Ферментированное тесто что это
Что такое ферментация в хлебопечении
Ферментация (брожение, заквашивание) — это анаэробный биологический процесс, который преобразует сахара и крахмалы в более простые вещества.
Простыми словами, в хлебопечении процесс брожения заставляет дрожжи и бактерии превращать сахара в углекислый газ. CO₂ в свою очередь заставляет тесто подниматься.
Также при помощи процесса ферментации получают следующие продукты:
Содержание
Откуда мы знаем о ферментации хлеба
Использование брожения в хлебе можно проследить до Древнего Египта, 4000 г до н. э. В 1854 году французский химик и микробиолог Луи Пастер определил, что именно микроорганизмы, находящиеся в воздухе, вызывают брожение и порчу пищи.
Как работает ферментация
В хлебопечении ферментация представляет собой сложную серию биологических реакций, которые позволяют тесту закваситься. Оно осуществляется штаммами дрожжей Saccharomyces cerevisiae (дикими дрожжами) и молочнокислыми бактериями (МКБ). Мука содержит фермент амилазу, которая помогает расщепить крахмал на простые сахара. При этом образуется углекислый газ и другие соединения, которые отвечают за уникальный вкус и текстуру хлеба.
Процесс спонтанного брожения начинается сразу после того, как дрожжи и МКБ смешали с мукой и водой. Ферментация теста продолжается и на ранних стадиях выпечки, в момент, когда дрожжи и МКБ начинают терять свою активность, и заканчивается с повышением температуры. Но самая быстрая скорость ферментации достигается во время расстойки теста.
О магии ферментации хлеба
Старинный метод приготовления хлеба
До конца XIX века человечество не знало о существовании дрожжей. Тем не менее люди как-то обходились без них в быту. И в то время пивовары варили пиво, а пекари пекли разные булки-бублики-хлеба. Всё это было возможно благодаря активно применявшимся в те времена процессам естественной ферментации, запускаемым без участия других организмов.
Получение хлебной закваски, состоящей из натуральных дрожжей и молочной кислоты, — первый и обязательный этап в приготовлении хлеба по традиционному старинному способу. В ходе естественного процесса ферментации муки образуется углекислый газ, благодаря которому хлебное тесто приобретает способность подниматься без добавления культивированных дрожжей.
Самовыращенные в закваске дрожжи производят ферменты, способные катализировать процесс гидролиза в глютене муки, иными словами способствуют разрушению сложных белковых связей проблемного глютена. Гидролиз в этом случае представляет собой разрыв длинно-цепочечных связей на более короткие — пептиды и аминокислоты.
У хлеба на закваске есть и другие бонусы. Подобно другим процессам ферментации, бактерии, присутствующие в закваске (лактобациллы), «поедают» крахмал (углеводы) из муки. В результате получается продукт с пониженным содержанием крахмала (углеводов), что благоприятно сказывается на уровне сахара в крови. Таким образом лактобациллы закваски, с использованием которых приготовлен хлеб, не только придают ему особый вкус и желаемую текстуру, но и превращают его в своего рода «лекарство», к тому же способствующее заживлению повреждённых стенок кишечника. А присутствие молочной кислоты защищает испеченный на хлебной закваске продукт от преждевременной порчи (развития плесени).
Взращивание бактерий в количестве, необходимом для подъёма буханки хлеба, — процесс весьма продолжительный и может занимать от 3-х до 10-ти дней. Впоследствии готовая закваска добавляется к муке вместе с другими ингредиентами для теста.
Долгое время такой метод приготовления хлеба оставался единственным, способным заставить хлебное тесто подниматься. К сожалению, с развитием крупных промышленных пекарных производств этот ценный метод был вытеснен более доходными скоростными приёмами изготовления хлеба и получил титул «устаревшего». Однако «хорошо забытое старое» в последнее время становится всё более востребованным, в том числе и среди людей, имеющих не простые отношения с глютеном.
Зерновые, так же как и бобовые, содержат фитиновую кислоту в целом зерне, но больше всего в его оболочках. Эта кислота соединяется с некоторыми минералами, присутствующими в кишечнике, образуя нерастворимые фитаты. Это препятствует всасыванию минералов в нашем организме, таких как цинк, железо, магний, медь и фосфор (процесс деминерализации). К счастью, под действием фитазы (фермента, который активируется в закваске) фитиновая кислота разрушается. Чем выше процент очистки муки, тем больше содержание фитиновой кислоты. Чем больше тесто ферментируется, тем больше у фитазы закваски времени для высвобождения минералов из связи с фитиновой кислотой. Кроме того, процесс брожения теста представляет собой как бы процесс пищеварения, который начинается за пределами желудка. (Материалы Википидии).
