Пшеничные закваски с целенаправленным культивированием микроорганизмов

Начиная с 80 гг. в хлебопекарной промышленности России в связи со структурной реорганизацией предприятий наметилась тенденция разработки и внедрения ускоренных способов тестоприготовления, основной проблемой которых являлась необходимость производства хлеба по качеству (органолептическим показателям), соответствующему качеству продукции традиционных технологий.

Ухудшение экологической ситуации в отдельных регионах страны, снижение агротехнических мероприятий в сельском хозяйстве привели к повышению микробиологической загрязненности сырья, особенно муки, и соответственно готовой продукции, способствовали распространению картофельной болезни хлеба.

Учитывая ухудшение здоровья населения, была принята государственная программа, в решении которой большое значение уделялось повышению пищевой и биологической ценности пищевых продуктов, в т.ч. хлебобулочных изделий, как основного продукта питания.

К указанному периоду времени в хлебопекарной промышленности применялись в основном молочнокислые закваски (мезофильная и концентрированная).

Исследования, проведенные в ГосНИИХП, позволили значительно расширить виды пшеничных заквасок, разработать технологии пшеничных заквасок с бактерицидными свойствами, повышенным содержанием органических кислот, летучих соединений – предшественников вкусовых и ароматических веществ, синтезом витаминов А, Д. группы В, улучшенными технологическими показателями.

Основой создания новых видов пшеничных заквасок является селекция высокоактивных видов и штаммов микроорганизмов, способных развиваться на мучных средах в условиях незначительной аэрации. При этом, помимо традиционных методов селекции (выделение чистых культур микроорганизмов из спонтанных заквасок и производственных сред), используются современные методы селекции: индуцированный мутагенез, гибридизация, адаптация, комбинированные методы.

Важным этапом создания заквасок направленного действия является составление из селекционированных микроорганизмов композиций в определенных соотношениях.

После формирования микробиологического состава заквасок необходимым условием их стабильности является оптимизация параметров приготовления закваски: состава и способа приготовления основного питательного субстрата, оптимума температуры, рН среды, кислотности, продолжительности выращивания, ритма отбора и возобновления закваски и др.

Источником чистых культур микроорганизмов являются музейные штаммы, применяемые в хлебопекарной, дрожжевой, молочной промышленности, культуры, выделенные из природных источников, производственных сред и заквасок спонтанного брожения.

Среди музейных культур отбираются такие виды и штаммы микроорганизмов, которые по своим свойствам отвечают определенным требованиям, предъявляемым к закваскам. К ним относятся способность размножаться на мучных средах, определенный уровень ферментативной активности, стабильность свойств при непрерывном культивировании, синтез определенных витаминов, наличие антибиотической активности, температурный оптимум роста и другие показатели.

В результате приведенных исследований были созданы следующие закваски: пропионовокислая, комплексная, ацидофильная, витаминная, эргостериновая, дрожжевая.

Пропионовокислая закваска

Основу пропионовокислой закваски составляет штамм Propionibacterium freundenreichii ssp. shermanii BKM-103. Данная закваска разработана для получения наиболее эффективного биотехнологического средства предотвращения картофельной болезни хлеба и его плесневения.

Пропионовая и муравьиная кислоты, синтезируемые этим штаммом, оказывают максимальное ингибирующее действие на развитие споровых бактерий, подавляя флавиновые ферменты дыхательного цикла. Кроме того, эта культура в процессе метаболизма накапливает значительные количества витамина В₁₂, уровень которого можно регулировать путем введения в среду солей кобальта. Этот витамин участвует в процессе кроветворения, поэтому применение данной закваски имеет двойное значение: для предотвращения развития в хлебе микробиологический инфекции и обогащение его витамином В₁₂ с целью повышения биологической ценности хлеба.

Пропионовокислая закваска характеризуется следующими биохимическими и технологическими показателями:

бактерицидная активность 100 %

фунгицидная активность 100 %

количество клеток

кислотность 12-14 град

В пропионовокислой закваске обнаружен высокий уровень аминокислот, возможно в связи с тем, что используемые микроорганизмы имеют высокую протеолитическую активность. В закваске, приготовленной на основе пропионовокислых бактерий, обнаружены 11 летучих компонентов, в том числе, соединения, содержащие амино-, метилгруппы, фуран, циклические углеводы, ацетальдегид, уксусная, пропионовая, муравьиная кислоты.

