CC BY
150
Ключевые слова: функциональные добавки; лечебное питание; питательная ценность; диетический хлеб.
УДК 664.6
Использование функциональных добавок
в хлебопечении
Р.Р. Еникеев, асп., А.В. Зимичев, канд. хим. наук, доц., А.Г. Кашаев, асп.
Самарский государственный технический университет
Согласно современному представлению о рациональном питании, пищевые продукты должны не только обладать высокой пищевой ценностью, но и оказывать регуляторное или лечебное воздействие на организм. Поэтому в последние годы все большую популярность приобретают продукты функционального назначения. На основании анализа мирового рынка продуктов функционального назначения можно выделить три основных сегмента: функциональные хлебобулочные изделия и закуски (18 %), молочные продукты (23 %) и функциональные напитки (59%) [1]. Исследования общественного мнения, проведенные в Великобритании, Италии, Германии и Финляндии, показали примерно равную степень готовности и желания употреблять функциональные продукты. Молодые потребители больше интересуются положительным влиянием на организм, нежели эффектом снижения риска различных заболеваний, пожилые люди - наоборот [2]. При выборе пищевых продуктов определяющую роль играют сенсорные характеристики, и люди зачастую ожидают, что функциональные продукты не будут отличаться от традиционных [3].
В отличие от диетических функциональные продукты обладают направленным регуляторным воздействием на организм [4]. Актуальность создания и внедрения лечебно-профилактических функциональных продуктов обусловлена тем фактом, что это направление входит в гуманистическую программу, провозглашенную ООН [5].
В качестве добавок функционального назначения при производстве хлебобулочных изделий могут выступать бобовые и злаки различных культур. Так, внесение в рецептуру пшеничного хлеба муки сои, люпина и тритикале практически решило проблему несбалансированного аминокислотного состава белка пшеницы [6]. При добавлении муки из тритикале увеличивается удельный объем хлеба. Повышение содержания соевой и люпиновой муки приводит к уменьшению удельного объема, что вызвано снижением количества клейковины. В то же время на-
личие этих культур обусловливает увеличение абсорбции влаги, что положительно коррелирует с удельным объемом и выходом готового хлеба [7]. При добавлении соевой муки в количестве 10 % содержание белка увеличивается с 12,4 до 13,8 %, лизина - с 2,76 до 3,05 мг/100 г белка, кальция - с 71,9 до 81,8 мг/100 г [8]. Однако при содержании соевой муки в пшеничном хлебе уже в количестве 5 % наблюдается значительное увеличение таких антинут-риентов, как фитиновая кислота, полифенолы, ингибиторы амилазы и трипсина [8]. Вместе с тем, в сое содержится 12 изофлавонов, что положительно сказывается на здоровье человека. Потребление этих веществ и соевого белка связывают с пониженным риском сердечно-сосудистых заболеваний [9], простатита [10], рака молочной железы [11] и толстого кишечника [12], улучшенным состоянием костной ткани [13]. Технологические условия приготовления хлеба не оказывают влияния на общее содержание изофлавонов [14].
Основное достоинство овса и ячменя в качестве функциональной добавки -содержание в их клеточной структуре Р-глюкана. Этот полисахарид вместе с целлюлозой входит в состав клеточной стенки, в процессе приготовления продукта высвобождается и частично переходит в растворимую форму [15]. Проведенные исследования показали, что р-глюкан снижает уровень холестерина [16], глюкозы и инсулина [17]. Продукты, содержащие р-глюкан, имеют большой потенциал в лечении и профилактике сахарного диабета 2-го типа [18]. Снижение уровня холестерина на 10 % уменьшает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний на 15 % [19].
При приготовлении овсяной каши содержание растворимого р-глюкана повышается, и наоборот, при выпечке овсяного хлеба - понижается [20]. Повышение величины удельного объема хлеба происходит за счет добавления к овсяной муке сухой клейковины. Для получения оптимальной рецептуры овсяного хлеба необходимо внесение пшеничной муки примерно в равном количестве к овсяной. Содержание р-
глюкана в этом случае составило 2,4 г на 100 г хлеба, что превышает установленные нормативы потребления.
