Введение. Биологический синтез дает возможность создавать большое разнообразие новых продуктов с заданным составом (ферменты, аминокислоты, полимеры), производить переработку зерновых и других сельскохозяйственных культур (Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 г.) [1].
Фуллерены – это аллотропная модификация углерода, их свойства широко используются в медицине, фармацевтике, физике и электрохимии. Впервые фуллерены были получены в 1985 г. [2], авторы были удостоены Нобелевской премии по химии. В настоящее время водные растворы фуллерена испытываются в медицинских целях в качестве противовирусного, противовоспалительного средства, против онкологических заболеваний [3–6].
Нами были проведены исследования по активации хлебопекарных дрожжей при производстве пшеничного хлеба с помощью водорастворимых фуллеренов. Исследования показали, что водорастворимый фуллерен положительно влияет на качество хлеба и брожение теста в процессе его приготовления. Хлеб, приготовленный с водорастворимым фуллереном, отвечает требованиям стандарта качества [7].
В процессе брожения теста ржаного происходит образование кислот, спирта и диоксида углерода, за счет чего кислотность теста увеличивается и тесто приобретает свойственный аромат. Молочнокислые бактерии расщепляют сложные компоненты зерна на простые, повышают их усвояемость. При брожении в хлебе образуются различные ферменты, органические кислоты, витамины [8–10].
К основным технологическим операциям производства ржаного хлеба относятся: подготовка сырья, приготовление закваски и ее брожение, замес теста, брожение теста, разделка и округление, расстойка тестовых заготовок и выпечка готовых изделий.
Значительная часть микроорганизмов оказывается в тесте с головкой или закваской при замесе. Микрофлору заквасок составляют дрожжи и молочнокислые бактерии. Соотношение их 1:80. Часть бактерий при необходимости вносится искусственно (дрожжи и разведенные молочнокислые бактерии), а другая часть попадает из обсемененной муки. Микрофлора заквасок по своему составу очень похожа на микрофлору головки.
К молочнокислым бактериям относятся гомоферментированные и гетероферментированные бактерии. Первые образуют в основном молочную кислоту, а вторые – уксусную и муравьиную кислоты, а также диоксид углерода и спирт этиловый. Эти же бактерии одновременно являются разрыхлителями теста.
Актуальной задачей, стоящей перед пищевой отраслью, является ускорение процесса производства и получение качественного хлебного продукта, особенно ржаного, ржано-пшеничного, обладающего многими полезными свойствами для организма человека [9].
Цель исследования. Изучить влияние водорастворимого фуллерена на активность молочнокислых бактерий при брожении теста и установить воздействие водорастворимого фуллерена на качественные показатели ржаного хлеба.
Задачи исследования: изучить воздействие водорастворимого фуллерена на активность брожения ржаного теста; определить показатели качества ржаного хлеба с добавлением водорастворимого фуллерена.
Материалы и методы исследования. Органолептические показатели ржаного хлеба определяли по ГОСТ 5667-65, кислотность по ГОСТ 5670-96, пористость по ГОСТ 5666-96, влажность по ГОСТ 21094-75 [8].
Для получения водорастворимых фуллеренов в установке килогерцового диапазона частот при атмосферном давлении была синтезирована фуллеренсодержащая сажа. Однако фуллерены растворимы только в неполярных растворителях, а процедура гидроксилирования фуллеренов делает их водорастворимыми. Синтез гидроксилированного ФЭ выполнялся с использованием азотной кислоты с последующим гидролизом полинитроинтермедиатов водой. Анализ методом инфракрасной спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии позволил утверждать, что гидроксильные группы образовали химическую связь с поверхностью фуллерена.
Для приготовления ржаного хлеба был взят заквасочный способ на закваске из ржаной муки. Ржаная закваска готовилась в течение 7 суток. Для ее приготовления смешивали цельнозерновую ржаную муку и воду с температурой 25 °С в соотношении 50:50, закваска помещалась в чистую стеклянную посуду, брожение происходило при температуре 27 °С в течение суток. На вторые сутки от смеси закваски отбиралась порция, в которую вносилась мука и вода в равных пропорциях. Закваска снова оставлялась на брожение в течение суток. Через сутки закваска разжижалась. Снова отбиралась часть закваски, вносилась мука ржаная и вода в равных пропорциях и оставлялась на брожение. Процесс повторялся в течение четырех суток. На пятые сутки запах становился приятно-кисловатым. Закваска снова обновлялась то той же схеме. Брожение осуществлялось 8 часов. Далее в течение еще двух суток закваска обновлялась через 8–10 часов, и количество муки увеличивалось вдвое относительно закваски. Через 7 дней закваска была готова к использованию.
Для замеса теста часть закваски разводили в воде, вносили муку и перемешивали до однородности, накрывали пленкой и оставляли на брожение. Созревание закваски проводилось при комнатной температуре (27 °С) в течение 8 часов. Влияние различных концентраций фуллерена оценивали по продолжительности брожения теста. Наблюдение за увеличением в объеме теста проводили каждый час (рис. 1–9).
В качестве контрольного варианта использовалась рецептура, изложенная в таблице 1.