Использование пропионовокислой закваски эффективно для повышения микробиологической чистоты сырья и продукции, в том числе в технологиях с применением пшеничных и ржаных отрубей.

Комплексная закваска

Основу комплексной закваски составляют музейные штаммы трех видов молочнокислых бактерий L. cusei-C₁, L. brevis-B₇₈, L. fermenti-34, пропионовокислых бактерий Propionibacterium freundenreichii ssp. shermanii BKM-103 и дрожжи S. cerevisiaeв соотношении 0,5:0,25:0,25:0,02:1.

В качестве питательного субстрата для приготовления закваски используется мучная осахаренная заварка, которая готовится из пшеничной муки первого сорта при соотношении мука:вода = 1:3.

Комплексная закваска обладает антибиотической активностью к спороносным бактериям и плесеням. Биохимические и технологические характеристики комплексной закваски следующие:

мальтазная активность 65-70 мин

антибиотическая активность:

– по отношению к спорообразующим бактериям
полное подавление в течение 48 ч

– по отношению к плесеням
– подавление в течение 72 ч

подъемная сила 15-20 мин

кислотность 8-12 град

количество клеток дрожжей 23-25x10⁷/г

– молочнокислых бактерий (суммарное) 120-130x10⁷/г

– пропионовокислых бактерий (суммарное) 1,5-2,0х 10⁷/г

При непрерывном ведении комплексной закваски в течение 3 недель получены стабильные показатели комплексной закваски.

Комплексная закваска является разнообразной по химическому составу, в ней обнаружено 20 летучих компонентов. Среди них преобладающими являлись 3-метил-бутанол (22,99 %), эфир муравьиной кислоты (18,52 %),
1-метилокси-2-пропанол (17,24 %), уксусная кислота (7,02 %), производные пропанола, этанола и бензэтанола (3,19 %, 2 %, 3,83 % соответственно)

Проведенный сравнительный анализ микробиологического состава, ферментативной активности, бактерицидных и технологических свойств комплексной закваски позволил рекомендовать ее применение для улучшения качества изделий из муки со слабой клейковиной, при ускоренном способе тестоприготовления, а также в технологиях изделий с пшеничными отрубями.

Ацидофильная закваска

Ацидофильная закваска состоит из музейной культуры L. asidophillus-146 и штамма дрожжей «Рязанские-17», адаптированного к высоким температурам (40-45 °С) на основе рязанской расы.

Ацидофильная закваска характеризуется устойчивостью к повышению температуры, имеет следующие биохимические и технологические показатели:

подъемная сила 10-14 мин

кислотность 9-12 град

содержание клеток дрожжей

содержание молочнокислых бактерий

В ацидофильной закваске обнаружен высокий уровень аминокислот: содержание лизина составляет 1585 мг/100 г, лейцина – 1275 мг/100 г, валина – 510 мг/100 г.

В ацидофильной закваске идентифицированы следующие летучие вещества: 3-метил-бутанол, уксусная кислота, 1-метил-пропанол, пропионовая кислота и др.

Применение ацидофильной закваски эффективно для улучшения качества изделий с крепкой клейковиной, при ускоренных технологиях приготовления теста, а также при выработке батонов и сдобных изделий с высоким содержанием сахара и жира.

Витаминная закваска

Витаминная закваска создана в результате исследования возможности использования в составе пшеничной закваски каротинсинтезирующих дрожжей. Каротинсинтезирующие дрожжи являются представителями эпифитой (внепочвенной) микрофлоры и развиваются на наземных частях различных растений и в верхних слоях почвенного покрова в районах с повышенной ультрафиолетовой радиацией. Используемые культуры были предоставлены кафедрой биологии почв в МГУ.

По уровню накопления каротина выявлен наиболее активный штамм вида Bullera armeniocaСб-206.

