Рядовой украинский потребитель обычно отдает предпочтение белому пшеничному хлебу, который конечно же и по вкусу и по аромату выглядит лучше серой буханки. Он, даже не колеблясь, платит более высокую цену за вкус и аромат белого батона, часто забывая (или не зная), что ценность серой буханки для его здоровья несравненно выше вкуса и аромата белого.
В цивилизованных странах, таких, например, как Франция, тезис о более высокой пищевой ценности серого хлеба над белым является составляющей Национальной программы здорового питания министерства здоровья, где записано «потребление продуктов из цельномолотого зерна злаков полезно для укрепления здоровья, особенно при предотвращении диабета и сердечно-сосудистых заболеваний по сравнению с потреблением белого хлеба и продуктов из рафинированной муки».
Простые расчеты показывают, что около 78% такого ценного для здоровья человека нутриента, как железо, содержащееся в зерне пшеницы, теряется с отрубями при помоле зерна в белую муку высших сортов, из которых изготавливают белый хлеб. Железо же, как известно, снижает риск анемии, улучшает репродуктивную функцию организма, способствует умственным способностям человека.
Кроме того, вместе с отрубями отходит и большая часть цинка и фолиевой кислоты (витамин группы В). Цинк, как известно, незаменимый компонент иммунной системы человека, без которого организм бессилен против болезней и инфекций (особенно корь, диарея у младенцев). Фолиевая кислота является стратегически важным для здоровья компонентом, участвующим в формировании нервной системы человеческого эмбриона. Печальная статистика гласит: 300 000 новорожденных в мире ежегодно имеют врожденный дефект нервной системы именно из-за дефицита в пище матери фолиевой кислоты. Риск этой болезни может быть на 70% снижен только за счет устранения дефицита фолиевой кислоты в организме матери на ранних стадиях беременности.
Зерно злаков содержит, кроме указанных выше, еще ряд ценных для здоровья ингредиентов, таких как фосфор, витамин РР и многие другие, которые практически отсутствуют или содержатся в небольшой концентрации в белой муке (рис. 1).
Рис. 1. Составляющие пшеничного зерна
Осознавая возможные риски для здоровья потребителей белого хлеба в ведущих цивилизованных странах, таких как США, Канада, Австралия и ряде других, белую муку уже более 60 лет специально обогащают питательными ингредиентами (премиксами, витаминами, минералами) искусственного происхождения. Учитывая важность этого мероприятия, в 2004 г. ведущими мировыми производителями муки основана так называемая Инициатива Обогащения Муки (Flour Fortification Initiative, сокращенно FFI). Это сеть мировых организаций, совместные усилия которых направлены на улучшение пищевой ценности продуктов из муки ради улучшения здоровья населения. Законодательные основы этой организации, которые легли в основу стандартизации, дискутировались на сессии Форума Микронутриентов в столице Китая 12-15 мая 2008 года.
Согласно статусу FFI, зафиксированному на сентябрь 2008 г., страны мира разделены на 4 группы: 1) страны с обязательным обогащением муки; 2) страны с добровольным обогащением; 3) планируемым; 4) ни те, ни другие. Украина конечно же в последней группе.
Но вернемся снова к серой буханке, которую у нас почему-то принято, как гривну рублем, называть мрачным и гадким, как для хлеба, словом «черный». Ведь в серой буханке и без необходимости искусственного обогащения питательные нутриенты представлены целой гаммой натуральных, полезных для здоровья веществ. Но далеко не все они полностью доступны для человеческого организма. Как сделать эти ингредиенты более доступными для организма человека и улучшить пищевую ценность хлеба и хлебопродуктов, пойдет речь в этой статье.
Прежде всего, важно стимулировать деградацию фитиновой кислоты, более известной из отечественной литературы как фитин. Напомним, что фитиновая кислота представляет собой инозитол гексафосфат и представляет львиную долю натурального резерва фосфора зерна пшеницы, которая главным образом аккумулирована в оболочке зерна (отрубях) и мало доступна для усвоения организмом человека. Степень деградации фитиновой кислоты зависит от ее растворимости в воде и от активности ферментов растительной и бактериальной фитаз, которые осуществляют деградацию фитина. Гидратация и низкий уровень рН среды — это два важных фактора, которые влияют на растворимость фитина. Кроме того, активность растительной фитазы пшеницы является оптимальной при значений рН среды около 5,5, также как и активность бактериальной фитазы является максимальной при рН 4,5.
