Удосконалення технології хліба з використанням заквасок з борошна круп'яних культур - Гетьман, Інна Анатоліївна (My University, 2023)
Дисертаційна робота присвячена удосконаленню та науковому обґрунтуванню технології хліба з використанням заквасок спонтанного бродіння з борошна круп’яних культур (зеленої гречки, вівсяного та рисового). Пріоритетним напрямом в хлібопекарській галузі є збагачення макро- та мікронутрієнтами виробів масового споживання (хліб пшеничний та пшенично-житній), із групи дієтичних виробів – безглютеновий. Показано, що борошно зеленої гречки, вівсяне та рисове є джерелом білків зі збалансованим амінокислотним складом, розчинних та нерозчинних харчових волокон, вітамінів, макро- та мікроелементів, антиоксидантів та фенольних сполук тощо. В умовах зростання кількості підприємств малої та середньої потужності ефективно впроваджувати прискорені технології хліба, в тому числі зі спонтанними заквасками. Використання гречаного, вівсяного та рисового борошна як поживного середовища для заквасок дозволить збагатити хліб корисними складовими цих видів борошна та прискорити технологічний процес. Досліджено технологічні властивості борошна круп’яних культур. Встановлено, що борошно зеленої гречки, вівсяне та рисове характеризуються більшою крупністю частинок, нижчою активністю протеолітичних та амілолітичних ферментів. Поряд з цим, борошно круп’яних культур має менші на 15,8-40,0 % розміри крохмальних зерен, порівняно з пшеничним борошном першого сорту (контроль), а також нижчу температуру початку клейстеризації крохмалю та максимальну в’язкість суспензії. Водопоглинальна здатність вівсяного борошна вища на 50 %, рисового - на 10,7 %, а борошна зеленої гречки - нижча на 10,3 %, порівняно з контролем. У фракційному складі білків гречаного борошна переважає фракція альбумінів (60,5 %), вівсяного - глобулінів (44,0 %), тоді як в пшеничному та рисовому борошні переважає фракція глютелінів. З’ясовано, що в гречаному та вівсяному борошні більше власних цукрів, що забезпечує більш інтенсивне газоутворення на початку бродіння, але нижча цукроутворювальна здатність та автолітична активність зумовлюють зменшення інтенсивності виділення діоксиду вуглецю в 1,4-2,7 рази, порівняно з пшеничним борошном. Разом з тим, суміші пшеничного борошна з гречаним та вівсяним характеризуються вищим показником сумарного газоутворення, ніж пшеничного борошна. Інтенсифікація процесу газоутворення пояснюється позитивною дією амілолітичних ферментів, які в достатній кількості містяться в пшеничному борошні, і, відповідно, в сумішах, та вищою піддатливістю до дії ферментів крохмальних зерен борошна круп’яних культур, які мають менші розміри, ніж крохмальні зерна пшеничного борошна. Додавання гречаного та вівсяного борошна до пшеничного зумовлює погіршення структурно-механічних властивостей тіста, що потребує впровадження заходів, зокрема включення в рецептуру добавок- структуроутворювачів. В подальших дослідженнях вивчали можливість використання борошна круп’яних культур як поживного середовища для заквасок спонтанного бродіння. Методом математично-статистичного моделювання встановлено оптимальні умови для циклу розведення заквасок: масова частка вологи для рисової закваски - 52 %, гречаної – 60 %; вівсяної - 70%; температура бродіння для всіх заквасок - 28 ºС; тривалість бродіння для рисової та гречаної заквасок- 120 год, вівсяної- 96 год. Високі показники якості заквасок забезпечуються при таких умовах проведення виробничого циклу: кількість стиглої закваски для рисової- 50 %; для гречаної та вівсяної- 35 %; температура бродіння для всіх заквасок- 28 ºС; тривалість бродіння для рисової закваски - 12 год; для гречаної та вівсяної- 14 год. Дослідження вмісту летких та нелетких кислот в заквасках показали, що у вівсяній та гречаній заквасках спостерігається нижчий вміст летких кислот, порівняно з рисовою закваскою - 28,0 та 30,5 % мг/100 г. Кількість молочної кислоти складає, відповідно, 81,3 та 80,7 % мг/100 г. Рисова закваска накопичила близько 50 % летких кислот. Такі закономірності сприятимуть більш вираженому аромату готових виробів з рисовою закваскою, а вироби з гречаною та вівсяною закваскою матимуть виражений смак. Встановлено, що консервування досліджуваних заквасок внесенням солі та охолодженням є ефективними для дискретного режиму роботи підприємств. Кислотність всіх зразків заквасок через 21 добу зберігання зменшується незначно – на 1,2-2,4 