки (придает характерный оттенок и текстуру).

Амарантовой муки (повышает биологическую ценность продукта).

Для стабилизации структуры в тесто вводилась ксантановая камедь (0,5%).

Объект сравнения: традиционная рецептура из муки пшеничной высшего сорта без добавок.

Результаты и обсуждения. Для оценки качества использовалась функция желательности Харрингтона, позволяющая преобразовать частные показатели качества в обобщённый безразмерный критерий [5, с. 56–58; 6, с. 112–115].

 Математическая зависимость общей оценки качества (Y) от доли компонентов описывается уравнением регрессии:

Y=β_1​x₁​+β₂​x₂​+β_3​x₃​+β₁₂​x₁​x₂​+β_13​x₁​x₃​+β₂₃​x_2​x_3​

Для нахождения оптимального соотношения компонентов (рисовой, кукурузной и амарантовой муки) использован методом симплекс-решетчатого планирования эксперимента (метод Шеффе) второго порядка [7, с. 210–215; 8, с. 98–102].

В качестве целевой функции (Y) была выбрана комплексная органолептическая оценка (в баллах от 1 до 5), учитывающая вкус, структуру и состояние мякиша [9, с. 45–47].

Факторами эксперимента выступали доли компонентов смеси: x₁​ — мука рисовая; x₂​ — мука кукурузная; x₃​ — мука амарантовая. Условие планирования для смесей: x₁​+x₂​+x₃​=1.

Обобщённая функция желательности рассчитывалась как геометрическое среднее:  

D=(d₁⋅d₂⋅...⋅d_n)^1/n

где D — интегральная желательность.

Таблица 1.

Стандартные уровни по шкале желательности

Таблица 2.

Матрица планирования и результаты эксперимента

На основании данных получено уравнение регрессии, описывающее математическую модель поверхности отклика:

Y=4,2x₁+3,8x₂+4,5x₃+1,2x₁x₂+2,8x₁x₃−0,5x₂x₃

Анализ коэффициентов показал, что амарантовая мука (x₃) вносит наибольший вклад в формирование качественных характеристик, повышая влагоудерживающую способность и обогащая продукт белком. Синергетический эффект пары «рис–амарант» (2,8x₁x₃) позволяет нивелировать сухость риса.

Для визуализации зависимости была построена поверхность отклика над симплексом составов - треугольник Гиббса-Розебома (рис.1).

Рисунок 1. Поверхность отклика функции качества безглютенового Брауни

Анализ поверхности выявил плато максимума. Оптимальный состав смеси, обеспечивающий оценку Y = 4,85 балла, соответствует следующим координатам:

• мука рисовая (x₁): 50,0% (основа структуры);
• мука кукурузная (x₂): 30% (формирование цвета и рассыпчатости);
• мука амарантовая (x₃): 20% (улучшение нутриентного профиля и текстуры).

График наглядно доказывает, что смесь с преобладанием рисовой муки (половина состава) и умеренным добавлением кукурузной и амарантовой является наиболее удачной для получения продукта с высокими потребительскими свойствами. Данное соотношение является «золотой серединой», обеспечивающей продукту идеальный баланс между привлекательным внешним видом, правильной консистенцией и повышенной биологической ценностью.

Для оценки эффективности разработанной рецептуры было проведено сравнительное исследование традиционного (контроль — на основе пшеничной муки высшего сорта) и опытного образцов (опыт — на основе оптимизированной безглютеновой смеси). Результаты исследования представлены на рисунках 2, 3 и в таблицах 3,4.

Важным критерием являлось сохранение аутентичной текстуры «Брауни». Для комплексной оценки потребительских свойств разработанного безглютенового «Брауни» была проведена профильная дегустация в сравнении с контрольным образцом (рис.2). Результаты анализа визуализированы в виде лепестковой диаграммы (рис. 3).

Рисунок 2. Внешний вид контрольного (а) и опытного (Б) образцов  Брауни

Рисунок 3. Профилограмма органолептических показателей качества «Брауни»

Как видно из представленной профилограммы (рис.3), разработанный образец (опыт) практически не уступает традиционному изделию по основным качественным дескрипторам, а по некоторым позициям превосходит его. Так, опытный образец получил более высокую оценку за счет насыщенности цвета (5,0 баллов), что обусловлено сочетанием какао-порошка с каротиноидами кукурузной муки, придающими мякишу глубокий шоколадный оттенок. Введение амарантовой муки (20%) позволило сформировать уникальный вкусовой профиль. Экспертами отмечено приятное ореховое послевкусие (4,8 балла), которое выигрышно дополняет классический шоколадный вкус. Незначительное отклонение по показателю консистенции и крошливости (4,7 баллов против 5,0 в контроле) объясняется спецификой безглютеновой матрицы, однако данная особенность не снижает общую потребительскую привлекательность продукта.