В условиях ферментации классической закваски при гидратации 0,65 л воды на 1 кг муки микроорганизмы закваски способны снизить рН среды до 4,5 в течение достаточно длительного времени, и поэтому классическое соотношение вода / мука = 0,65 : 1 является недостаточным, чтобы достичь максимальной деградации фитина и высвобождения фосфора в состоянии, доступном для усвоения организмом человека.
Кроме деградации фитина, ферментация в закваске должна активизировать другие гидролитические процессы, такие как расщепление крахмала зерна амилазами, арабиноксиланов ксиланазами и белков клейковины протеолитическими ферментами. Последний аспект особенно важен, поскольку частично гидролизованные белки клейковины лучше усваиваются организмом.
В условиях повышенной гидратации теста выше классического (0,65 : 1) и кислого уровня рН гидролитический распад арабиноксиланов (компоненты, обусловливающие вязкость теста) и гидролиз белков клейковины приводят к разжижению теста. Возникает некая технологическая дилемма: в условиях повышенной гидратации теста складываются максимально благоприятные условия для ферментативной деградации фитина, но одновременно возникает технологическая проблема удержания жидкого теста.
Кроме того, в процессе метаболической активности лактобактерий в закваске образуются экзополисахариды, которые могут успешно заменять некоторые улучшители теста, обычно используемые при производстве хлеба. При ферментации путем закваски происходит модификация реологических свойств теста, что положительно влияет на объем, текстуру и продолжительность хранения хлеба.
Лучше понять процессы, происходящие в закваске, поможет сравнение с ферментацией в классическом хлебопекарном замесе с участием дрожжей Saccharomyces ceravisiae. В течение 2-3 часов ферментации активность дрожжей лимитируется состоянием гидролиза крахмала, эмиссией СО2, количеством аккумулированного этанола и спектром синтезированных ароматических веществ. При этом рН теста снижается очень медленно. В классической по влажности среде (0,65-0,70 : 1) активность гидролиза крахмала может быть фактором, лимитирующим метаболизм дрожжей. Как результат, концентрация простых сахаров снижается до критического уровня, и мы наблюдаем положительное влияние на активность дрожжей добавок фермента амилазы или мальтодекстринов.
В случае продления продолжительности дрожжевой ферментации метаболические изменения в активности дрожжей становятся значительно более сложными. Постепенно снижается рН среды вследствие размножения дрожжей, активизируются гидролитические процессы (в т.ч. и гидролиз фитина и арабиноксиланов), среда постепенно насыщается витамином В. Повышается содержание экзополисахаридов, и начинается активное развитие лактобактериальной флоры. И только когда ферментация с участием дрожжей является слишком длительной, начинают активизироваться и протеолитические процессы в результате отмирания дрожжей и освобождения в тесто протеолитических ферментов.
В отличие от дрожжей, ферментация в среде закваски происходит с участием натуральной флоры, которая развивается в гидратированном тесте в течение нескольких дней. Существует большое разнообразие рецептов заквасок. Самая простая состоит из смеси муки и воды. Обычно берут белую муку зольностью 0,50-0,70 и смешивают с избытком воды. Технология приготовления закваски предусматривает ежедневную добавку новой порции муки и воды в начальной пропорции в течение 3-4 дней до тех пор, пока концентрация микроорганизмов станет достаточной, чтобы обеспечить высокую активность брожения. На этой стадии концентрация аэробных бактерий, плесени и патогенных микроорганизмов резко снижается. И одновременно идет наращивание количества диких дрожжей и анаэробных лактобактерий. Подкисление бродильной среды существенно возрастает, когда лактобактерии начинают доминировать над другими микроорганизмами. На этой стадии активно синтезируются молочная кислота, а также витамины и ароматические компоненты закваски. Впоследствии по достижении рН среды до 4,0 размножение лактобактерий прекращается и процессы в закваске развиваются в направлении расширения ароматического профиля.
При возобновлении закваски соотношение и разновидность диких дрожжей и лактобактерий в среде существенно зависеть от типа муки и состава микрофлоры, что в нем содержится. С целью усиления активности диких дрожжей рецепты заквасок предусматривают добавление к смеси меда и свежих фруктовых соков. Таким образом, существует разнообразие рецептов заквасок в зависимости от их происхождения, характеристик микробиологического и ферментативного профилей, которые могут быть достаточно разными.
Микробиологические исследования позволяют охарактеризовать не менее 43 видов молочнокислых бактерий, принадлежащих к роду Lactobacillus и 23 вида дрожжей, главным образом, родов Saccharomyces и Candida.
Достигнув микробиологического равновесия, закваска состоит из стабильной ассоциации лактобактерий и дрожжей. От одного рецепта закваски к другому состав видов лактобактерий может существенно меняться.
