способ повышения качества хлебобулочных изделий и сохранения их свежести с помощью твердофазной пищевой добавки "ягель-т"

Формула изобретения

Способ повышения качества и сохранения свежести хлебобулочных изделий, характеризующийся тем, что в состав муки для выпечки хлебобулочных изделий добавляют порошок слоевищ лишайников Cladonia или Cetraria islandica в количестве 0,2-0,5% к массе муки с размером частиц 10-1000 нм, полученный путем механохимической обработки высушенного сырья в шаровой мельнице без участия растворителей при скорости 1200-1500 об/мин в течение 1-2 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству хлеба и хлебобулочных изделий из пшеничной муки высшего сорта и смеси пшеничной и ржаной муки с использованием добавок природных веществ пищевого комплекса, а именно механохимической пищевой добавки из слоевищ лишайников «ЯГЕЛЬ-Т», для обогащения хлебобулочных изделий эссенциальными микроэлементами, негормональными физиологически активными веществами (НФАВ), повышения степени их усвояемости и улучшения физико-химических показателей хлеба, а также для сохранения свежести и увеличения сроков хранения.

Разработаны и освоены производство хлебобулочных изделий с добавлением овсяных хлопьев, пшеничных отрубей, солодового экстракта, зерновых смесей, тмина, семян льна, подсолнечника, кориандра и кунжута, йодированной соли, добавок чернослива, изюма, фруктозы, порошка ламинарии, всевозможных посыпок. Вырабатываются и диетические изделия, рекомендуемые для людей, страдающих сахарным диабетом. Например, хлеб карельский из смеси муки ржаной сеяной (10%) и пшеничной второго сорта (85%) с добавлением солода ржаного ферментированного, сахара-песка, патоки, винограда сушеного, аниса и кориандра.

За рубежом во многих отраслях пищевой промышленности давно и широко используется сухая пшеничная клейковина для выработки изделий повышенной пищевой ценности. В нашей стране ограниченное применение сухой пшеничной клейковины обусловлено ее дороговизной, поэтому из ряда вариантов наиболее перспективным в качестве обогатителя считается использование соевой муки.

Известны и другие природные добавки - нутрицевтики, введение которых обогащает хлебобулочные изделия полисахаридами. Например, способ производства хлебобулочных изделий из пшеничной муки высшего сорта и способ из смеси муки ржаной обдирной и пшеничной первого сорта, предусматривающие применение биополимера хитин-глюканового комплекса, содержащего хитин 86%, глюканы 12,4%, меланины 1,6% (Кузнецова Л.И., Киселева Н.А. (СибФ ГосНИИ хлебопекарной промышленности), Ганичева СИ., Быстрова Е.С.(ВНИИ ПАКК). Хитин-глюкановый комплекс - новая добавка для производства хлеба // Хлебопечение России. - 2000. - № 4. - с.14-15), которые можно отнести к аналогам.

Применяют композиции для приготовления теста для хлебобулочных изделий функционального назначения, содержащие следующие добавки: 5% водный экстракт корня солодки (RU 2206996 С2, A21D 2/36 A21D 8/02, 27.06.2003); пектиновый экстракт из плодов облепихи, порошок из высушенных плодов облепихи, воду, взятую по расчету, чтобы влажность теста составила 45% (RU 2316964 С2, 27.09.2007); пектиновый экстракт из плодов шиповника, порошок из высушенных плодов шиповника (RU 2316965 С1 20.02.2008); пектиновый экстракт из плодов кормового арбуза, водный настой листьев душицы обыкновенной (RU 2333648 С1, 20.09.2008).

Общим признаком заявляемого способа получение хлеба и известных аналогов является использование местного растительного сырья, которое перед замесом соединяют с мукой. Недостатком известных аналогов является низкая технологичность процесса, выражающаяся в дорогостоящем и трудоемком процессе производства хлебобулочного изделия, в частности сбор, не всегда высокая биологическая ценность и малая степень усвояемости вводимых НФАВ в связи с их недостаточно высокой всасываемостью в желудочно-кишечном тракте, традиционные длительные технологии экстракции и малый срок хранения полученных экстрактов.

Доля всех диетических сортов в общей выработке составляет лишь 0,6%, а хлеба с добавками йода, железа и даже витаминов не превышает 2%.