Фуллерен растворяли в воде, идущей на замес теста, процент брали от всего количества воды (табл. 2).
Таблица 1
Рецептура ржаного хлеба, г
|
Сырье |
Закваска |
Тесто |
Итого |
|
Мука ржаная обдирная |
42 |
58 |
100 |
|
Закваска ржаная |
6,3 |
– |
6,3 |
|
Вода |
33 |
46 |
79 |
|
Соль |
– |
1,5 |
1,5 |
|
Сахар |
– |
1 |
1 |
Таблица 2
Варианты исследования ржаного хлеба
|
Номер образца |
Фуллерен, ٪ |
|
Контроль |
Без фуллерена |
|
1 |
0,5 |
|
2 |
1,0 |
|
3 |
1,5 |
Результаты исследования и их обсуждение. Результаты проведенных исследований показали, что добавление водорастворимого фуллерена при брожении ржаного теста оказывает влияние как на органолептические показатели готового хлеба (табл. 3), так и на его структуру (рис. 1).
|
Контроль |
Образец № ١ |
Образец № ٢ |
Образец № ٣ |
Рис. 1. Внешний вид образцов хлеба
На разрезе видно, что наиболее однородная пористость наблюдается в образце № 3. В контрольном образце имеется большая полость, что указывает на то, что хлеб не добродил. В образце № 2 с наименьшим содержанием фуллерена также наблюдается небольшая полость. В образце № 3 такого не наблюдается.
Таблица 3
Органолептические показатели ржаного хлеба с водорастворимым фуллереном
|
Номер образца |
Цвет |
Вкус |
Аромат |
|
Контроль |
Серовато-коричневый |
Приятный, сладко-кислый, без посторонних привкусов |
Приятный, насыщенный, аромат ржи, без посторонних запахов |
|
1 |
Светло-коричневый |
Приятный, кисловатый, без посторонних привкусов |
|
|
2 |
|||
|
3 |
Коричневый |
Необходимо отметить, что в контрольном образце мякиш хлеба был липким. Можно полагать, что в хлебе образовалось большое количество фермента L-амилазы, приводящего к расщеплению крахмала до декстринов при повышенной влажности и, соответственно, липкости мякиша.
Внесение фуллерена в тесто на продолжительность брожения влияния не оказало, что видно из рисунков 2–9.
В процессе расстойки тестовых заготовок в контрольном образце наблюдалась наибольшая расплываемость заготовки хлеба, образцы заготовок с фуллереном лучше сохраняли свою форму. Выпечку хлеба проводили в 2 этапа: вначале выпекали с пароувлажнением в течение 15 мин при температуре 220 °С и далее без пароувлажнения при 200 °С в течение 40 мин.
Качественные показатели готового хлеба проверяли после 5 часов охлаждения.
|
Рис. 2. Тесто сразу после замеса |
Рис. 3. Тесто через 60 минут после замеса |
Рис. 4. Тесто через 120 минут после замеса |
|
Рис. 5. Тесто через 180 минут после замеса |
Рис. 6. Тесто через 240 минут после замеса |
Рис. 7. Тесто через 300 минут после замеса |
|
Рис. 8. Тесто через 360 минут после замеса |
Рис. 9. Тесто через 420 минут после замеса |
Рис. 10. Тесто через 480 минут после замеса |
Готовые образцы хлеба исследовали по физико-химическим показателям качества. Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
Физико-химические показатели качества ржаного хлеба
с раствором водорастворимого фуллерена
|
Показатель |
Контроль |
Образец № 1 |
Образец № 2 |
Образец № 3 |
|
Пористость мякиша, ٪ |
49 |
49 |
49 |
49 |
|
Влажность мякиша, ٪ |
48 |
48 |
48 |
48 |
|
Кислотность, град |
10,3 |
10,8 |
11,3 |
11,6 |
Результаты исследования физико-химических показателей ржаного хлеба с водным раствором фуллерена показали, что пористость мякиша контрольного образца и образцов с фуллереном была равна 49 %. Влажность мякиша образцов во всех вариантах опыта составляла 48 %. С увеличением дозировки фуллерена кислотность образцов хлеба увеличивалась.
|
Рис. 11. График влияния дозировки фуллерена на влажность и пористость ржаного хлеба |
Рис. 12. График влияния дозировки фуллерена на кислотность ржаного хлеба |
Заключение. В результате проведенных исследований установлено положительное влияние водорастворимого фуллерена на свойства молочнокислых бактерий ржаного теста и процесс брожения. Кислотность теста в образце №1 повышается на 0,5 градусов, в образце № 2 на 1 градус, в образце № 3 на 1,3 градуса по сравнению с контрольным образцом.
Ржаной хлеб, приготовленный с использованием водного раствора фуллерена, обладает хорошими качественными характеристиками и соответствует требованиям стандартов.
Водорастворимый фуллерен оказывает стимулирующее действие на продуцирование молочной кислоты и других органических кислот, обуславливающих аромат ржаного хлеба. Результаты исследования позволяют сделать вывод о возможности приготовления хлеба с использованием фуллерена для ускорения процессов брожения теста.
