Пересічний український споживач зазвичай віддає перевагу білому пшеничному хлібу, який звісно ж і за смаком і за ароматом виглядає краще сірого буханця. Він, навіть не вагаючись, платить вищу ціну за смак і аромат білого батона, часто забуваючи (або й не знаючи), що цінність сірого буханця для його здоров’я незрівнянно вища за смак і аромат білого.
У цивілізованих країнах, таких, наприклад, як Франція, теза про більш високу харчову цінність сірого хліба над білим є складовою Національної програми здорового харчування міністерства здоров’я, де записано “споживання продуктів із цілозмолотого зерна злаків корисно для укріплення здоров’я, особливо при запобіганні діабету та серцево-судинним захворюваням у порівнянні зі споживанням білого хліба та продуктів з рафінованого борошна”.
Прості розрахунки показують, що близько 78% такого цінного для здоров’я людини нутрієнта, як залізо, що міститься в зерні пшениці, втрачається з висівками при помелі зерна в біле борошно вищих сортів, з яких виготовляють білий хліб. Залізо ж, як відомо, знижує ризик анемії, покращує репродуктивну функцію організму, сприяє розумовим здібностям людини.
Крім того, разом з висівками відходить і більша частина цинку та фолієвої кислоти (вітамін групи В). Цинк, як відомо, незамінний компонент імунної системи людини, без якого організм безсилий проти хвороб та інфекцій (особливо кір, діарея у немовлят). Фолієва кислота є стратегічно важливим для здоров’я компонентом, що бере участь у формуванні нервової системи людського ембріона. Сумна статистика свідчить: 300 000 новонароджених у світі щорічно мають уроджений дефект нервової системи саме через дефіцит у їжі матері фолієвої кислоти. Ризик цієї хвороби може бути на 70% знижений лише за рахунок усунення дефіциту фолієвої кислоти в організмі матері на ранніх стадіях вагітності.
Зерно злаків містить, крім зазначених вище, ще ряд цінних для здоров’я інгредієнтів, таких як фосфор, вітамін РР і багато інших, які практично відсутні або містяться у невеликій концентрації у білому борошні (рис. 1).
Рис. 1. Складові пшеничного зерна
Усвідомлюючи можливі ризики для здоров’я споживачів білого хліба в провідних цивілізованих країнах, таких як США, Канада, Австралія і ряді інших, біле борошно вже понад 60 років спеціально збагачують поживними інгредієнтами (преміксами, вітамінами, мінералами) штучного походження. Враховуючи важливість цього заходу, у 2004 р. провідними світовими виробниками борошна заснована так звана Ініціатива Збагачення Борошна (Flour Fortification Initiative, скорочено FFI). Це мережа світових організацій, спільні зусилля яких спрямовані на поліпшення харчової цінності продуктів з борошна заради покращення здоров’я населення. Законодавчі засади цієї організації, які лягли в основу стандартизації, дискутувалися на сесії Форуму Мікронутрієнтів у столиці Китаю 12–15 травня 2008 року.
Згідно зі статусом FFI, зафіксованим на вересень 2008 р., країни світу поділено на 4 групи: 1) країни з обов’язковим збагаченням борошна; 2) країни з добровільним збагаченням; 3) таким, що планується; 4) ні ті, ні інші. Україна звичайно ж у останній групі.
Але повернемося знову до сірого буханця, який у нас чомусь прийнято, як гривню рублем, називати похмурим і бридким, як для хліба, словом “чорний”. Адже в сірому буханці і без необхідності штучного збагачення поживні нутрієнти представлені цілою гамою натуральних, корисних для здоров’я речовин. Та далеко не всі вони повністю доступні для людського організму. Як зробити ці інгредієнти більш доступними для організму людини та поліпшити харчову цінність хліба і хлібопродуктів, піде мова в цій статті.