Результаты проведённых исследований дают основания предположить, что в таком виде аминокислоты из глютена не представляют одинаково большой опасности для людей с непереносимостью или чувствительностью к нему. Бактерии в процессе приготовления хлеба как бы берут на себя задачу по расщеплению глютена пшеницы (или других зерновых культур) на более мелкие фрагменты, частично выполняют работу, обычно отводимую пищеварительному тракту.
В 2011 году был проведён клинический эксперимент по выявлению влияния процесса заквашивания на расщепление глютена в пшеничной муке и его воздействия на организм больных целиакией. В эксперименте принимали участие 16 человек с диагнозом глютеновая энтеропатия. Всех участников распределили на 3 группы. Эксперимент продолжался в течение 60 дней. Контроль осуществлялся по маркерам аутоиммунной реакции (анализу крови в промежутке 30 дней и 60 дней и биопсии тонкого кишечника по окончании эксперимента). Четыре участника из первой группы были «сняты с дистанции», поскольку по ходу эксперимента у них были зафиксированы симптомы ухудшения болезни.
Результаты эксперимента оказались таковы:
Таким образом было показано положительное действие хлебной закваски на снижение токсичности глютена.
На основании полученных экспериментальных данных всё ещё рано судить о том, насколько опасно (или безопасно) для людей с целиакией или повышенной чувствительностью к глютену включать в рацион пшеничный хлеб, приготовленный по старинному методу заквашивания. Предлагаю оставить решать эту задачу для учёных-экспериментаторов и не ставить опыты на себе. Но многих из нас описанные выше факты могут заинтересовать или даже вдохновить на опробование нового, хорошо забытого старого способа приготовления хлеба на закваске из безглютеновых злаков.
Напомню, что называем мы их безглютеновыми условно, потому как любое зерно содержит в себе белок глютена. В одних зерновых его может находиться больше («глютеновые» – пшеница, рожь, ячмень), а в других («безглютеновые» пшено, рис и т.д., а также незлаковые гречка и кинва) — меньше (не столь опасное количество). Понятие глютен включает в себя более 400 видов аминокислот, разных по строению и степени агрессивного воздействия на ЖКТ и иммунную систему человека.
По сравнению с обычным способом, старинный метод приготовления хлеба, основанный на процессе гидролиза — длительной ферментации зерновых культур, куда более полезен. Такой хлеб не только вкусен, но позволяет облегчить пищеварительные процессы и укрепить иммунную систему организма, отчасти благодаря естественным пре- и пробиотикам. опубликовано econet.ru
Автор: Ирина Блинкова-Бэйкер
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Брожение теста в холодильнике
Более полутора лет продолжается эксперимент по выпечке хлеба на тесте, сбраженном исключительно при низкой температуре. Причина столь затянувшегося опыта удивительно проста — это давно перестало быть экспериментом, а неразрывно вплелось в канву жизни и стало главенствующим в технологическом процессе ведения теста в домашних условиях.
Весь цикл приготовления хлеба от начала, с разведения опары, и до выпечки может занимать 5 суток, и это не предел. Прежде используемые методы, требующие по времени менее суток или несколько дольше, ещё применимы и прекрасно работают, но ныне они скорее пригодны в те случаи жизни, когда после длительной отлучки желание отведать домашнего хлеба у изголодавшегося человека таково, что ждать уже более нет никаких сил.
Предыстория
В домашнем хлебопечении закваска, вследствие редкой частоты её использования, обычно хранится в холодильнике. Вопреки расхожему мнению, что закваску, выдерживаемую в холоде, следует перед приготовлением хлеба активировать (освежить и дать выбродить в тепле), замечено интересное явление.
На деле каждый может пронаблюдать, как микрофлора закваски эффективно сбраживает муку в холоде. В особенности скоро это происходит при ведении закваски на ржаной муке. Рожь, как известно, произрастает в условиях севера и, возможно, тут есть некоторая связь, однако и закваска на пшеничной муке первого сорта также сбраживается, но как бы менее охотно. Вероятно, более грубые сорта будут способствовать повышению сбраживающего энтузиазма у микроорганизмов при работе с пшеницей, как с более питательным субстратом для их жизнедеятельности, но главное не в этом.