град. Встановлено, що оптимальним терміном зберігання при консервування охолодженням є: для рисової закваски - не більше 14 діб, для гречаної і вівсяної – не більше 21 доби. Внесенні солі найбільш ефективно використовували для рисової закваски, оскільки її показники якості за цим способом збереглись найкраще. Так, кислотність знизилась на 15,9 %, активність молочнокислих бактерій – на 30 %. Методом пробних лабораторних випікань встановлено, що в технології хліба з пшеничного борошна доцільним дозуванням вівсяної та гречаної заквасок є 15 % до маси борошна; в технології хліба із суміші пшеничного та житнього борошна - 30 % до маси борошна, а в технології безглютенового хліба - 30 % рисової або 20 % гречаної закваски до маси крохмально- борошняної суміші. Додавання заквасок до пшеничного хліба незначно погіршує об’єм, гречана закваска дещо знижує показник формостійкості. В пшенично-житньому хлібі також спостерігалось зниження об’єму та формостійкості зі зростанням дозування заквасок. Але при цьому вироби мають приємний, яскраво виражений смак та аромат, еластичну м’якушку, рівномірну дрібну більш розвинену структуру пористості. В безглютеновому хлібі за зазначеного дозування зростає об’єм та пористість виробів на 4-5 %, кислотність – на 0,8 град. Вони мають яскраво виражені смако-ароматичні властивості, опуклу гладеньку верхню скоринку та глянцеву поверхню, покращується колір скоринки у виробах з гречаною закваскою. Досліджено, що зі зростанням дозування заквасок в рецептури пшеничного, пшенично-житнього та безглютенового хліба інтенсифікуються процеси дозрівання тіста, про що свідчить зростання показників підіймальної сили та тривалості вистоювання тіста, покращується кислотонакопичення та виділення діоксиду вуглецю. Вивчення в’язко-пластичних характеристик пшеничного та пшенично-житнього хліба показали погіршення утримування діоксиду вуглецю та формоутримувальної здатності зі зростанням дозування круп’яних заквасок внаслідок зниження вмісту пшеничного борошна в рецептурі, і відповідно, клейковини. Це підтверджує необхідність коригування рецептур виробів з їх додаванням і внесення структуроутворюючих добавок. Разом з тим, з’ясовано, що створення кислого середовища в пшеничному тісті за рахунок додавання 15 % вівсяної та гречаної заквасок укріплює клейковину, що позитивно впливатиме на якість готових виробів. В безглютеновому тісті утримування газу покращується зі зростанням відсотку внесеної закваски. Під час розроблення рецептур пшеничного та пшенично-житнього хліба з заквасками спонтанного бродіння з борошна круп’яних культур показано доцільність включення до їх складу гречаних та вівсяних пластівців, сухої пшеничної клейковини. Ці рецептурні інгредієнти покращують споживчі властивості хліба, про що свідчить зростання комплексного показника якості. В пшеничному хлібі зросла кількість білка в 1,1 раз, харчових волокон – в 1,3 рази, а в пшенично-житньому хлібі – в 1,25 та 1,4 раз, відповідно. Додавання борошна зеленої гречки в безглютеновий хліб підвищує вміст білка в 2,2 рази, харчових волокон – в 2,0 разів, вітамінів В9, РР та Е – в 7,2 рази, 7 разів та 5 разів, відповідно. Підібрані рецептурні композиції дозволили зменшити черствіння, про що свідчать показники крихкуватості та водопоглинальної здатності м’якушки, а також деформації м’якушки, визначена за допомогою пенетрометра. Встановлено, що приріст ароматичних сполук був найбільшим в безглютеновому хлібі, в скоринці в 1,8 разів більше, а в м’якушці – в 2,5 раз більше, ніж в контрольному зразку. Досліджено, що додавання заквасок сприяє пригніченню розвитку спороутворюючих та гнильних бактерій, плісеневих грибів та гальмує швидкість розвитку картопляної хвороби протягом нормативного терміну зберігання хліба (72 год) в пшеничному хлібі. За результатами досліджень розроблено та затверджено рецептури хліба «Вівсяний аромат», «Пшенично-житній з гречаною закваскою» та «Гречано- рисовий», які було апробовано на підприємствах галузі. «Вівсяний аромат» та «Пшенично-житній хліб з гречаною закваскою» було представлено на Всеукраїнському дегустаційному конкурсі новітніх розробок хлібобулочних виробів та нагороджено дипломами І ступеня. Удосконалення технологій хлібних виробів на спонтанних заквасках з борошна круп’яних культур має економічний і соціальний ефект завдяки покращенню споживчих властивостей. The thesis is devoted to the improvement and scientific substantiation technology bread using sourdough