Одним из самых распространенных видов лактобактерий в составе заквасок, которые используются для ферментации муки высокой зольности, является Lactobacillus sanfranciscensis. Широко используются также виды L. fruenti, L. fermentum, L. johnsonii, L. panis, L. pontis, L. reuteri и некоторые другие.
Из мировой практики известно достаточно много примеров полезных для здоровья человека продуктов, которые готовятся путем брожения в жидкой среде цельносмолотого зерна злаков. Самыми распространенными из них являются продукты, традиционные на Африканском континенте, такие как коко, ожи, акаса, представляющие собой жидкие сброженные напитки из зерна злаков, и продукт туо заафи в виде густого супа из муки сорго, который является продуктом повседневного потребления.
Другим, достаточно распространенным в регионе африканских саванн, является продукт брожения муки сорго под названием тогва. Это безалкогольный напиток, который изготавливают путем молочнокислого брожения муки из пророщенного зерна сорго. При изготовлении этого продукта в результате ферментации наблюдается очень быстрое снижение рН среды. В результате в этом продукте полностью блокируется развитие энтеропатогенных бактерий, что важно для питания в условиях жаркого климата. Благодаря этому тогва при систематическом потреблении является эффективным профилактическим и оздоравливающим средством против диареи у взрослых и, особенно, детей.
Между прочим, следует отметить, что мировой рынок продуктов сброженных злаков в жидком состоянии активно развивается и даже обещает стать альтернативой кисломолочным продуктам, имея преимущество над последними благодаря высокому содержанию клетчатки и некоторых важных витаминов и микроэлементов.
Технология ферментации злаков в жидкой среде выглядит недорогой по затратам. Полученный продукт богат легкоусвояемыми углеводами, белками, имеет приятный кислый вкус. Кислоты, образующиеся в процессе ферментации, надежно консервируют ценные пищевые компоненты, блокируют развитие патогенной бактериальной флоры.
Бесспорно доказано, что ферментация злаков повышает их пищевую ценность. Белки злаков становятся более доступными для организма человека, повышается содержание незаменимых аминокислот (лизин, метионин, триптофан), витаминов группы В и минералов.
Бактериальный метаболизм в процессе брожения злаковых заквасок способствует также деградации некоторых антинутриентов, таких как ингибиторы протеаз, лектины и танины, содержащиеся в зерне злаков. Однако, несмотря на многочисленные исследования, закваски редко используются при оптимальных условиях, которые обеспечивают максимальную реализацию высокой потенциальной пищевой ценности муки высоких выходов и цельносмолотого зерна. Классические технологии хлебопечения плохо адаптированы к муке высоких выходов, где критическое значение имеет высокая гидратация закваски, чтобы обеспечить эффективность ферментативных процессов. Как результат, оптимальные условия брожения с использованием заквасок для ферментации муки высоких выходов или цельносмолотого зерна в жидкой среде до сих пор достаточно не проработаны, поскольку для классического хлебопечения используется относительно низкая гидратация теста (0,65-0,70 л воды на 1 кг муки).
Французскими технологами Национального института агрономических исследований (INRA) осуществлена попытка проработать промышленную технологию изготовления хлеба из обивной муки пшеницы, или муки 100% выхода, путем преферментации такой муки с молочнокислой закваской в жидкой среде в соотношении 1,25-1,30 л воды на 1 кг муки с добавлением молочнокислой закваски 0,25 л на 1 кг муки.
В процессе разработки технологических аспектов была исследована динамика процессов, происходящих при ферментации высокогидратированной муки. Поэтому результаты этих исследований могут быть полезными для наших технологов, которые заинтересованы в производстве из муки высоких выходов на основе молочнокислых заквасок сортов хлеба с высокой пищевой и биологической ценностью.
Установлено, что после 2-х часов ферментации при 27 °С рН смеси с закваской в результате образования молочной кислоты составляла 5,3, в то время как в классическом тесте (0,7 : 1) значение рН составляло 6,0. Из предварительно изложенного материала следует, что при низких значениях рН среды повышается растворимость фитиновой кислоты, активность фермента фитазы, который гидролизует фитиновую кислоту с высвобождением доступного для усвоения организмом человека фосфора.
Из графика видно, что в классическом дрожжевом тесте остается около 60% недоступного для организма человека фитина, в то время как при ферментации с молочнокислой закваской в жидкой среде (1,3 : 1) остается лишь 23% негидролизованного фитина. После 8 часов ферментации уровень рН высокогидратированной смеси составлял уже 4,0. Итоги исследования показаны на графике (рис. 2).