Найперше, важливо стимулювати деградацію фітинової кислоти, більш відомої з вітчизняної літератури як фітин. Нагадаємо, що фітинова кислота являє собою інозитол гексафосфат і репрезентує левову частку натурального резерву фосфору зерна пшениці, яка головним чином акумульована в оболонці зерна (висівках) і є мало доступною для засвоєння організмом людини. Ступінь деградації фітинової кислоти залежить від її розчинності у воді та від активності ферментів рослинної і бактеріальної фітаз, які здійснюють деградацію фітину. Гідратація і низький рівень рН середовища – це два важливих фактори, які впливають на розчинність фітину. Крім того, активність рослинної фітази пшениці є оптимальною за умови значень рН середовища близько 5,5, також як і активність бактеріальної фітази є максимальною при рН 4,5.
За умов ферментації класичної закваски при гідратації 0,65 л води на 1 кг борошна мікроорганізми закваски здатні знизити рН середовища до 4,5 протягом досить тривалого часу, і тому класичне співвідношення вода / борошно = 0,65 : 1 є недостатнім, щоб досягти максимальної деградації фітину та вивільнення фосфору у стані, доступному для засвоєння організмом людини.
Крім деградації фітину, ферментація у заквасці повинна активізувати інші гідролітичні процеси, такі як розщеплення крохмалю зерна амілазами, арабіноксиланів ксиланазами та білків клейковини протеолітичними ферментами. Останній аспект особливо важливий, оскільки частково гідролізовані білки клейковини краще засвоюються організмом.
За умов підвищеної гідратації тіста вище класичного (0,65 : 1) та кислого рівня рН гідролітичний розпад арабіноксиланів (компоненти, що зумовлюють в’язкість тіста) та гідроліз білків клейковини призводять до розрідження тіста. Виникає така собі технологічна дилема: за умов підвищеної гідратації тіста складаються максимально сприятливі умови для ферментативної деградації фітину, але водночас постає технологічна проблема утримування рідкого тіста.
Крім того, в процесі метаболічної активності лактобактерій у заквасці утворюються екзополісахариди, які можуть успішно замінювати деякі поліпшувачі тіста, що зазвичай використовуються прb виробництві хліба. При ферментації шляхом закваски відбувається модифікація реологічних властивостей тіста, що позитивно впливає на об’єм, текстуру та тривалість зберігання хліба.
Краще зрозуміти процеси, що відбуваються у заквасці, допоможе порівняння з ферментацією у класичному хлібопекарському замісі за участю дріжджів Saccharomyces ceravisiae. Протягом 2–3 годин ферментації активність дріжджів лімітується станом гідролізу крохмалю, емісією СО2, кількістю акумульованого етанолу та спектром синтезованих ароматичних речовин. При цьому рН тіста знижується дуже повільно. У класичному за вологістю середовищі (0,65–0,70 : 1) активність гідролізу крохмалю може бути фактором, що лімітує метаболізм дріжджів. Як результат, концентрація простих цукрів знижується до критичного рівня, і ми спостерігаємо позитивний вплив на активність дріжджів добавок ферменту амілази чи мальтодекстринів.
У разі продовження тривалості дріжджової ферментації метаболічні зміни в активності дріжджів стають значно складнішими. Поступово знижується рН середовища внаслідок розмноження дріжджів, активізуються гідролітичні процеси (в т.ч. й гідроліз фітину та арабіноксиланів), середовище поступово насичується вітаміном В. Підвищується вміст екзополісахаридів, і починається активний розвиток лактобактеріальної флори. І лише коли ферментація за участю дріжджів є надто тривалою, починають активізуватися й протеолітичні процеси в результаті відмирання дріжджів та звільнення в тісто протеолітичних ферментів.