В качестве пищевой добавки нами использовались слоевища лишайников родов Cladonia и Cetraria. Использование лишайников в качестве продукта питания известно очень давно, есть предположение, что библейской манной был лишайник Аспицилия съедобная (Aspicilia esculenta), свободно-живущий кочующий лишайник, распространенный в пустынных районах. В пустынных районах Азии и Северной Африки некоторые виды лишайников из рода Аспицилия формируют толстую корочку на камнях, которая часто отваливается от них, и отвалившиеся частички лишайниковых талломов переносятся ветром, скапливаясь в углублениях. Один человек может собрать в день до 6 килограммов лишайников, несмотря на то, что лишайники очень легкие. Растертые талломы лишайников слегка напоминают муку, а испеченные из такой муки пресные лепешки вполне съедобны.

Из исландского мха (Cetraria islandica) варили кисели, студни и использовали как добавку к муке. Некоторые участники трудных экспедиций выжили только благодаря лишайникам, например Джон Франклин во время поисков Северо-Западного прохода. В индийском регионе Беллари лишайник рода Parmelia используется для приготовления блюда карри «ратапу».

В Японии лишайник как деликатес кладется в суп или салат, также и в Северной Америке многие виды используют в пищу.

В XVII-XVIII веках Lobaria pulmonaria, выросшая на сосне, применялась в пивоварении для горечи вместо хмеля в монастыре на реке Усолка в Сибири. В Африке эндемичными видами приправляли медовое пиво. Лишайники Cladonia spp., Cetraria islandica сегодня используются для производства спирта.

Ягель на Руси издавна использовали при выпечке хлеба в голодные годы в целях сохранения свежести продуктов и как дополнительное сырье для повышения пищевой ценности, обеспечения специфических органолептических и физико-химических показателей качества хлебобулочных изделий.

Поскольку хлебобулочные изделия являются основным повседневным, доступным продуктом питания и играют важнейшую роль в физиологии питания, в целом, то целесообразно обогащать их добавками из ягеля, что значительно повысит их пищевую ценность и в 3-5 раз увеличит срок хранения.

Лишайники родов Cladonia и Cetraria - природное лекарственное и пищевое сырье, используемое в народной медицине для лечения многих заболеваний. В слоевищах лишайников содержатся НФАВ различных групп: углеводы (70-80%) в виде лишайниковых -полисахаридов лихенина и изолихенина (фиг.1); дубильные вещества (1-2%); лишайниковые кислоты (2-3%) - леканоровая, физодовая, усниновая (фиг.2); микроэлементы (в используемом сырье содержание тяжелых металлов намного меньше ПДК). Содержание в слоевище лишайников НФАВ обусловливает довольно широкое их использование в официальной и народной медицине для лечения болезней желудочно-кишечного тракта, дистрофий, общего истощения, заболеваний дыхательных путей и легких, инфекционных заболеваний кожи, ожогов и опрелостей, нарушений деятельности щитовидной железы и других эндокринных заболеваний, также применение их в качестве иммуномодулирующих, противоопухолевых, гепатопротекторных и детоксикационных препаратов. Установлено, что лихенин и изолихенин тормозят у животных рост некоторых опухолей.

Вместе с тем, являясь -полисахаридами, -гликозидные связи в которых практически не расщепляются в желудочно-кишечном тракте, сами лишайниковые углеводы почти не усваиваются организмом человека. Задача состоит в том, чтобы в процессе предварительной обработки слоевищ лишайников повысить биодоступность и этих компонентов. Эта задача решается в рамках предлагаемого способа путем механохимической активации.

Известны области применения как чистого лишайникового сырья, так и биопрепаратов и пищевых добавок на его основе - аналоги:

- БАД Ягель: Свидетельство о государственной регистрации 77.99.23.3. У.3522.5.08 МЗ РФ; ТУ 9219-002-36971185-08; санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.03.003.Т. 000928.05,08/Б.М. Кершенгольц. 2008;

- Савватеева Л.Ю. Перспективы использования ягеля в разработке пищевых продуктов/Л.Ю. Савватеева, Е.Г.Туршук // Пищевая промышленность. - 2009. - № 1, С.18;

- Сидоренко Т.А. Перспективы использования ягеля в разработке пищевых продуктов (хлебобулочные изделия)/Т.А.Сидоренко // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. - 2009. - № 2, С.411.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу по составу добавки и технической сущности (прототипом) является способ производства хлеба с применением порошка лишайника Cetraria islandica, предназначенного для профилактического питания (RU 2362304 С1, 26.12.2007). Указанный способ производства хлеба профилактической направленности включает в себя приготовление теста из композиции, содержащей муку, воду, соль, дрожжи и порошок лишайника Cetraria islandica размером частиц 10,0-1000,0 мкм. Порошок лишайника вводят в муку в количестве 1-3% к массе муки, при этом повышаются биологическая и пищевая ценность хлеба, также увеличиваются сроки его хранения. Столь высокая, на наш взгляд, добавка лишайника необходима для того, чтобы доза вводимой пищевой добавки оказалась действенной.