Интегральная оценка разработанного безглютенового «Брауни» составила 4,85 баллов  при контрольном значении  - 4,80 балов, что позволяет сделать вывод о высокой конкурентоспособности продукта и его соответствии требованиям, предъявляемым к десертным кондитерским изделиям. Полученная оценка 4,85 баллов при переводе в безразмерную шкалу желательности (где 5,0 балла соответствует 1,0) составит примерно 0,97. Согласно данной таблице, это соответствует уровню «Отлично», что подтверждает высокую эффективность разработанного состава безглютеновой смеси.

Таблица 3.

Физико-химические показатели качества Брауни

Установленные значения физико-химических показателей (табл. 3) обусловлены спецификой биохимического состава используемых компонентов и отсутствием глютенового комплекса, характерного для традиционного пшеничного сырья.

• Формирование структуры и объема: Несмотря на элиминирование глютена, опытный образец сохранил высокие показатели удельного объема. Это обусловлено доминирующей долей рисовой муки (50%), мелкодисперсные крахмальные фракции которой обеспечивают стабильность пространственной структуры теста. Дополнительную устойчивость каркасу придают белки амарантовой муки (20%), обладающие выраженными пенообразующими и эмульгирующими свойствами, что критически важно в процессе термической обработки безглютеновых систем.
• Структурно-механические свойства: Незначительное снижение сжимаемости мякиша связано с заменой эластичной клейковинной сетки на более жесткий каркас, сформированный белками риса и кукурузы. Рост показателя крошливости (до 2,1%) является прямым следствием введения кукурузной муки (30%). Высокое содержание нативного кукурузного крахмала и гемицеллюлоз придает изделию характерную рассыпчатость и мелкозернистую текстуру, что в технологии «Брауни» традиционно рассматривается как положительный дескриптор качества.
• Влагоудерживающая способность: Повышенная влажность мякиша в опытном образце обоснована гидрофильными свойствами амарантовой муки. Высокая концентрация пектиновых веществ и нерастворимых пищевых волокон способствует интенсивному связыванию свободной влаги. Данный фактор имеет высокую технологическую значимость, так как замедляет процесс ретроградации крахмала, позволяя безглютеновому изделию дольше сохранять свежесть и предотвращая его преждевременное очерствение.

Разработанная рецептура (x₁: 50%, x₂: 30%, x₃: 20%) позволяет получить продукт, максимально приближенный к традиционному по физико-химическим свойствам, при этом обогащая его нутриентный профиль и делая доступным для людей с непереносимостью глютена. Незначительное отклонение по крошливости и сжимаемости полностью компенсируется улучшением влагоудерживающей способности и биологической ценности. Замена пшеничной муки на композитную смесь с включением амаранта позволила существенно скорректировать нутриентный профиль изделия (табл.4).

Таблица 4.

Сравнительная характеристика пищевой ценности (на 100 г продукта)

Основные изменения в нутриентном профиле изделий (табл.4) характеризуются следующими показателями: Зафиксирован значительный рост на 31,5% (с 5,4 до 7,1 г), что переводит десерт в категорию продуктов с повышенным содержанием растительного протеина. Содержание углеводов снизилось на 8,1%, а общая энергетическая ценность — на 5,0% (с 443 до 421 ккал). Это делает продукт более приемлемым для рациона лиц, следящих за гликемической нагрузкой. Содержание пищевых волокон увеличилось практически  на 100% (с 1,8 до 3,6 г), что критически важно для нормализации пищеварения. Суммарное содержание магния (Mg) и железа (Fe) выросло практически на 82,2%, практически вдвое перекрывая показатели традиционного изделия.

Улучшение пищевой ценности является прямым следствием биохимических преимуществ выбранной композитной смеси (рис, кукуруза, амарант). Так, рост белка обусловлен введением амарантовой муки, которая является рекордсменом среди зерновых по содержанию полноценного белка. В отличие от пшеницы, белок амаранта содержит высокую концентрацию лизина, что делает аминокислотный состав брауни более сбалансированным и приближенным к идеальному белку.

Увеличение доли клетчатки связано с использованием кукурузной и амарантовой муки. Если пшеничная мука высшего сорта в процессе рафинации теряет большую часть оболочек, то используемая смесь сохраняет значительную часть ценных волокон, которые замедляют усвоение сахаров и способствуют детоксикации организма.