Рис. 2. Остаток фитиновой кислоты после ферментации классического замеса (1) и высокогидратированной среды с молочнокислой закваской (2)
В более сложном опыте сравнивали результаты ферментации обивочной муки в четырех вариантах: А — ферментация муки в воде (1,25 : 1), Б — классическое дрожжевое тесто (0,65 : 1), В — высокогидратированная мука (1,25 : 1) с добавлением реактивной молочной кислоты (40 мМ на 1 кг замеса), Г — высокогидратированная мука (1,25 : 1) с добавлением молочнокислой закваски (0,25 л на 1 кг муки). Результаты исследований после 8 часов ферментации представлены на графиках (рис. 3-9).
Итак, данные этих опытов показывают, что в варианте ферментации обивной муки пшеницы (или муки 100% выхода) в условиях высокой гидратации и добавления молочнокислой закваски достигаются два важных технологических решения: 1) ферментируемая смесь обогащается по содержанию клетчатки, минералов и микронутриентов; 2) происходит оптимальная трансформация грубых частиц оболочки зерна, которые обычно при потреблении серого хлеба создают дискомфорт у лиц, страдающих заболеваниями желудочно-кишечного тракта и по этой причине не могут употреблять серый хлеб, содержащий грубые частицы зерновой оболочки.
Рис. 3. Влияние условий ферментации на показатель рН среды. А, Б, В, Г — варианты опыта
Рис. 4. Образование молочной кислоты в процессе ферментации с молочнокислой закваской в условиях высокой гидратации обивочной муки
Рис. 5. Степень деградации фитиновой кислоты в зависимости от условий ферментации. А, Б, В, Г — варианты опыта
Рис. 6. Высвобождение магния в зависимости от условий ферментации. А, Б, В, Г — варианты опыта
Рис. 7. Высвобождение железа в зависимости от условий ферментации. А, Б, В, Г — варианты опыта
Рис. 8. Высвобождение цинка в зависимости от условий ферментации. А, Б, В, Г — варианты опыта
Рис. 9. Высвобождение кальция в зависимости от условий ферментации. А, Б, В, Г — варианты опыта
Конечно же высокогидратированная обивочная мука после ферментации не может быть использована для выпекания хлеба из-за невозможности формирования жидкого замеса. Поэтому авторы предлагают использовать высокогидратированный замес как этап преферментации. После завершения преферментации к высокогидратированному замесу можно добавлять обычную белую муку до необходимой консистенции теста, пригодного для формирования и выпечки по принятым технологиям. На практике преферментацию проводят при 25-27 °С в течение нескольких часов в зависимости от типа закваски, муки и рецептуры хлеба.
Следует отметить, что в условиях ферментации высокогидратированного замеса происходят существенная деградация фитина и высвобождение в результате доступного для организма человека фосфора.
Другим важным технологическим аспектом молочнокислой ферментации высокогидратированной среды является низкий глицемический индекс крахмала. Глицемический индекс (ГИ) характеризует углеводы по скорости их всасывания в кишечнике человека после употребления пищи. Низкий ГИ особенно важен для лиц, страдающих диабетом.
Снижение ГИ крахмала при ферментации в молочнокислой закваске и высокогидратированной среде происходит в присутствии молочной кислоты, которая индуцирует взаимодействие между молекулами крахмала и клейковины, снижая таким образом скорость гидролиза крахмала.
Ферментация муки молочнокислыми бактериями добавляет еще один позитив, который стоит отметить особо. Этот момент связан с экзотической болезнью у некоторых лиц, причиной которой является потребление самого обычного хлеба. В 1953 г. было впервые продемонстрировано, что клейковина пшеницы вызывает у людей болезнь, которая получила название celiac disease, или иммунопатическая диспепсия.
Болезнь эта имеет генетическую основу и встречается у одного из 300 европейцев. Механизмы этого недуга до конца не выяснены. Однако известно, что определенные белки клейковины глиадины способны вызывать воспаление и затем некроз стенок эпителия кишечника и гиперпролиферацию энтероцитов. Клинические симптомы болезни обусловлены также глубоким нарушением метаболизма кальция, железа, солей фолиевой кислоты и витамина В12, что в тяжелых случаях приводит к анемии, диарее и острой боли в кишечнике. Болезнь является результатом иммунной реакции в клетках кишечника на чужеродный антиген, в роли которого выступает белок зерна пшеницы, ржи, тритикале или ячменя. Лицам, страдающим этой экзотической болезнью, следует избегать потребления хлеба и продуктов из зерна злаков (!).