Изучение кулътуральных и физиолого-биохимических свойств ка-ротинсинтезирующих дрожжей показало, что они не обладают бродильной активностью, температурный оптимум роста у них сдвинут в сторону низких значений – 22-28 °С, они имеют низкую скорость роста. После адаптации каротинсинтезирующих дрожжей к мучным средам определены микробиологический состав витаминной закваски, питательная среда и оптимальные параметры ее выращивания. Установлено, что для получения витаминной закваски с высоким синтезом β-каротина, витамина В₁₂, обладающей бактерицидными, радиопротекторными свойствами и высокими технологическими показателями в состав микрофлоры необходимо было включить: каротинообразующие дрожжи вида Bullera armeniocaштамм Сб-103, дрожжи вида S. сегеvisiaeштамм Фр-3, молочнокислые бактерии L. acidophilus-146, пропионовые бактерии Propionibacterium freundenreichii ssp. shermanii вида BKM-103 в соотношении: 1:1:0,5:0,2. В качестве основного субстрата для получения закваски необходимо использовать мучную осахаренную заварку влажностью 82-85 %. Процесс выращивания продолжается в течение 5-6 ч при температуре 22-25 °С.

Витаминная закваска имеет следующие биохимические и технологические свойства:

мальтазная активность 6,0 мин

бактерицидная активность 36,0 %

фунгицидная активность 72 %

количество клеток

– для L. asidophillus

– P. shermami BKM-I03

– S. Cerevisiae

подъемная сила 10-15 мин

кислотность 7-10 град

Применение заквасок с каротинсинтезирующими дрожжами обеспечивает содержание β-каротина в пробах хлеба в количестве 0,03-0,58 мг/100 г.

Применяется витаминная закваска для улучшения качества изделий из муки со слабой клейковиной, при ускоренном способе тестоприготовления с использованием прессованных дрожжей, для повышения пищевой ценности готовых изделий, что является актуальным в экологически неблагоприятных регионах.

Эргостериновая закваска

Эргостериновая закваска разработана на основе использования гибридного штамма дрожжей 576, полученного из института Биологии Гена РАН. Штамм обладает высокими биохимическими и технологическими свойствами, а также способен к повышенному синтезу эргостерина (витамина D). Технология приготовления и применения эргостериновой закваски состояла из следующих этапов: адаптации эргостериновых дрожжей штамма 576 к мучной среде (осахаренной заварке), включение в микробиологический состав закваски мезофильных молочнокислых бактерий L. plantarum-A63, L. casei-C1, L. plantarum-30, совместное инкубирование микроорганизмов на мучном субстрате при температуре 30-32 °С с ритмом отбора и возобновления через каждые 4 ч.

В процессе разработки технологии применения эргостериновой закваски при приготовлении хлеба изучены такие показатели, как уровень кислотонакопления, интенсивность и скорость газообразования в тесте. Установлено, что максимум кислотонакопления в тесте с эргостериновой закваской (8,2-8,4 град) наблюдается через 1,5-2 ч. Первый пик газообразования дрожжей отмечается через 2,0-2,5 ч, второй – через 4,0-4,5 ч после замеса теста. Максимальный уровень накопления диоксида углерода составляет 850 см³ и 720 см³ для муки высшего и первого сортов соответственно.

Отличительными свойствами эргостериновой закваски является наличие бродильной активности, обуславливающей возможность частичной замены прессованных дрожжей эргостериновой закваской. Процесс брожения наиболее интенсивно происходит при замене 50 % от рецептурного количества прессованных дрожжей на 15 % эргостериновой закваски (к массе муки в тесте). Использование эргостериновой закваски при приготовлении хлеба и хлебобулочных изделий способствует увеличению удельного объема на 9-20 %, пористости – на 2-4 %, сжимаемости – на 10-15 % по сравнению с контролем. Кроме того, повышается пищевая ценность изделий за счет обогащения изделий витамином D в количестве 0,2-0,3 мг.

Эргостериновая закваска имеет следующие биохимические и технологические свойства:

мальтазная активность 45-50 мин

бактерицидная активность 48,0 %

фунгицидная активность 48,0 %

количество клеток в 1 г для:

– L. plantarum-A63 L. casei-C1 L. plantarum-30

– S. Cerevisiae

подъемная сила 10-15 мин

кислотность 8-10 град

Эргостериновая закваска эффективна для повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий, рекомендуется для применения в регионах экологического неблагополучия.