Не уходя в далёкие рассуждения, можно сделать вывод, что низкие температуры холодильной камеры в 4-8°С создают условия для развития определённой активной микрофлоры в закваске.
А раз так, то почему бы не попробовать и не дать этим северным жителям провести весь процесс брожения теста от разведения до выпечки? В конечном счёте, если нет ограничений во времени, т.е. скорость приготовления хлеба не является чем-то приоритетным, то отчего же не поэкспериментировать?
Все рецепты по приготовлению хлеба, которые можно найти на этом сайте, выполнены с использованием технологии длительного брожения теста при низких температурах.
Технология
Основная цель данной технологии направлена на поддержание таких температурных условий, при которых процессы, происходящие при созревании теста, будут протекать медленно и постепенно, создавая продукт особого качества.
Ведение закваски и затем теста в одинаковых условиях поддерживает постоянство микрофлоры, у которой формируется особый обмен веществ, активируются соответствующие ферменты и изменяется скорость отдельных жизненных процессов. [1] Отсутствие принципиальных температурных колебаний на всех стадиях брожения способствует предсказуемому поведению теста и во многом (но не всегда) гарантирует вкусо-ароматический профиль хлеба, сохраняемый от выпечки к выпечке.
Хлеб, выпеченный согласно данной технологии, имеет слабо выраженную кислинку и в тоже время является в полной мере зрелым. Такой хлеб взрослеет не торопясь, без спешки и суеты, насыщаясь чудесным букетом тонких ароматов и столь полон ценными микроэлементами, что способен насытить человека на сутки вперёд.
В технологическом процессе выделяют следующие основные стадии:
Данный список, в зависимости от рецептуры и необходимости, может быть дополнен такими стадиями как: заварка и обминка. Иногда, эксперементируя с разными режимами, основные стадии могут быть разделены на подстадии (фазы).
Стадии
Опара
Основной целью технологии холодного брожения является максимальное удлинение времени брожения теста. Именно по этой причине среди традиционных способов приготовления теста отдано предпочтение опарному двухстадийному способу, позволяющему плавно увеличивать долю сбраженного теста.
Более того, иногда целесообразно стадию опары разделить на две фазы — полуквас и квас. Поэтапный процесс постепенного наращивания массы теста способствует поддержанию активного метаболизма специфических микроорганизмов закваски с равномерным (за счёт дополнительного перемешивания) и наиболее полным сбраживанием теста.
Опара готовится смешиванием небольшой части готовой закваски (1) с водой и мукой в требуемой консистенции. Вначале необходимо тщательно развести закваску в воде (2) и активно размешать до образования множества пузырьков (3). Затем в разведённую закваску вносится просеянная мука (4) и всё хорошо перемешивается до однородной массы (5).
Обогащение теста кислородом за счёт действий по перемешиванию и просеиванию стимулирует рост бактерий, а также сдвигает метаболизм гетероферментативных бактерий в сторону образования уксусной кислоты вместо спирта (этанола). [5]
Созревание опары при прочих равных условиях происходит тем быстрее, чем больше в ней доля готовой закваски, выше температура и жиже консистенция. Приблизительно при пропорции 1закваска:3мука и температуре 5-6°С для хорошего сбраживания вполне достаточно полутора, максимум двух суток.
Для определения готовности опары не стоит ориентироваться только на время, указанное в рецепте. Зрелую опару обычно определяют по увеличившемуся объёму и момент, когда поднявшаяся опара начинает опадать, считается идеальным для перехода к подготовке теста. [2]
Ржаная опара в зависимости от консистенции увеличивается в объёме по разному — жидкая вырастает больше в сравнении с густой, но, в любом случае, происходит хорошее внутреннее разрыхление — опара становится мелко пористой, «ноздреватой».
Готовую пшеничную опару внешне можно определить по наличию на поверхности вздувшихся или уже лопнувших пузырьков, а внутри заметны полости с воздухом, которые при зачёрпывании растягиваются множеством тонких нитей. Густая пшеничная опара будет, подобно ржаной, меньше проявлять поверхностные признаки сбраживания, тогда как жидкая демонстрирует как бы вскипание поверхности. Но не всегда стоит ждать от жидкой опары на пшеничной муке при брожении в холодильнике обильного пузырения, как это происходит при тёплых температурах, т.к. активность дрожжей в условиях холода сильно замедлена, а именно они являются основными производителями углекислого газа.
Тесто
По существу, все действия выполненные до этого момента направлены на увеличение доли сбраженной бактериями и дрожжами питательной смеси — закваски, которая обычно состоит только из муки и воды.