Способ повышения качества и сохранения свежести хлебобулочных изделий по заявленному решению характеризуется тем, что в состав муки для выпечки хлебобулочных изделий добавляют порошок слоевищ лишайников Cladonia или Cetraria islandica (пищевую добавку «ЯГЕЛЬ-Т») в количестве 0,2-0,5% к массе муки с размером частиц 10-1000 нм, полученный путем механохимической обработки высушенного сырья в шаровой мельнице без участия растворителей при скорости 1200-1500 об/мин в течение 1-2 мин. В данном случае способ позволяет повысить степень усвояемости вводимых НФАВ при уменьшении массовой доли добавки порошка слоевищ лишайников и, как результат, способствует улучшению пищевой ценности хлебобулочных изделий и сохранению их свежести.

При выборе дозировки пищевой добавки «ЯГЕЛЬ-Т» учитывали несколько факторов: необходимость максимального обогащения продуктов биологически ценными компонентами, достижение оптимальной концентрации с точки зрения их лечебно-профилактического воздействия на организм, получение готовых изделий с высокими органолептическими свойствами и продолжительными сроками хранения без плеснения и черствления.

Известно, что существует общая тенденция низкой усвояемости подавляющего большинства витаминно-микроэлементных комплексов, пищевых и кормовых добавок, активных веществ фармпрепаратов, связанная с проблемами при их всасывании в кишечнике. Одна из основных целей введения пищевой добавки «ЯГЕЛЬ-Т» в продукты питания обусловлена повышением биодоступности НФАВ и микроэлементов (табл.1), что позволяет заметно снизить количество вводимой пищевой добавки, сохраняя результат, а также увеличить сроки его хранения без черствления и плеснения (табл.2 и 3).

При хранении хлеб черствеет в результате протекания физико-химических процессов, связанных со старением клейстеризованного крахмала. При старении структура крахмала уплотняется, происходит частичное выделение влаги, поглощенной при клейстеризации, которая воспринимается белками мякиша. Полностью предотвратить черствение мякиша не удается, но известны приемы его замедления, например глубокое замораживание (при -18÷-30°С) и последующее хранение в таком виде; завертывание хлеба во влагонепроницаемую обертку; добавки молока, сыворотки, сахара, патоки, жира и других компонентов; интенсивный замес теста и длительная выпечка хлеба. Перспективной считается упаковка, пропитанная сорбиновой кислотой, которая предотвращает плесневение хлеба и увеличивает срок хранения. Небольшое количество добавки «ЯГЕЛЬ-Т» не только повышает качество хлебобулочных изделий, но способствует лучшему хранению и предупреждает черствение вследствие замедления определенных изменений в микроструктуре мякиша, связанных главным образом с изменениями в состоянии крахмала в готовом хлебе, т.е. предупреждает старение крахмала.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является то, что благодаря образованию лишайниковых -олигосахаридов при механохимической обработке слоевищ ягеля и синергетным их комплексообразованием с НФАВ (фиг.3, 5) значительно повышается биоактивность последних, прежде всего лишайниковых кислот антибактериального действия (фиг.2 и 3), предотвращающих плеснение, также происходит обогащение эссенциальными микроэлементами в механохимическом препарате «ЯГЕЛЬ-Т» и повышение степени их усвояемости (табл.1). Кроме того, -олигосахариды хорошо удерживают влагу, что приводит к предотвращению быстрого черствления. Описанные эффекты позволяют в 5-6 раз снизить количество «ЯГЕЛЬ-Т», добавляемого в муку для выпечки хлебобулочных изделий, и вместе с тем повысить пищевую ценность хлеба и хлебобулочных изделий, качество их физико-химических, органолептических показателей, увеличить сроки хранения без плеснения и черствления.