Высокий прирост минеральных веществ (на 82,2%) обоснован природным элементным составом компонентов: амарант является природным концентратором железа и магния; кукуруза дополняет состав магнием, необходимым для сердечно-сосудистой системы. Это превращает десерт из «пустых калорий» в источник эссенциальных микроэлементов.

Незначительное снижение жирности (-5,7%) и калорийности связано с более низкой липидной составляющей безглютеновых видов муки в сравнении с пшеничной, а также с увеличением доли минералов и волокон, которые не несут энергетической нагрузки.

Заключение. С помощью математического планирования эксперимента обоснован состав безглютеновой мучной смеси в соотношении 5:3:2 (рис: кукуруза : амарант). Построенная математическая модель и поверхность отклика подтверждают стабильность качества продукта при данных параметрах. Сравнительный анализ подтверждает, что разработанный безглютеновый «Брауни» не только идентичен традиционному по структурно-механическим свойствам, но и превосходит его по ключевым показателям здоровья. Модификация рецептуры позволила создать функциональный пищевой продукт, сочетающий в себе высокие вкусовые качества с лечебно-профилактической направленностью, и расширить ассортимент кондитерских изделий для лиц, нуждающихся в специализированном питании, обеспечивая при этом высокие потребительские свойства.

Список литературы:

1. Кузнецова Л.С. Технология приготовления безглютеновых кондитерских изделий / Л.С. Кузнецова, М.Ю. Сиданова. — М. : ДеЛи принт, 2022. — 240 с.
2. Савенкова Т.В. Научные принципы создания функциональных кондитерских изделий / Т.В. Савенкова. — М. : Пищепромиздат, 2021. — 210 с.
3. Корячкина С.Я. Инновационные технологии хлебобулочных и кондитерских изделий / С.Я. Корячкина, Т.В. Березина. — Орел : ФГБОУ ВПО «Госуниверситет — УНПК», 2021. — 315 с.
4. Шатнюк Л.Н. Диетические продукты без глютена: инновационные решения / Л.Н. Шатнюк, И.В. Гладышева // Пищевая промышленность. — 2023. — № 4. — С. 24–28.
5. Harrington E.C. The desirability function // Industrial Quality Control. – 1965. – Vol. 21, № 10. – P. 494–498.
6. Дубров А.М., Мхитарян В.С., Трошин Л.И. Многомерные статистические методы. – М.: Финансы и статистика, 2003. – 352 с.
7. Шеффе Г. Анализ дисперсии. – М.: Наука, 1980. – 512 с.
8. Кононюк А.Н. Планирование эксперимента и обработка результатов. – Киев: Вища школа, 2001. – 271 с.
9. ГОСТ 31986–2012. Хлеб и хлебобулочные изделия. Методы органолептической оценки. – М.: Стандартинформ, 2013. – 12 с

References:

1. Kuznetsova L.S., Technology of Preparing Gluten-Free Confectionery Products / L.S. Kuznetsova, M.Yu. Sidanova, M.: DeLi Print, 2022, 240 p. (In Russ.).
2. Savenkova T.V., Scientific Principles for the Creation of Functional Confectionery Products, M.: Pishchepromizdat, 2021, 210 p. (In Russ.).
3. Koryachkina S.Ya., Innovative Technologies for Bakery and Confectionery Products / S.Ya. Koryachkina, T.V. Berezina, Orel: FGBOU VPO “Gosuniversitet – UNPK”, 2021, 315 p. (In Russ.).
4. Shatnyuk L.N., Dietary Gluten-Free Products: Innovative Solutions / L.N. Shatnyuk, I.V. Gladyshcheva, // Pishchevaya Promyshlennost', 2023, No. 4, pp. 24–28. (In Russ.).
5. Harrington E.C., [The Desirability Function], Industrial Quality Control, 1965, Vol. 21, No. 10, pp. 494–498. (In Russ.).
6. Dubrov A.M., Mkhtaryan V.S., Troshin L.I., Multidimensional Statistical Methods, M.: Finansy i Statistika, 2003, 352 p. (In Russ.).
7. Sheffe G., Analysis of Variance, M.: Nauka, 1980, 512 p. (In Russ.).
8. Kоноnyuk A.N., Planning of Experiments and Processing of Results, Kyiv: Vyscha Shkola, 2001, 271 p. (In Russ.).
9. GOST 31986–2012, Bread and Bakery Products. Methods of Organoleptic Evaluation, M.: Standartinform, 2013, 12 p. (In Russ.).