Мезофильная дрожжевая и дрожжевая закваски

Для создания дрожжевых заквасок в регионах и низкими значениями среднегодовых температур (взамен жидких дрожжей) проведены исследования по селекции молочнокислых бактерий, способных развиваться при температуре 25-28 °С. Исследованиям была подвергнута вся группа мезофильных бактерий из музея ГосНИИХП. После предварительных испытаний были отобраны штаммы L. casei-C1, L. plantarum-А63,L. brevis B-5, L.brevis B78. На основе осахаренной заварки и каждого выбранного штамма бактерий была приготовлена закваска, которая инкубировалась непрерывно в течение недели при низких температурах.

Заквашенная каждым из испытанных штаммов и их смесью мучная питательная среда была использована для выращивания дрожжевой культурыS. cerevisiae штамм «Фр-3», выделенный из инстантных дрожжей и устойчивый к низким температурам. Оценку качества полученных мезофильных жидких дрожжей проводили по технологическим показателям и стабильности в процессе длительного возобновления при пониженных температурах. Все варианты мезофильных жидких дрожжей были использованы при приготовлении формового и подового хлеба из муки пшеничной высшего, I и II сортов. При проведении исследований определены такие показатели, как интенсивность газообразования в тесте, начальная и конечная кислотность, подъемная сила. Пробы хлеба оценивались по удельному объему, пористости, структурно-механическим свойствам.

На основании полученных результатов была отобрана смесь микроорганизмов L. casei-C1, L. plantarum-А63 и дрожжей штамма «Фр-3». При использовании перечисленных культур достигались наилучшие технологические показатели в мезофильной дрожжевой закваске:

подъемная сила 12-18 мин

кислотность 10-12 град

количество дрожжевых клеток

количество клеток молочнокислых бактерий

При использовании мезофильной дрожжевой закваски процесс газообразования в тесте интенсифицируется, сокращается продолжительность брожения. Отмечается увеличение удельного объема хлеба на 15-20 %, пористости – на 2-3 %, общей упругой деформации – на 35-40 % по сравнению с пробами хлеба, приготовленными на традиционных жидких дрожжах.

Вариантом дрожжевой закваски является закваска, созданная на основе высокоактивного штамма дрожжей «Краснодарская-11», который был выделен из закваски спонтанного происхождения, применяемой на одном из хлебозаводов г. Краснодара. Отличительной особенностью дрожжевой закваски является возможность использования для выращивания дрожжей водно-мучной среды. В производственных условиях дрожжевая закваска может быть использована взамен жидких дрожжей на хлебозаводах, где отсутствуют условия для приготовления осахаренной мучной заварки, для приготовления хлеба из муки пшеничной первого и второго сорта. Обновление дрожжевой закваски осуществляется по мере снижения свойств, но не реже 1 раза в месяц.

Дрожжевая закваска обладает следующими биохимическими и технологическими свойствами:

мальтазная активность 60-62 мин

подъемная сила 20-25 мин

кислотность 8-10 град

количество клеток дрожжей

Применение новых пшеничных заквасок в хлебопекарном производстве позволяет экономить прессованные дрожжи, интенсифицировать процесс газообразования, улучшать качественные показатели готовых изделий, получать новые виды изделий с повышенной пищевой ценностью.

Комплексная, ацидофильная и дрожжевая закваски могут использоваться в процессе тестоприготовления с частичной или полной заменой прессованных или сушеных дрожжей в результате наличия в микробиологическом составе высокоактивных штаммов дрожжей.

По интенсивности подавления развития в хлебе спорообразующей и плесневой микрофлоры новые пшеничные закваски располагаются следующим образом: пропионовокислая→комплексная→ацидофильная. Дрожжевая закваска бактерицидным действием не обладает.

Пропионовокислая закваска, помимо антибиотических свойств способствует обогащению хлеба витамином B₁₂. необходимым для людей, проживающих в регионах с повышенным уровнем радиации, вблизи металлургических и химических производств, а также для детей с признаками анемии.