На этой стадии в готовую опару вносятся все необходимые для конечного изделия ингредиенты, к коим могут относится: соль, сахар, жиры (растительные и животные масла), семена, сухофрукты, яйца, пряности, эссенции и пр.
Специи (соль и сахар) перед добавлением в опару необходимо тщательно растворить в воде. Семена и сухофрукты, как правило, предварительно замачиваются в тёплой воде на полчаса или час.
В опару добавляются жидкие и растворённые в воде компоненты и перемешиваются. Далее вносится просеянная мука и выполняется замес теста.
В силу структурных и реологических (вязкоупругих свойств теста) особенностей процесс замешивания различается для ржаного и пшеничного теста. Ржаному тесту необходим короткий замес с получением однородной вязкой пластичной смеси. Пшеничное тесто требует более длительного воздействия и интенсивности прилагаемых усилий. В пшеничном тесте важно развить единый клейковинный (губчато-сетчатый) каркас. Для ориентировочного сравнения замес руками ржаного теста займёт 1 минуту, тогда как пшеничному нужно уделить не менее 5 минут.
Скорость брожения теста во многом определяется зрелостью опары, а вернее, количеством и степенью активности её микрофлоры. Сильная, хорошо сбраженная опара даёт заметный подъём теста уже после 12 часов брожения, за сутки, при промежуточной обминке, тесто может подняться дважды, каждый раз увеличиваясь в 2-4 раза. На степень подъёма влияют разные условия: температура (в холоде 2-4°С являются существенными), пропорции опара:тесто, консистенция, выход и тип муки, лунная фаза и прочее.
Длительность брожение теста зависит от того, какие свойства требуется получить в итоговом продукте. По эмпирическому правилу, чтобы тесто созрело и при этом не потеряло свою возможность к сахарообразованию, время брожения должно составлять не менее 1 суток и не более 1.5 суток. При превышении указанного оптимума в тесте происходит нарастание кислотности вследствие жизнедеятельности молочнокислых бактерий и под действием ферментов муки изменяются его структурные и реологические свойства — оно начинает недопустимо расплываться и при выпечке имеет слабо выраженный подъём
В тоже время хлеб, выпеченный из теста подвергшегося долгому брожению, в какой-то мере диетический, насыщен ценными микроэлементами и более лёгок для усвоения, в результате продолжительных процессов разложения сложных углеводов (амилолиза) и белков (протеолиза) на более простые вещества, что является существенным для людей имеющих расстройства в пищеварительной системе.
Как бы то ни было, низкая температура способствует медленному набуханию теста и задерживает большинство негативных явлений. [1] Поэтому в силу жизненных обстоятельств, при невозможности следовать запланированному расписанию, тесто, бродящее в холоде, будет прощать задержки до нескольких суток, сохраняя приемлемое качество для приготовления хлеба. Если, наоборот, требуется ускорить процесс созревания теста, например, в условиях когда на вид опара ещё не готова в достаточной степени, а выпечка планируется через сутки, то можно выполнить основной замес теста, затем дать ему отдохнуть 15 минут в тепле и снова недолго промесить тесто, после чего убрать для брожения в холодильник. Дальнейшим более радикальным ускорением созревания является повышение температуры брожения.
Следует учитывать, что добавление определённых ингредиентов при разном процентном содержании может оказывать как стимулирующее, так и тормозящее действие на жизнедеятельность микроорганизмов в тесте:
Например, брожение сдобного теста с большим содержанием сахара и жира будет сперва в крайней степени замедлено, но мало-помалу, по мере адаптации микроорганизмов к новым условиям и снижения осмотического давления за счёт поглощения ими сахара, станет нарастать.
Перемешивание и обминка
Способствовать более полному и равномерному сбраживанию могут промежуточные перемешивания опары и обминка (сколотка) теста. Подобные короткие повторные промесы теста достаточно выполнять один раз в середине или по прошествии 2/3 от предполагаемого времени, отведённого на процесс брожения.
При перемешивании и обминке происходит аэрация, перераспределение конечных продуктов метаболизма микрофлоры и удаление части летучих веществ из теста, большая концентрация которых может являться сдерживающим фактором для дальнейшей активной жизнедеятельности микрофлоры. [7]
Обминку имеет смысл выполнять 1-2 раза при приготовлении хлеба на пшеничной муке высших сортов для того, чтобы улучшить структуру теста и получить удивительно нежный, словно пушистый мякиш.