На відміну від дріжджів, ферментація в середовищі закваски відбувається за участю натуральної флори, яка розвивається в гідратованому тісті протягом кількох днів. Існує велике розмаїття рецептів заквасок. Найпростіша складається з суміші борошна і води. Зазвичай беруть біле борошно зольністю 0,50–0,70 і змішують з надлишком води. Технологія приготування закваски передбачає щоденну добавку нової порції борошна та води у початковій пропорції протягом 3–4 днів доти, доки концентрація мікроорганізмів стане достатньою, щоб забезпечити високу активність бродіння. На цій стадії концентрація аеробних бактерій, плісені та патогенних мікроорганізмів різко знижується. І водночас іде нарощування кількості диких дріжджів та анаеробних лактобактерій. Підкислення бродильного середовища суттєво зростає, коли лактобактерії починають домінувати над іншими мікроорганізмами. На цій стадії активно синтезуються молочна кислота, а також вітаміни та ароматичні компоненти закваски. Згодом по досягненні рН середовища до 4,0 розмноження лактобактерій припиняється і процеси в заквасці розвиваються у напрямі розширення ароматичного профілю.
При поновленні закваски співвідношення і різновид диких дріжджів та лактобактерій у середовищі суттєво залежатиме від типу борошна та складу мікрофлори, що в ньому міститься. З метою посилення активності диких дріжджів рецепти заквасок передбачають додавання до суміші меду та свіжих фруктових соків. Таким чином, існує розмаїття рецептів заквасок залежно від їх походження, характеристик мікробіологічного та ферментативного профілів, які можуть бути досить різними.
Мікробіологічні дослідження дозволяють охарактеризувати щонайменше 43 види молочнокислих бактерій, що належать до роду Lactobacillus і 23 види дріжджів, головним чином, родів Saccharomyces та Candida.
Досягнувши мікробіологічної рівноваги, закваска складається зі стабільної асоціації лактобактерій та дріжджів. Від одного рецепту закваски до іншого склад видів лактобактерій може суттєво змінюватися.
Одним з найпоширеніших видів лактобактерій у складі заквасок, які використовуються для ферментації борошна високої зольності, є Lactobacillus sanfranciscensis. Широко використовуються також види L. fruenti, L. fermentum, L. johnsonii, L. panis, L. pontis, L. reuteri та деякі інші.
Зі світової практики відомо досить багато прикладів корисних для здоров’я людини продуктів, що готуються шляхом бродіння у рідкому середовищі цілозмеленого зерна злаків. Найпоширенішими з них є продукти, традиційні на Африканському континенті, такі як коко, ожі, акаса, що являють собою рідкі зброджені напої із зерна злаків, та продукт туо заафі у вигляді густого супу із борошна сорго, який є продуктом повсякденного споживання.
Іншим, досить поширеним в регіоні африканських саван, є продукт бродіння борошна сорго під назвою тогва. Це безалкогольний напій, який виготовляють шляхом молочнокислого бродіння борошна з пророщеного зерна сорго. При виготовленні цього продукту в результаті ферментації спостерігається дуже швидке зниження рН середовища. У результаті в цьому продукті повністю блокується розвиток ентеропатогенних бактерій, що важливо для харчування за умов спекотного клімату. Завдяки цьому тогва при систематичному споживанні є ефективним профілактичним та оздоровлюючим засобом проти діареї у дорослих і, особливо, дітей.
Між іншим, слід зазначити, що світовий ринок продуктів зброджених злаків у рідкому стані активно розвивається і навіть обіцяє стати альтернативою кисломолочним продуктам, маючи перевагу над останніми завдяки високому вмісту клітковини і деяких важливих вітамінів та мікроелементів.
Технологія ферментації злаків у рідкому середовищі виглядає недорогою за витратами. Отриманий продукт багатий легкозасвоюваними вуглеводами, білками, має приємний кислий смак. Кислоти, що утворюються в процесі ферментації, надійно консервують цінні харчові компоненти, блокують розвиток патогенної бактеріальної флори.
Беззаперечно доведено, що ферментація злаків підвищує їх харчову цінність. Білки злаків стають більш доступними для організму людини, підвищується вміст незамінних амінокислот (лізин, метіонін, триптофан), вітамінів групи В та мінералів.