starter spontaneous fermentation from flour grain crops (buckwheat, oatmeal and rice). Enrichment by macro and micronutrients in mass consumption products (wheat and wheat-rye bread) is a priority direction in the bakery industry, and gluten- free bread is a part within a group of dietary products. It has been shown that green buckwheat flour, oatmeal and rice flour are a source of proteins with a balanced amino acid composition, soluble and insoluble dietary fiber, vitamins, macro- and microelements, antioxidants and phenolic compounds, etc. Given the growing number of small and medium-sized enterprises, it is effective to introduce accelerated bread technologies, including those with spontaneous sourdoughs. Theuse a buckwheat, oat, and rice flour as a nutrient medium for starter flours can enrich bread using the beneficial components found within these types off flour and speed up the technological process. The technological properties the flour of cereal crops were investigated. It was found that green buckwheat, oat, and rice flours are characterized by a larger particle size and lower activity of proteolytic and amylolytic enzymes. At the same time, cereal flours have starch grain sizes that are 15.8-40.0 % smaller than first- grade wheat flour (control), as well as a lower temperature at which starch gelling begins and a higher viscosity suspension. The water absorption capacity was 50 % higher in oat flour, 10.7 % higher in rice flour, and 10.3 % lower in green buckwheat flour compared the control. The protein fractional composition in buckwheat flour is dominated by albumin (60.5 %), oat flour by globulins (44.0 %), whereas in wheat and rice flour the glutelin fraction prevails. The study revealed that buckwheat and oatmeal flour contain more intrinsic sugars, ensuring more intense gas formation at the beginning fermentation. But lower sugar-forming capacity and autolytic activity lead to a decrease in the intensity by 1 .4-2.7 times compared to wheat flour. At the same time, mixtures a combination wheat flour with buckwheat and oatmeal are characterized by a higher rate a total gas formation than wheat flour. The intensification can be explained by the positive effect of amylolytic enzymes, contained in sufficient quantities from wheat flour and, accordingly. The mixtures and the higher susceptibility to enzymes caused by starch grains contained in cereal flour, being smaller than starch grains of wheat flour. The addition a buckwheat and oat flour to wheat flour causes a deterioration in the structural and mechanical properties dough, thus requiring the implementation measures, such as the inclusion of structural additives in the recipe. The possibility using cereal flour as a nutrient medium for spontaneous fermentation starter cultures is studied further. Using mathematical and statistical modeling, the optimal conditions for the starter cultivation cycle were determined: mass fraction is 52 % for rice starter, 60 % for buckwheat starter, and 70 % for oatmeal starter; fermentation temperature for all starter cultures is 28 °C; fermentation duration for rice and buckwheat starter is 120 h., and for oatmeal starter is 96 h. High quality starter cultures are ensured under the following conditions the production cycle: the amount a ripe starter is 50 % for rice starter, 35 % for buckwheat and oatmeal starter, fermentation temperature for all starter cultures is 28 °C, fermentation duration for rice starter is 12 h, for buckwheat and oatmeal starter is 14 hours. Studies of volatile and non-volatile acids in sourdough starter showed that oat and buckwheat starter had a lower content of volatile acids compared to rice starter - 28.0 and 30.5 % mg/100 g. The amount of lactic acid is, respectively, 81.3 and 80.7 % mg/100 g. Rice sourdough has accumulated 50 % volatile acids. Such patterns will contribute to a more pronounced flavor of the finished products with rice sourdough starter, while products with buckwheat and oatmeal starter will have a pronounced taste. It was found that the preservation of the studied starter cultures by adding salt and cooling is effective for the discrete mode of operation of enterprises. The acidity of all s ples of starter cultures decreases slightly after 21 days storage - by 1.2-2.4 degrees. It has been established that the optimal storage period for cooling preservation is: rice starter - no more than 