Разделка
Разделку можно выполнять сразу по окончанию брожения теста или дать некоторое время на его согревание. В каждом случае есть свои нюансы.
Пшеничное тесто с высокой влажностью проще делить и формовать ещё холодным, что заметно упрощает эти операции. Крутое пшеничное тесто лучше разделить на части, дать им согреться и только затем переходить к формовке и расстойке. Без согревания сформованное крутое тесто за время расстойки может не успеть перейти в однородное состояние и после выпечки внутри будут заметны места складывания.
При работе с ржаным тестом для подового хлеба надо быть очень внимательным, т.к. при излишнем согревании происходит его сильное разжижение — тесто начинает расплываться во время расстойки и подъём при выпечке крайне мал. Для ржаного формового все ровно наоборот — ему стоит дать пару часов согреться до формования и ещё полтора часа расстойки, отчего хлеб будет только вкуснее и ароматней.
В духе холодовой технологии расстойку можно осуществить при низких температурах, но гораздо лучше выполнять согревание теста. Расстойка в тепле подготовит тесто к выпечке и не создаст шокового температурного перепада. Кроме того, за время согревания температура в тесте начнёт плавно увеличиваться, способствуя более активной жизнедеятельности микроорганизмов, в особенности, дрожжей. Нарастающее дрожжевое брожение обогащает тесто различными соединениями (в частности витаминами группы B) и создаёт завершающие штрихи перед выпечкой, такие как увеличение объёма теста за счёт повышенной выработки углекислого газа.
Выпечка
Выпечка осуществляется в стандартном режиме, определённом для того или иного изделия. В идеале, если планируется домашнее приготовление хлеба, то необходимо приобрести камень для выпечки, а для фанатов хлебопечения нет ничего лучше русской печки, ну, или (в городских условиях) духовки полностью обложенной термокирпичём.
Что касается черного (и особенно заварного) хлеба, то лучше ориентироваться не на изменение цвета, а полагаться на опыт или цифры, указанные в рецепте. Невозможность визуально оценить запечённость верхней корки может привести к её подгоранию, поэтому при длительной выпечке в духовке, например, ржаного формового хлеба, необходимо ставить форму на уровень ниже от верхнего нагревателя и прокладывать между выпекаемым изделием и верхним нагревателем противень или фольгу.
Биохимия
Роль микроорганизмов в процессе созревания теста огромна и во многом определяет качество выпекаемого хлеба. Неукоснительное поддержание определённого режима ведения закваски на протяжении некоторого периода времени приводит к созданию устойчивых микробиологических сообществ, которые эффективно развиваются в созданных условиях.
Ориентировочно считается, что изменение температуры на 10°С будет удваивать или, в зависимости от направления, укорачивать вдвое время брожения. [8] Например, если указан 2х часовой период брожения теста при температуре 30°С, то при температуре 20°С для аналогичного созревания тесту понадобится 4 часа, а при температуре 10°С — 8 часов. Это несколько упрощенный, но вполне действенный способ расчёта.
Важно учитывать, что каждый температурный режим характеризуется своими отличительными внутренними процессами, протекающими в тесте, и, соответственно, в результате будет, может почти неуловимо, но уже другой хлеб. Поэтому взяв за основу привычный рецепт, но изменив внешние условия (уменьшив температуру и увеличив время брожения) может сказаться на ароматно-вкусовых характеристиках итогового продукта.
Модель температур
Относительно особенностей брожения при низких температурах имеется крайне скудная информация. Есть общие сведения, указывающие, что при понижении температуры начинается преобладание роста дрожжей по отношению к молочнокислым бактериям, но для каких именно температур это высказывание достоверно — не говорится.
В результате исследования была создана модель, описывающая зависимость роста микроорганизмов от температуры, которая отображена на графике А. Предельные температуры, выше которых рост указанных штаммов прекращается, отмечен для молочнокислых бактерий (МКБ) на отметке 41°С, для дрожжей (Д) — 36°С. Оптимальные (благоприятные) температуры для роста зафиксированы в пределах 32-33°С для бактерий и 27°С для дрожжей.
График Б показывает отношение усреднённой скорости роста для двух видов бактерий к скорости роста дрожжей.
Примечательно, что соотношение роста 3 (бактерии) к 1 (дрожжи) приблизительно одинаково для температур 5°С и 31.5°С. Согласно данным исследования получается, что холодные (ниже 10°С) и жаркие (31-40°С) температурные условия среды значительно больше способствуют размножению бактерий по отношению к дрожжам, тогда как для средних температур это соотношение близится к паритету — 1.1бактерии:1дрожжи.