В ячмене также содержится фермент Р-глюканаза, который расщепляет р-глюкан. В разрушение р-глюкана вносят вклад и ферменты пшеничной муки. Чтобы в полной мере сохранить полезные свойства рекомендуется по возможности максимально сократить время замеса и брожения [21]. Помимо Р-глюкана в ячмене в большем количестве, по сравнению с пшеничной обойной мукой, присутствуют фенольные смолы, обладающие антиоксидантной активностью [22], а также макро- и микроэлементы, в частности селен. При замене уже 15 % муки на ячменную 300 г такого хлеба содержит 40 % дневной нормы селена и 70-75 % дневной нормы р-глюкана [23].
Новым открытием в пищевой промышленности, в частности и в хлебопечении, стало внесение муки амаранта в качестве биологически активной добавки, что обусловлено высоким содержанием белка, антиоксидантов (рутин, изокверцитин и никотинфлорин), витаминов, микроэлементов и клетчатки [24]. Сорт Ти1уеЬиа1со - наиболее ценный сорт, обладающий высокой урожайностью [25]. При помощи дифференцированного помола и пневмо-сепарации из зерен амаранта удается получить три различные фракции: высокопротеиновую муку с содержанием белка вплоть до 40 % и содержащую жировую фракцию, муку с высоким содержанием крахмала до 78 % и муку с высоким содержанием клетчатки до 47%. Замена пшеничной муки цельной мукой амаранта в количестве до 8 % проходит без изменения рецептуры и технологического процесса приготовления формового хлеба. Превышение уровня 8 % для обезжиренной амарантовой муки и 12 % для цельной амарантовой муки при замене пшеничной негативно сказывается на качестве и удельном объеме хлеба [26].
Гречка - не менее важная функциональная добавка, что объясняется высоким содержанием в ней белка (1012,5 %) со сбалансированным аминокислотным составом [27]. Она содер-
СЫРЬЕ И ДОБАВКИ
жит большое количество незаменимых аминокислот, в частности лизина, который является лимитирующей для пшеницы. Замена пшеничной муки в количестве 15 % гречневой мукой не сказывается на удельном объеме хлеба. Мякиш немного темнее по сравнению с контролем, однако при органо-лептической оценке существенного различия в цвете мякиша не обнаружено [28]. Основная ценность гречки как функциональной добавки заключается в более высокой антиоксидантной активности в сравнении с овсом и ячменем [29]. Антиоксидантная активность, выявленная с помощью теста по увеличению массы очищенного животного жира, не содержащего естественных антиоксидантов, возрастает в ряду: гречишная солома < гречишная шелуха = овес < ячмень < гречневые ядра < гречневые неошелушенные ядра < листья гречихи [30]. При производстве хлебобулочных изделий большим потенциалом использования обладают и экстракты листьев гречихи. Однако добавление экстракта в количестве 5 % к пшеничной муке очень негативно сказывалось на качестве хлеба. Некоторый компромисс между качеством и пищевой ценностью достигается внесением 2,5%-ного экстракта листьев гречихи [31]. Включение в рацион животных гречневой крупы ведет к снижению уровня холестерина, препятствует образованию желчных камней [32] и нормализует кишечную микрофлору [33].
Немаловажную роль в создании функциональных продуктов питания играют пшеничные отруби. Помимо того, что отруби служат источником клетчатки, они обладают самой высокой антиоксидантной активностью по сравнению с другими помольными фракциями [34]. Нерешенным остается вопрос о необходимости удаления фитиновой кислоты, содержание которой достигает 4,8 %. Фитиновая кислота способна связывать многовалентные ионы металлов и присоединяться к белковым молекулам посредством электростатического взаимодействия. В результате ионы кальция, магния, цинка и железа связываются в комплекс и не усваиваются организмом. Поэтому были разработаны различные технологические приемы удаления фитиновой кислоты [35]. В то же время проведенные исследования показали отсутствие зависимости между потреблением отрубей и сокращением массы костной ткани у лиц пожилого возраста из-за уменьшения доступности кальция [36]. Также обнаружена способность пшеничных отрубей связывать ионы тяжелых металлов [37], и можно предположить, что в них также задействована фитиновая кислота. Помимо
этого, фитиновая кислота - антиокси-дант, препятствует канцерогенным процессам. Таким образом, оправданность удаления фитиновой кислоты находится под вопросом и необходимы дальнейшие исследования в этом направлении.