Бактеріальний метаболізм у процесі бродіння злакових заквасок сприяє також деградації деяких антинутрієнтів, таких як інгібітори протеаз, лектини та таніни, що містяться в зерні злаків. Проте, незважаючи на численні дослідження, закваски рідко використовуються за оптимальних умов, які забезпечують максимальну реалізацію високої потенційної харчової цінності борошна високих виходів та цілозмеленого зерна. Класичні технології хлібопечення погано адаптовані до борошна високих виходів, де критичне значення має висока гідратація закваски, щоб забезпечити ефективність ферментативних процесів. Як результат, оптимальні умови бродіння з використанням заквасок для ферментації борошна високих виходів чи цілозмеленого зерна в рідкому середовищі до цього часу достатньо не опрацьовані, оскільки для класичного хлібопечення використовується відносно низька гідратація тіста (0,65–0,70 л води на 1 кг борошна).
Французькими технологами Національного інституту агрономічних досліджень (INRA) здійснено спробу опрацювати промислову технологію виготовлення хліба з оббивного борошна пшениці, або борошна 100% виходу, шляхом преферментації такого борошна з молочнокислою закваскою в рідкому середовищі у співвідношенні 1,25–1,30 л води на 1 кг борошна з додаванням молочнокислої закваски 0,25 л на 1 кг борошна.
У процесі розробки технологічних аспектів було досліджено динаміку процесів, що відбуваються при ферментації високогідратованого борошна. Тому результати цих досліджень можуть бути корисними для наших технологів, які зацікавлені у виробництві з борошна високих виходів на основі молочнокислих заквасок сортів хліба з високою харчовою та біологічною цінністю.
Установлено, що після 2-х годин ферментації при 27 °С рН суміші із закваскою в результаті утворення молочної кислоти становила 5,3, в той час як у класичному тісті (0,7 : 1) значення рН становило 6,0. З попередньо викладеного матеріалу випливає, що при низьких значеннях рН середовища підвищується розчинність фітинової кислоти, активність ферменту фітази, який гідролізує фітинову кислоту з вивільненням доступного для засвоєння організмом людини фосфору.
Із графіка видно, що у класичному дріжджовому тісті залишається біля 60% недоступного для організму людини фітину, в той час як при ферментації з молочнокислою закваскою у рідкому середовищі (1,3 : 1) залишається лише 23% негідролізованого фітину. Після 8 годин ферментації рівень рН високогідратованої суміші становив уже 4,0. Підсумки дослідження показані на графіку (рис. 2).
Рис. 2. Залишок фітинової кислоти після ферментації класичного замісу (1) та високогідратованого середовища з молочнокислою закваскою (2)
У більш складному досліді порівнювали результати ферментації оббивного борошна у чотирьох варіантах: А – ферментація борошна у воді (1,25 : 1), Б – класичне дріжджове тісто (0,65 : 1), В – високогідратоване борошно (1,25 : 1) з додаванням реактивної молочної кислоти (40 мМ на 1 кг замісу), Г – високогідратоване борошно (1,25 : 1) з додаванням молочнокислої закваски (0,25 л на 1 кг борошна). Результати досліджень після 8 годин ферментації представлені на графіках (рис. 3–9).
Отже, дані цих дослідів показують, що у варіанті ферментації оббивного борошна пшениці (або борошна 100% виходу) за умов високої гідратації та додавання молочнокислої закваски досягаються два важливих технологічних рішення: 1) суміш, що ферментується, збагачується за вмістом клітковини, мінералів та мікронутрієнтів; 2) відбувається оптимальна трансформація грубих часток оболонки зерна, які зазвичай при споживанні сірого хліба створюють дискомфорт у осіб, які страждають на захворювання шлунково-кишкового тракту і з цієї причини не можуть вживати сірий хліб, що містить грубі частки зернової оболонки.