Недавно было установлено, что частичный гидролиз белков клейковины бактериальными протеазами существенно снижает риск возникновения симптомов иммунозависимой аллергии на белки клейковины. Механизм бактериального протеолиза белков клейковины окончательно не выяснен, но показано также, что кислая среда имеет решающее значение в этом процессе. Особенно отмечается роль лактобактерий заквасок в процессе протеолиза белков клейковины и их возможное положительное влияние на снижение риска болезни иммунозависимой диспепсии.
Доказано, что лактобактерии молочнокислых заквасок способны гидролизовать все классы белков зерна пшеницы, включая клейковинные, существенно снижая агглютинацию клеток иммуногенного происхождения в стенках кишечника человека. Эти факты указывают на потенциальную важную роль лактобактерий в нейтрализации факторов, вызывающих иммунозависимую диспепсию.
В одном из исследований вообще продемонстрировано, что хлеб, выпеченный с использованием лактобактериальных заквасок, существенно снижает патологические явления у лиц, чувствительных к аллергенным факторам клейковины.
Таким образом, анализ исследований свидетельствует о том, что на сегодня создана научная база для оптимизации условий ферментации продуктов помола зерна злаков, богатых клетчаткой, таких как обивочная мука, цельносмолотое зерно и отруби, путем использования молочнокислых заквасок в среде с повышенной гидратацией. Для этих продуктов высокая гидратация и снижение рН до значений около 5,0 являются важными факторами, которые способствуют растворению и деградации фитина, высвобождению доступного для усвоения человеческим организмом фосфора. В этих условиях дополнительно высвобождается в усваиваемой форме около 60% магния и 50% кальция, 27% железа и 11% цинка, которые в условиях классических технологий хлебопечения остаются недоступными для организма человека. Хлеб и хлебопродукты насыщаются физиологически ценными ферментами, витаминами, биологически активными веществами, а частичный бактериальный гидролиз белков зерна еще и снижает риск иммунозависимой диспепсии.
Из изложенного материала очевидно, что внедрение технологий преферментации обивочной муки, муки 100% выхода и отрубей в молочнокислой среде с повышенной гидратацией в традиционные технологии хлебопечения — это эффективное направление улучшения пищевой ценности продуктов из зерна злаков с целью улучшения здоровья нации.
Интересный путь улучшения пищевой ценности зерна пшеницы нашли в США и Канаде. У них, как и у нас, население традиционно предпочитает более вкусный белый хлеб серому. Американские специалисты по вопросам питания вместе с представителями бизнеса решили «обмануть» рядового американского потребителя, внедрив в производство белозерновую пшеницу.
Идея «обмана» на удивление проста. Белое зерно по сравнению с красным дает белую муку при выходах значительно выше, чем 70%. Даже обивочная (100% выход) мука из белозерной пшеницы остается еще достаточно белой, но при этом она включает 100% отрубей, которые содержат все полезные для здоровья человека нутриенты пшеничного зерна.
Таким образом, хлеб, испеченный из муки белозерной пшеницы высоких выходов, не уступает по белизне и товарному виду привычной белой буханке из муки краснозерной пшеницы, но содержит значительно большее количество полезных для здоровья нутриентов. Популярность белозерной пшеницы начиная с 2005 года в США и Канаде начала очень быстро расти.
Аналогичная ситуация с лапшой, которая также, как известно, производится из зерна мягкой хлебопекарной пшеницы, но со специальными показателями качества. При производстве лапши белизна продукта также имеет потребительское коммерческое значение. Чтобы повысить содержание отрубей в лапше, оставляя неизменной ее белизну, лапшу изготавливают из сортов не просто белозерной пшеницы, а такой белозерной пшеницы, которая к тому же имеет еще и низкую активность фермента полифенолоксидазы (ПФО).
На рис. 10 видно, что лист теста с высокой активностью полифенолоксидазы со временем сереет, тогда как тесто с низкой активностью этого фермента остается белым.
Рис. 10. Лист теста для лапши из муки белозерной пшеницы с высокой (слева) и низкой (справа) активностью полифенолоксидазы
Полифенолоксидаза — это фермент зерна пшеницы, который в присутствии кислорода воздуха катализирует распад полифенолов зерна пшеницы и продуктов его переработки. Чтобы определить содержание фермента полифенолоксидазы в зерне белозерной пшеницы, используют специальный лабораторный тест на содержание полифенолоксидазы.
Отрывок из монографии: «Качество пшеницы и ее улучшение» / А.И. Рыбалка