Также источником клетчатки могут служить и рисовые отруби. Они содержат белок (14,6 %), жир (16,6 %), углеводы (23,2 %), растворимые (2,3 %) и нерастворимые пищевые волокна (25 %). Как и другие продукты, содержащие большое количество пищевых волокон, рисовые отруби способствуют уменьшению удельного объема хлеба
[38]. Поэтому содержание рисовых отрубей в рецептуре хлебобулочных изделий не должно превышать 4 %, так как это негативно сказывается на удельном объеме хлеба, жесткости и цвете мякиша, что делает продукт непривлекательным для потребителей
[39].
Помимо отрубей в хлебопечении можно использовать и другие рисовые продукты: клетчатку и гемицеллюлозу, полученные из обезжиренных отрубей
[39], клетчатку из рисовой соломы
[40].
Весьма вероятно, что именно рисовый хлеб станет заменой обычного пшеничного или ржаного хлеба в без-глютеновой диете. Эта диета служит основой лечения такого генетически обусловленного заболевания, как глю-теновая энтеропатия, оно же глютен-чувствительная целиакия и глютеновая болезнь. Данное заболевание вызвано иммунной реакцией слизистой тонкого кишечника на присутствие глиадина, спирторастворимой фракции пшеничного белка. Раньше считалось, что это очень редкое заболевание, но по современным данным его распространенность составляет 1 на 266 человек по всему миру [41].
Основное лечение данной болезни -отказ от глютеносодержащих продуктов, таких как пшеница (все сорта), рожь, тритикале, ячмень, овес, хотя к последнему толерантно большинство больных глютеновой энтеропатией [41, 42]. Поэтому создание безглютенового хлеба, обладающего высоким удельным объемом, хорошими вкусовыми качествами и питательной ценностью, очень актуально для людей, страдающих данным заболеванием. С этой точки зрения хлеб, приготовленный из рисовой муки, отвечает всем вышеперечисленным требованиям.
Основная проблема приготовления такого продукта заключается в том, что в отличие от белков пшеницы белки других злаков не образуют клейковин-ного каркаса, способного удерживать выделяющийся в процессе брожения углекислый газ. В этом случае целесо-
образно добавление к рисовой муке гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ), которая повышает реологические параметры рисового теста и приближает их к пшеничному. Применение глюкозоксидазы совместно с ГПМЦ увеличивает эластичность и вязкость теста, что положительно сказывается на удельном объеме хлеба и жесткости мякиша. Хорошее воздействие на белковый каркас рисового и гречневого теста оказывает фермент трансглютаминаза, связывая белковые молекулы. Однако действие этого фермента специфично. Хлеб с другими злаками - овес, сорго, кукуруза - имел схожие или даже худшие показатели по сравнению с контрольным образцом [43].
К продуктам, получаемым из растительного сырья, имеющим функциональное значение, можно справедливо отнести и пищевые волокна. Основные компоненты пищевых волокон: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, пектины, камеди и другие углеводы, непере-вариваемые в кишечном тракте. Самая главная физиологическая функция пищевых волокон - пребиотическая. Согласно определению, пребиотики - ингредиенты пищи, необходимы для роста или активности ограниченного количества видов микроорганизмов, способствующих здоровью человека. Рекомендуемая суточная норма пищевых волокон для нормального функционирования кишечника - 25-30 г [44]. Попадая в толстый кишечник, пищевые волокна подвергаются воздействию ферментов микрофлоры кишечника. Одни из важных метаболитов - жирные кислоты с короткой цепью, в особенности бутираты. Эти жирные кислоты служат источником энергии для эпителиальных клеток и понижают рН, тем самым подавляя рост патогенной микрофлоры [45]. Другая немаловажная функция заключается в формировании каловых масс, тем самым препятствуя возникновение заболеваний, вызванных дисфункцией толстого кишечника [46]. При внесении пищевых волокон в рецептуру хлеба следует учитывать, что уже при 3 % к массе муки они негативно влияют на объем хлеба. Наиболее перспективный источник пищевых волокон в хлебе - камедь рожкового дерева. По сравнению с инулином и гороховой клетчаткой она в значительно меньшей степени влияет на объем хлеба и делает мякиш более эластичным. Исследования влияния различных видов пищевых волокон на текстуру и черствение мякиша показали, что хлеб, содержащий смесь пищевых волокон камеди рожкового дерева с оли-госахаридами и карбоксиметилцеллю-лозы с олигосахаридами в дозировке 6-9 % к пшеничной муке, имеет хоро-
шие реологические показатели, продленный срок хранения и высокую пищевую ценность [47]. Еще одна важная и перспективная технологическая функция пищевых волокон - замена жира в рецептуре хлебобулочных изделий. Жир делает тесто более эластичным, в результате хлеб получается повышенного объема с более мягким мякишем. Схожий результат дает добавление 2,5 % к массе муки инулинового геля. Хотя инулиновый порошок более удобен в применении, он не способен формировать гелеобразную структуру в тесте [48].