Эффект достигается тем, что образующиеся при механоактивации слоевищ лишайников -олигосахариды, природные НФАВ, в том числе антибактериального действия (лишайниковые кислоты), микроэлементы твердофазного препарата «ЯГЕЛЬ-Т» в небольших количествах (0,2-0,5% к массе муки) обуславливают повышение пищевой ценности хлебобулочных изделий и сохранение свежести вследствие замедления определенных изменений в микроструктуре мякиша, связанных главным образом с изменениями в состоянии крахмала в готовом хлебе, т.е. предупреждает старение крахмала, а также его плеснение.

Сущность изобретения состоит в том, что добавка механоактивированного препарата «ЯГЕЛЬ-Т» в муку для выпечки хлебобулочных изделий в количестве 0,2-0,5% оказывает положительное влияние на органолептические, физико-химические показатели качества хлеба, повышает пищевую ценность хлебобулочных изделий, обогащая их негормональными физиологически активными веществами, микроэлементами и увеличивает срок хранения за счет изменений в состоянии крахмала в готовом хлебе и подавления действия плесневых микроорганизмов.

Как показали испытания, особого влияния на кислотность муки добавки ягеля в указанном диапазоне концентраций не оказывают.

Для сравнения, ягель грубого помола (прототип) вводится в концентрациях в 5-6 раз выше, подтверждая тем самым более высокую эффективность биопрепарата «ЯГЕЛЬ-Т» как биодобавки (табл.2, 3).

Таким образом, кроме того, что появляется возможность выпускать хлебобулочные продукты с повышенным сроком годности за счет содержания в лишайниковой добавке природных веществ бактерицидного действия (лишайниковых кислот), решается также задача выпуска продуктов питания оздоровительной направленности.

Изобретение может быть реализовано следующим образом.

В состав муки для выпечки хлебобулочных изделий добавляют порошок слоевищ лишайников Cladonia или Cetraria islandica в количестве 0,2-0,5% к массе муки с размером частиц 10-1000 нм, полученный путем механохимической обработки высушенного сырья в шаровой мельнице без участия растворителей при скорости 1200-1500 об/мин в течение 1-2 мин.

Механохимическая активация лишайникового сырья увеличивает биодоступность компонентов в результате разрыва части химических связей (даже таких прочных, как -гликозидных) и получения олигосахаридов из природных полисахаридов. Результатом успешной реализации механохимической обработки биосырья является увеличение в продукте более полного спектра НФАВ в биологически доступных (водорастворимых) формах (фиг.4, табл.1).

Для исследования изменения состава водорастворимых фракций лишайников при твердофазной механохимической обработке использовали метод сравнительного элементного анализа, атомно-силовой микроскопии ИК-спектроскопии.

Исследование порошков ягеля, полученного твердофазной механохимической технологией в одну стадию без применения растворителей, методом ИК-спектроскопии, показало, что характер ИК-спектров в случае всех образцов ягеля идентичен по наличию характерных функциональных групп (фиг.4). Набор пиков поглощения не меняется от условий обработки. Вместе с тем интенсивность всех наблюдаемых полос поглощения зависит от способа получения образца биопрепарата. Увеличение интенсивности поглощения в области валентных колебаний ОН-группы (3450-3350 см^-1) механохимического ягеля свидетельствует о разрыве части прочных -гликозидных связей в исходных нерастворимых полисахаридах, входящих в состав лишайникового сырья, и, как следствие, об образовании более биодоступных -олигосахаридов.

Наличие в ИК-спектре ряда полос (1670 1630 см^-1 - ОС связи сопряженных систем; 1200-1270 см^-1 -С-О-С- группы атомов; 1100-1000 см ^-1 - как пиранозные циклы, так и -С-ОС- группы атомов: 900 см^-1 - деформационные колебания С-Н.) выше для механоактивированного образца, что свидетельствует о большей насыщенности его функциональными группами и об увеличении содержания НФАВ в исследуемом механохимическом ягеле.

Растворимость механоактивированного ягеля изучали в модельном эксперименте в условиях, приближенных к гастроэнтеральным. Гастральная среда создавалась подкислением НСl из расчета 30 мМ, условия экстракции: t=37°С, время 4 часа. Энтеральную среду имитировали защелачиванием NaHCO₃ до рН 8,0, условия экстракции: t=37°С, время 2 часа. Соотношение массы биодобавки к объему модельной среды составило 1 г/1 л. В качестве контроля рассматривали ягель без механоактивации.