Резюме
Не в коей мере нельзя говорить, что технология длительного брожения теста при низких температурах чем-то лучше или хуже, нежели приготовление хлеба за более короткий срок. Скорее это один из великого множества вариантов получения хлеба со своими особыми качествами. В конечном счёте, выбор предпочтительного варианта в каждом конкретном случае остаётся делом вкуса и удобства его реализации.
Закваска и ферментация зерновых продуктов с точки зрения питания
[ ПЕРЕВОД СТАТЬИ ] Кайса Поутанен, Лаура Фландер, Кати Катина
VTT Технический исследовательский центр Финляндии, Финляндия
Университет Куопио, Исследовательский центр продовольствия и здоровья, Отдел клинического питания, Куопио, Финляндия
Микробиология хлеба на закваске
Использование закваски для улучшения вкуса, структуры и стабильности хлебобулочных изделий обретает все больший интерес. Ферментация зерна также демонстрирует значительный потенциал в улучшении и создании питательных качеств и влиянии пищевых продуктов и ингредиентов на здоровье.
Помимо улучшения органолептических характеристик цельнозерновых, богатых клетчаткой или безглютеновых продуктов, закваска может также активно замелять усвояемость крахмала, что приводит к снижению гипогликемического индекса, изменяет уровень и биодоступность биологически активных соединений и улучшает биодоступность минералов. Ферментация зерна может образовывать неусвояемые полисахариды, или изменять доступность волокон зерна для кишечной микрофлоры. Было также высказано мнение о том, что деградация глютена делает хлеб пригодным для употребления больными целиакией.
Изменения в матрице зерновых, потенциально приводящие к улучшению качества питания, многочисленны. Они включают образование кислоты, что вероятно замедляет усвояемость крахмала, а также изменяют уровень рН до значений, которые благоприятствуют действию некоторых эндогенных ферментов, тем самым изменяя биодоступность минералов и фитохимических элементов. Это особенно полезно в продуктах, богатых отрубями для доставки минералов и потенциально защитных соединений в кровеносную систему. Действие ферментов во время ферментации также вызывает гидролиз и солюбилизацию зерновых макромолекул, таких как белки и полисахариды клеточной стенки. Это изменяет текстуру продукта, которая может влиять на всасывание питательных и непитательных веществ. Новые биоактивные соединения, такие как пребиотические олигосахариды или другие метаболиты, могут также образовываться при ферментации зерновых.
Ферментация зерна является одним из старейших биотехнологических процессов и уходит корнями во времена Древнего Египта, где и пиво, и хлеб изготавливались при помощи дрожжей и молочнокислых бактерий. Спонтанная ферментация вероятно использовалась в самые первые дни и просто активировала натуральные микробы в измельченном зерне. В недавнем прошлом использование закваски стало более систематическим, и микробные культуры были разработаны и поддерживались сохранением части фермента для дальнейшего использования.
Первыми причинами использования ферментации в выпечке были заквашивание, образование аромата и улучшение стабильности. Постепенно с развитием промышленной выпечки тенденция использования белой пшеничной муки и пекарских дрожжей стала основной практикой по всему миру. Искусство закваски и ферментации в наши дни снова обретает признание, и сейчас распространенной практикой становится создание специальных культур и контроль процесса ферментации. Их использование в выпечке (Брюммер и Лоренц, 2003; Кларк и Арендт, 2005) и влияние на текстуру хлеба (Арендт и др., 2007) и аромат (Ур-Рехман и др., 2006) недавно были исследованы. В то же время осведомленность и знания о действиях питательных веществ ферментации зерна стали обширнее, как ранее указывалось Катиной и др. (2005).
В ходе ферментации зерна длящейся, как правило, до 24 ч при умеренной температуре, метаболическая активность присутствующих микроорганизмов вступает во взаимодействие с компонентами зерна. Молочнокислые бактерии вырабатывают молочные и уксусные кислоты, делая значение рН, как правило, ниже рН 5. Дрожжи производят углекислый газ и этанол. Взаимодействие между дрожжами и лакто бактериями важно для метаболической активности закваски. Изменяющиеся условия в ходе ферментации способствуют активации присутствующих ферментов, а изменение pH выборочно повышает производительность некоторых ферментов, таких как амилаза, протеаза, гемицеллюлаза и фитаза. Спровоцированные ферментами изменения вместе с микробными метаболитами вызывают появление технологических и питательных эффектов ферментированных зерновых продуктов.