При создании продуктов функционального назначения наряду с зерновыми культурами все большее значение приобретают экстракты растительного сырья.
Так, добавление экстракта зеленого чая в рецептуру хлеба позволяет получить продукты функционального назначения, в составе которых в значительной мере содержатся полифенолы, обладающие антиоксидантной, антиканцерогенной и антимикробной активностью [49]. Из всех катехинов, присутствующих в зеленом чае, наиболее сильной антиоксидантной активностью обладает эпигаллокатехин. Температура выпечки - основной фактор, влияющий на его остаточное содержание в хлебе. При температуре 240 °С содержание эпигаллокатехина в корке в течение 20 мин снижается значительно, а при 200 °С оно практически не изменяется. На содержание эпигаллокатехина в мякише в большей степени влияет время выпечки, а не температура. При добавлении зеленого чая в хлебобулочные изделия увеличивается жесткость мякиша и снижается его белизна. На пористость мякиша это практически не влияет. Дозировка, при которой влияние на органолептическую характеристику хлеба можно считать незначительным, составляет 0,15 % к муке [50].
Добавление экстракта тыквы обогащает хлеб пищевыми волокнами, каротином, минеральными веществами [51]. Небольшая дозировка в количестве (0,5-1 %) улучшает хлебопекарные качества муки как сильной, так и слабой и повышает удельный объем хлеба.
В экстракте семян амаранта присутствуют пептиды, обладающие противо-плесневой активностью. Уже при концентрации 5 мг/мл они препятствуют развитию большого количества видов плесени, выделенных из хлеба [52].
Солодовые экстракты на основе ячменного, ржаного, пшеничного или другого вида солода обогащают хлеб микро- и макроэлементами, витаминами, полиненасыщенными жирными кислотами. Также они повышают саха-
робразующую способность и интенсифицируют процесс брожения [53].
Популяризация здорового образа жизни, а также ухудшение экологической ситуации в крупных городах в значительной степени стимулируют общество к потреблению лечебных и профилактических продуктов. В связи с этим накопленные экспериментальные данные по составу, способам внесения и дозировкам различных добавок при создании хлебобулочных изделий функционального назначения способствуют их интенсивному внедрению на современном рынке продуктов питания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Peressini D., Sensidoni A.//Journal of Cereal Science. 2009. № 49. P. 190-201.
2. Vassallo M. et al.//Appetite. 2009. № 52. P. 452-460.
3. Ares G, Gimernez A., Gaimbaro A. //Appetite. 2008. № 51. P. 663-668.
4. Griffiths J.C. et al.//Journal of Functional Foods. 2009. № 1. P. 28-130.
5. Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального питания: Изд. 2-е. - М.: Франтера, 2007.