Рис. 3. Вплив умов ферментації на показник рН середовища. А, Б, В, Г – варіанти досліду
Рис. 4. Утворення молочної кислоти в процесі ферментації з молочнокислою закваскою в умовах високої гідратації оббивного борошна
Рис. 5. Ступінь деградації фітинової кислоти залежно від умов ферментації. А, Б, В, Г – варіанти досліду
Рис. 6. Вивільнення магнію залежно від умов ферментації. А, Б, В, Г – варіанти досліду
Рис. 7. Вивільнення заліза залежно від умов ферментації. А, Б, В, Г – варіанти досліду
Рис. 8. Вивільнення цинку залежно від умов ферментації. А, Б, В, Г – варіанти досліду
Рис. 9. Вивільнення кальцію залежно від умов ферментації. А, Б, В, Г – варіанти досліду
Звичайно ж високогідратоване оббивне борошно після ферментації не може бути використане для випікання хліба через неможливість формування рідкого замісу. Тому автори пропонують використовувати високогідратований заміс як етап преферментації. Після завершення преферментації до високогідратованого замісу можна додавати звичайне біле борошно до необхідної консистенції тіста, придатного для формування та випічки за прийнятими технологіями. На практиці преферментацію проводять при 25–27 °С протягом кількох годин залежно від типу закваски, борошна та рецептури хліба.
Слід наголосити, що за умов ферментації високогідратованого замісу відбуваються суттєва деградація фітину та вивільнення в результаті доступного для організму людини фосфору.
Іншим важливим технологічним аспектом молочнокислої ферментації високогідратованого середовища є низький гліцемічний індекс крохмалю. Гліцемічний індекс (ГІ) характеризує вуглеводи за швидкістю їх всмоктування в кишківнику людини після вживання їжі. Низький ГІ особливо важливий для осіб, що страждають на діабет.
Зниження ГІ крохмалю при ферментації в молочнокислій заквасці та високогідратованому середовищі відбувається в присутності молочної кислоти, яка індукує взаємодію між молекулами крохмалю та клейковини, знижуючи таким чином швидкість гідролізу крохмалю.
Ферментація борошна молочнокислими бактеріями додає ще один позитив, на якому варто наголосити особливо. Цей момент пов’язаний з екзотичною хворобою у деяких осіб, причиною якої є споживання звичайнісінького хліба. У 1953 р. було вперше проде- монстровано, що клейковина пшениці спричиняє у людей хворобу, яка отримала назву celiac disease, або імунопатична диспепсія.
Хвороба ця має генетичне підґрунтя і зустрічається у одного з 300 європейців [20]. Механізми цієї недуги до кінця не з’ясовано. Однак відомо, що певні білки клейковини гліадини здатні спричиняти запалення і потім некроз стінок епітелію кишківника та гіперпроліферацію ентероцитів. Клінічні симптоми хвороби зумовлені також глибоким порушенням метаболізму кальцію, заліза, солей фолієвої кислоти та вітаміну В12, що у важких випадках призводить до анемії, діареї та гострого болю в кишківнику. Хвороба є результатом імунної реакції в клітинах кишківника на чужинний антиген, у ролі якого виступає білок зерна пшениці, жита, тритикале чи ячменю. Особам, які страждають на цю екзотичну хворобу, слід уникати споживання хліба та продуктів із зерна злаків (!).
Нещодавно було установлено, що частковий гідроліз білків клейковини бактеріальними протеазами суттєво знижує ризик виникнення симптомів імунозалежної алергії на білки клейковини. Механізм бактеріального протеолізу білків клейковини остаточно не з’ясовано, але показано також, що кисле середовище має вирішальне значення у цьому процесі. Особливо відзначається роль лактобактерій заквасок у процесі протеолізу білків клейковини та їх можливий позитивний вплив на зниження ризику хвороби імунозалежної диспепсії.
Доведено, що лактобактерії молочнокислих заквасок здатні гідролізувати всі класи білків зерна пшениці, включно з клейковинними, суттєво знижуючи аглютинацію клітин імуногенного походження в стінках кишківника людини. Ці факти вказують на потенційну важливу роль лактобактерій у нейтралізації факторів, що спричиняють імунозалежну диспепсію.