Ферментация закваски может влиять на качество питания, уменьшая или увеличивая уровни соединений, а также повышая или замедляя биодоступность питательных веществ (рис. 1).
2. Улучшение органолептических качеств цельнозернового и богатого клетчаткой хлеба
Появляется все больше доказательств того, что употребление цельнозерновых продуктови зерновых волокон защищает от хронических заболеваний, таких как диабет 2 типа и сердечно-сосудистые заболевания (Меллен и др., 2008; де Мунтер и др., 2007). Поскольку потребительский спрос на здоровую пищу растет, нужно работать над развитием зерновых продуктов с высоким содержанием клетчатки и цельного зерна. Обработка этих сырьевых материалов сталкивается с задачами в отношении органолептических качеств получаемых продуктов. С другой стороны, в древние времена закваска, как правило, использовалась в обработке нерафинированной муки. Внешние слои зерна богаты пищевыми волокнами, фитохимическими элементами, витаминами, минералами, а также эндогенными ферментами. Поэтому фракция отрубей предлагает множество возможностей для модификации ферментацией закваски (рис. 3).
Закваска является ключевым элементом в традиционной выпечке ржаного хлеба, где она в значительной степени обеспечивает технологические характеристики, вкус и текстуру. Цельнозерновой ржаной хлеб не может быть изготовлен без помощи процесса ферментации. Многие из наблюдаемых изменений, например, в деградации пищевых волокон (Босков Хансен и др., 2002) или солюбилизации (Катина и др., 2007а), могут быть объяснены деятельностью эндогенных ферментов, особенно ксиланазы. Во время ферментации ржаной закваски эндогенные ржаные протеазы, особенно аспарагиновые протеазы, гидролизуют ржаные белки, особенно секалины. Они генерирует аминокислоты и малые пептиды, которые выступают в качестве прекурсоров ароматизаторов (Туукканен и др, 2005).
Ферментация отрубей пшеницы (Хассан и др., 2008; Салменкаллио-Марттила et al., 2001) и ржи (Катина и др., 2007a) проявила себя эффективным методом предварительной обработки отрубей как с целью улучшения органолептических качеств хлеба, содержащего отруби, так и с целью снижения антипитательных факторов, таких как фитиновая кислота, для того, чтобы улучшить биодоступность минералов (Хассан и др., 2008; Лиожер и др., 2007). Предварительная ферментация отрубей с дрожжами и молочнокислыми бактериями увеличила объем буханок хлеба (рис. 2) и мягкость мякиша во время хранения (Салменкаллио-Мартила и др., 2001; Катина и др., 2006) (рис. 3).
3. Биодоступность минералов
Цельнозерновые продукты являются хорошим источником минералов в рационе, в том числе кальция, калия, магния, железа, цинка и фосфора. Считается, что магний особенно способствует защитному эффекту цельнозерновых продуктов на организм от диабета 2 типа. Однако биодоступность минералов может быть ограничена в связи с наличием фитата, мио-инозитол гексафосфата. Содержание 3 – 22 мг/г фитиновой кислоты было обнаружено в зернах (Гарсия-Эстепа и др., 1999). Фитиновая кислота сконцентрирована в алейроновом слое зерна и обладает сильной хелатообразующей способностью. Формируя нерастворимые комплексы с пищевыми катионами, она ухудшает усвоение минералов организмом человека. Фитаза способна дефосфорилировать фитат, образуя свободный неорганический фосфат и эфиры инозитол фосфата, которые имеют меньшую способность влиять на растворимость и биодоступность минералов.
С другой стороны, промышленные пекарские дрожжи продемонстрировали активность фитазы (Турк и др., 2000), и большое разнообразие активности фитазы было обнаружено в традиционных заквасочных стартерах, содержащих дрожжи и молочнокислые бактерии (Чауи и др., 2003; Реале и др., 2004). Также было предположено, что штаммы дрожжей с высоким содержанием фитазы обладают потенциалом носителей фитазы в желудочно-кишечном тракте (Харальдссон и др., 2005).