6. Xiao-ling J. et al.//Agricultural Sciences in China. 2008. № 7 (R). P. 272-279.
7. Doxastakis G. et al.//Food Chemistry. 2002. № 77 (2). P. 219-227.
8. Dhingra S, Jood S.//Food Chemistry. 2001. № 77. P. 479-488.
9. Rimbach G. et al.//Food and Chemical Toxicology. 2008. №46. P. 1308-1319.
10. Nagata Y. et al.//Journal of Nutrition. 2007. № 137. P. 1974-1979.
11. Steiner C. et al.//Carcinogenesis. 2007. № 28. P. 738-748.
12. MacDonald R.S. et al.//Journal of Nutrition. 2005. №135. P. 1239-1242.
13. Zhang E.J., Ng K.M., Luo K.Q.// Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007. № 55. P. 6940-6950.
14. Shao S. et al.//Journal of Functional Foods. 2009. № 1. P. 119-127.
15. Buckeridge M.S. et al.//Cereal Chemistry. 2004. № 81. P. 115-127.
16. Bourdon I. et al.//American Journal of Clinical Nutrition. 1999. № 69. P. 55-63.
17. Cavallero A. et al.//Journal of Cereal Science. 2002. № 36. P. 59-66.
18. Keown N.M. et al.//American Journal of Clinical Nutrition. 2002. № 76. P. 390-398.
19. Gould A.L. et al.//Clinical Therapeutics. 2007. № 29 (5). P. 778-794.
20. Johansson L. et al.//Food Chemistry. 2007. №105. P. 1439-1445.
21. Andersson A.M. et al.//Journal of Cereal Science. 2004. № 40. P. 195-204.
22. Holtekj0len A.K. et al.//Food Chemistry. 2008. № 110 (2). P. 414-421.
23. Skrbici B. et al.//Food Chemistry. 2009. (doi:10.1016/j.foodchem.2009.01.028)
24. Escudero N. L. et al.//Plant Foods for Human Nutrition. 1999. № 54. P. 327-336.
25. Barba A.P. et al.//Journal of Cereal Science. 2009. № 49. P. 117-121.
26. Tosi E. A. et al.//Lebensm.-Wiss. u.-Technol. 2002. № 35 (5). P. 472-475.
27. Li S.Q., Zhang H.Q.//Food Sci Nutr. 2001. № 41. P. 451-464.
28. Lin L. et al.//Food Chemistry. 2009. № 112. P. 987-991.
29. Sensoy I. et al.//Food Chemistry. 2006. № 99. P. 388-393.
30. Holasovaa M. et al.//Food Research International. 2002. № 35. P. 207-211.
31. Gawlik-Dziki U. et al.//Food Science and Technology. 2009. № 42. P. 137-143.
32. Tomotake H. et al.//Nutrition. 2006. № 22. P. 166-173.
33. Pre'stamoa G. et al.//Nutrition Research. 2003. №23. P. 803-814.
34. Wang J. et al.//Food Chemistry. 2008. № 109 (1). P. 129-136.
35. Servi S., Ozkaya H, Colakoglu A.S.// Journal of Cereal Science. 2008. № 48 (2). P. 471-476.
36. Chen Z. Z. et al.//Nutrition. 2004. № 20 (9). P. 747-751.
37. Farajzadeh M.A., Monji A.B.// Separation and Purification Technology. 2004. № 38 (3). P. 197-207.
38. Abdul-Hamid A, Luan Y.S.//Food Chemistry. 2000. № 68. P. 15-19.
39. Hu G. et al.//Food Chemistry. 2009. № 115. P. 839-842.
40. Sangnark A., Noomhorm A.//Food Research International. 2004. №37. P. 66-74.
41. Ciclitira P.J., Ellis H.J., Lundin K.E.// Clinical Gastroenterology. 2005. №19 (3). P. 359-371.
42. Niewinski M.M.//Journal of the American Dietetic Association. 2008. № 108 (4). P. 661-672.
43. Renzetti S., Bello F.D., Arendt E.K.// Journal of Cereal Science. 2008. № 48. P. 33-45.
44. Cummings J.H., Edmond L.M., Magee E.A.//Clinical Nutrition Supplements. 2004. № 1 (2). P. 5-17.
45. Topping D.L., Clifton P.M.//Physiol Rev. 2001. № 81. P. 1031-64.
46. Grsstena S. et al.//Nutrition Research. 2003. №23. P. 1503-1514.
47. Angioloni A, Gel C.C.//Journal of Food Engineering. 2009. № 91. P. 526-532.
48. Brien C.M.O. et al.//Journal of Food Engineering. 2003. № 56. P. 265-267.
49. McKay D. L., Blumberg J. B.//The Journal of the American College of Nutrition. 2002. № 21 (1). P. 1-13.
50. Wang R., Zhou W, Jiang X.// Journal of Food Engineering. 2008. № 87. P. 505-513.
51. Marina F. et al.//Journal of Food Engineering. 2009. № 92 (4). P. 361369.
52. Rizzello C.G. et al.//International Journal of Food Microbiology. 2009. (doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2009.02.025).
53. Ларионова И.//Хлебопечение России. 2003. № 5.