В одному з досліджень взагалі продемонстровано, що хліб, випечений з використанням лактобактеріальних заквасок, суттєво знижує патологічні явища у осіб, чутливих до алергенних факторів клейковини.
Таким чином, аналіз досліджень свідчить про те, що на сьогодні створена наукова база для оптимізації умов ферментації продуктів помелу зерна злаків, багатих на клітковину, таких як оббивне борошно, цілозмелене зерно та висівки, шляхом використання молочнокислих заквасок у середовищі з підвищеною гідратацією. Для цих продуктів висока гідратація та зниження рН до значень близько 5,0 є важливими факторами, які сприяють розчиненню та деградації фітину, вивільненню доступного для засвоєння людським організмом фосфору. За цих умов додатково вивільняється у засвоюваній формі близько 60% магнію та 50% кальцію, 27% заліза та 11% цинку, які за умов класичних технологій хлібопечення залишаються недоступними для організму людини. Хліб та хлібопродукти насичуються фізіологічно цінними ферментами, вітамінами, біологічно активними речовинами, а частковий бактеріальний гідроліз білків зерна ще й знижує ризик імунозалежної диспепсії.
Із викладеного матеріалу очевидно, що впровадження технологій преферментації оббивного борошна, борошна 100% виходу та висівок у молочнокислому середовищі з підвищеною гідратацією у традиційні технології хлібопечення – це ефективний напрям поліпшення харчової цінності продуктів із зерна злаків з метою покращення здоров’я нації.
Цікавий шлях поліпшення харчової цінності зерна пшениці знайшли в США та Канаді. У них, як і в нас, населення традиційно віддає перевагу більш смачному білому хлібу над сірим. Американські фахівці з питань харчування разом з представниками бізнесу вирішили “обдурити” пересічного американського споживача, запровадивши у виробництво білозерну пшеницю.
Ідея “обману” напрочуд проста. Біле зерно у порівнянні з червоним дає біле борошно при виходах значно вище, ніж 70%. Навіть оббивне (100% вихід) борошно з білозерної пшениці залишається ще досить білим, але при цьому воно включає 100% висівок, які містять всі корисні для здоров’я людини нутрієнти пшеничного зерна.
Таким чином, хліб, спечений з борошна білозерної пшениці високих виходів, не поступається за білизною та товарним виглядом звичному білому буханцю з борошна червонозерної пшениці, але містить значно більшу кількість корисних для здоров’я нутрієнтів. Популярність білозерної пшениці починаючи з 2005 року в США та Канаді почала дуже швидко зростати.
Аналогічна ситуація з локшиною, яка також, як відомо, виробляється із зерна м’якої хлібопекарської пшениці, але зі спеціальними показниками якості. При виробництві локшини білизна продукту також має споживче комерційне значення. Щоб підвищити вміст висівок у локшині, залишаючи незмінною її білизну, локшину виготовляють із сортів не просто білозерної пшениці, а такої білозерної пшениці, яка до того ж має ще й низьку активність ферменту поліфенолоксидази (ПФО ).
На рис. 10 видно, що лист тіста з високою активністю поліфенолоксидази з часом сіріє, тоді як тісто з низькою активністю цього ферменту залишається білим.
Рис. 10. Лист тіста для локшини з борошна білозерної пшениці з високою (зліва) та низькою (справа) активністю поліфенолоксидази
Поліфенолоксидаза – це фермент зерна пшениці, який у присутності кисню повітря каталізує розпад поліфенолів зерна пшениці та продуктів його переробки. Щоб визначити вміст ферменту поліфенолоксидази в зерні білозерної пшениці, використовують спеціальний лабораторний тест на вміст поліфенолоксидази.
Уривок з монографії: “Якість пшениці та її поліпшення” / О.І. Рибалка