14 days, buckwheat and oatmeal – no more than 21 days. Salt application was most effectively used for rice sourdough, as its quality indicators were best preserved by this method. Thus, the acidity decreased by 15.9%, and the activity of lactic acid bacteria by 30 %. Using the method described above, it was found that in wheat flour bread technology, the appropriate dosage for oat and buckwheat starter is 15% by weight of flour; in bread technology made from a mixture or wheat and rye flour, 30% by weight in flour; and in gluten-free bread technology, 30% rice or 20% buckwheat starter by weight in starch and flour mixture. The addition sourdough starter to wheat bread slightly reduces the volume, buckwheat starter slightly reduces the mold resistance index. In wheat-rye bread, a decrease by volume and shape stability was observed as the dosage of sourdough starter increased. But at the same time, the products have a pleasant, pronounced taste and aroma, elastic crumb, uniform fine, more developed porosity structure. In gluten-free bread, the volume and porosity of the products increase by 4-5%, and the acidity increases by 0.8 degrees at the specified dosage. They have pronounced flavor and aroma properties, a convex, smooth top crust and a glossy surface, and the color of the crust in products with buckwheat sourdough is improved. It has been shown that increasing the dosage of sourdough starter in wheat, wheat-rye, and gluten-free bread formulations intensifies dough maturation, as evidenced by an increase in the lifting power and duration as well as the dough proofing, improves acid accumulation and carbon dioxide release. It was found that the visco-plastic characteristics wheat and wheat-rye breads deteriorated with the increase in cereal sourdough dosage due to a decrease in wheat flour content as well as gluten in the recipe. This confirms the need to adjust recipes to include cereal and structure-forming additives. However, it has been found that creating an acidic environment in wheat dough by adding 15% oat and buckwheat sourdoughs strengthens gluten, which will positively affect the quality of finished products. In gluten-free dough, gas retention improves with an increase in the percentage of sourdough starter. The expediency that buckwheat and oat flakes and dry wheat gluten should be included in the recipes for wheat and wheat-rye bread using spontaneously fermented sourdough starter flours from cereal flour was demonstrated. These ingredients improve the consumer properties a bread, as evidenced by the growth of a complex quality indicator. The amount of protein increased by 1.1 times in wheat bread, dietary fiber by 1.3 times, and by 1.25 and 1.4 times in wheat-rye bread, respectively. Green buckwheat flour added to gluten-free bread increases the protein content by 2.2 times, dietary fiber by 2.0 times, and vitamins B9, PP and E by 7.2 times, 7 times and 5 times, respectively. Thus, the selected recipes allowed to reduce staling, as evidenced by the indicators friability and water absorption capacity crumb, as well as deformation crumb, determined by the penetrometer. It was found that the increase aromatic compounds was the highest in gluten-free bread, 1.8 times more in the crust and 2.5 times more in the crumb than in the control sample. The study found that the addition sourdough starter cultures helps to inhibit the development of spore-forming and putrefactive bacteria, molds and inhibits potato disease development during the standard bread shelf life (72 hours) at wheat bread. The results of the study allowed us to develop and approve recipes for Oatmeal Flavor, Wheat-Rye Bread with Buckwheat Sourdough, and Buckwheat- Rice Bread, tested at industry enterprises. These products were presented at the All-Ukrainian tasting competition for the latest bakery products and awarded first place diplomas. Development the bread technologies based on spontaneous sourdough starter from cereal flour has an economic and social effect due to the improvement at consumer properties.
Keywords: закваски спонтанного бродіння; борошно вівсяне; борошно зеленої гречки; борошно рисове; інтенсифікація; технологічний процес; показники якості; харчова цінність; bread; spontaneous fermentation starter cultures; oat flour; green buckwheat flour; rice flour; intensification; technological process; high quality; nutritional value; nutritional value