Изменения в химическом микроэлементном составе контрольных и механообработанных образцов оценивали по данным элементного анализа, который показал, что содержание металлов, входящих в состав мелющих тел, в контрольных и механоактивированных пробах изменяется в пределах ошибки опыта (табл.1). Следовательно, не происходит взаимодействия органических веществ растений с материалом механоактиватора. Количества микроэлементов меняются в зависимости от условий обработки за счет их перераспределения между НФАВ. Ранее было показано, что природные лишайниковые -олигосахариды проявляют себя как комплексообразователи с катионами металлов и в виде оснований Шиффа (Кершенгольц Б.М. Природные биологически активные вещества из тканей растений и животных Якутии: особенности состава, новые технологии, достижения и перспективы использования в медицине/Б.М.Кершенгольц, П.А.Ремигайло, А.А.Шеин и др. // Дальневосточный медицинский журнал. Приложение № 1. - 2004. - С.25-29).

Действие лишайниковой добавки «ЯГЕЛЬ-Т» доказано в экспериментах с пшеничной мукой, также смешанной в равных массах пшеничной и ржаной мукой и соответствующим хлебом.

Определение физико-химических показателей проводили по ГОСТ 21094-75 - содержание массовой доли влаги; по ГОСТ 5669-96 - пористость; по ГОСТ 5670-96 - кислотность хлебных изделий (табл.2, 3).

Обогащение муки биодобавкой ЯГЕЛЬ-Т в концентрациях 0,2-0,5%, что в 5-6 раз меньше, чем концентрация ягеля грубого помола, приводит к увеличению сырой клейковины, при этом одновременно улучшаются упругие свойства клейковины. Расплываемость шарика при добавлении ЯГЕЛЯ-Т снижается, что свидетельствует об увеличении силы муки. Укрепление клейковины, вероятно, объясняется влиянием составных компонентов ягеля (органические кислоты, олиго- и полисахариды) на клейковинные белки и возможное взаимодействие между ними, т.к. резко возрастает биодоступность его физиологически активных веществ.

Исследования показали, что интервал оптимальных концентраций ЯГЕЛЯ-Т составляет 0,2-0,5%. Увеличение дозировки ягеля в булках и в хлебе приводит к снижению органолептических и физико-химических показателей изделий, появляется специфический вкус, увеличивается кислотность и снижается пористость. Результаты проведенных исследований позволяют заключить, что при внесении ягеля в изделия из пшеничной и смешанной в равных количествах пшеничной и ржаной муки они приобретают улучшенные потребительские свойства, значительно увеличивается срок хранения.

Таблица 2
Показатели качества пшеничного хлеба, обогащенного ягелем
Показатели качества	Контрольный образец	Сравнительная характеристика хлеба при содержании
1-3% ягеля грубого помола	0,2% ягеля механоактивированного	0,5% ягеля механоактивированного
Поверхность	Гладкая, без крупных трещин и подрывов	Гладкая, без крупных трещин и подрывов	Гладкая, без крупных трещин и подрывов	Слегка шероховатая, без крупных трещин и подрывов
Цвет	Светло-желтый	Светло-желтый	Светло-желтый	Светло-коричневый
Состояние мякиша	Пропеченный, не влажный на ощупь, эластичный без комочков, пустот и уплотнений	Слегка влажный на ощупь, без комочков, средняя эластичность	Пропеченный, не влажный на ощупь, эластичный без комочков, пустот и уплотнений	Пропеченный, не влажный на ощупь, эластичный без комочков, пустот и уплотнений
Вкус	Свойственный данному виду изделия, без постороннего привкуса	Свойственный данному виду изделия, со своеобразным привкусом	Свойственный данному виду изделия, без постороннего привкуса	Свойственный данному виду изделия, с едва заметным привкусом
Запах	Свойственный данному виду изделия, без постороннего запаха	Свойственный данному виду изделия, без постороннего запаха	Свойственный данному виду изделия, без постороннего запаха	Свойственный данному виду изделия, без постороннего запаха
Влажность мякиша, %	43	47	46	48
Кислотность, град	2,9	3,1	2,9	3,1
Пористость, %	73,0	72,0	74,0	70,0
Содержание сырой клейковины, %	27	29	30	32
Расплываемость шарика, мм	27,4	26	24,5	25,3
Срок хранения, сут	3	4	5	6