Ферментативная деградация фитата зависит от многих параметров ферментации: присутствующей активности фитазы, размера частиц муки, кислотности, температуры, времени и содержания воды (Хариндер и др., 1998; Де Ангелис и др., 2003). Ферментация закваски оказалась эффективной в солюбилизирующих минералах и в цельнозерновой пшеничной муке, но менее эффективной с отрубями. Солюбилизация кальция и железа была эффективной в мелко измельченных частицах отрубей, в то время как солюбилизация не была обнаружена в грубых отрубях (Лиожер и др., 2007)
Лопес и др. (2001) показали, что предварительная ферментация отрубей с молочнокислыми бактериями увеличила разрушение фитата до 90%) и увеличила растворимость магния и фосфора. Усвоения цинка, магния и железа было также выше у крыс, которых кормили хлебом на закваске (Лопес и др., 2003).
4. Уровень и стабильность витаминов и биологически активных соединений
Давно известно, что зерновые продукты являются важным источником витаминов, таких как тиамин, витамин Е и фолиевая кислота. В последнее время знания о других биологически активных соединениях в зерне существенно расширились, так как люди предположили, что они являются одним из факторов, способствующих защитным свойствам цельнозерновых продуктов (Славин, 2003). Внешние слои зерна содержат гораздо более высокие уровни фитохимических соединений, таких как феноловые кислоты, алкилрезорцинолы, лигнин, фитостерол, токол и фолиевая кислота, чем его внутренние части (Лиукконен и др., 2003; Маттила и др., 2005). Различия в разновидностях этих соединений в европейских пшенице, ржи, овсе и ячмене были недавно проанализированы, и результаты показывают хорошую перспективу для развития сортов с оптимизированными уровнями (Ward и др., 2008). Обработка может уменьшать или увеличивать уровни, а также изменять биодоступность этих соединений, как указывает Славин и др. (2000), и феноловых соединений ржи, описанных совсем недавно Бондиа Понс и др. (2009).
Результаты исследований влияния ферментации закваски и зерновых до сих пор немногочисленные, но они в значительной степени показывают, что этот тип биообработки повышает доступность этих соединений в кровообращении человека. Ферментация дрожжей неоднократно показывала увеличение содержания фолиевой кислоты в процессе выпечки пшеницы (Карилуото и др., 2004) и ржи (Лиукконен и др., 2003; Карилуото и др., 2004, 2006; Катина и др., 2007а). В ферментации ржи уровень фолиевой кислоты увеличивался более чем в 2 раза (Лиукконен и др., 2003). Карилуото и др. (2006) сравнили способность различных дрожжей и молочнокислых бактерий влиять на содержание фолиевой кислоты в ржаной закваске и пришли к выводу, что влияние бактерий закваски минимально, однако синтез фолиевой кислоты дрожжами может увеличить содержание более чем в три раза в лучшем случае.
Сообщалось также, что содержание тиамина снижалось в процессе выпечки больше в пшеничных продуктах, чем в ржаной выпечке (Мартинес-Вилалуега и др., 2009), но увеличивалось во время ферментации дрожжей, особенно после длительной ферментации (Тернс и Фреунд, 1988; Батифаулиер и др., 2005). Таким образом, этап ферментации может повлиять на общее сохранение витаминов в процессе выпечки. Быстрый процесс выпечки также показал уменьшение содержания витамина B1 в цельнозерновой выпечке, однако длительная ферментация дрожжей или закваски сохраняла его. Выпечка цельнозернового хлеба с дрожжами (от замешивания до готового хлеба) с длительной ферментацией, привели к 30% обогащению рибофлавином. Использование смешанных условий ферментации (дрожжи плюс закваска) не имело синергетического эффекта на уровень витамина B (Батифаулиер и др., 2005). Наблюдались потери витамина Е во время приготовления закваски и замешивания теста (Веннермарк и Джагерстад, 1992), а также Лиукконен и др. (2003) обнаружили снижение содержание токоферола и токотриенола. Это может быть связано с чувствительностью к контакту с воздухом.
Ферментация демонстрировала усиление антиокислительного эффекта (активность захвата свободных радикалов фенилпикрилгидразила) в извлеченной метанолом фракции ржаной закваски одновременно с увеличением уровней легко извлекаемых феноловых соединений (Лиукконен и др., 2003, табл. 1). Ферментация ржаных отрубей с дрожжами увеличивает уровень свободной феруловой кислоты (Катина и др., 2007а). Антиоксидантная способность традиционного ржаного хлеба, выпекаемого с закваской, оказалась намного выше, чем у обычного хлеба из белой пшеницы, самые высокие значения были обнаружены у хлеба, приготовленного из цельнозерновой муки (Мичалскаи др, 2007; Мартинес-Виллалуенга и др., 2009). Недавно было обнаружено, что пшеничные отруби, подвергнутые биообработке с ферментацией дрожжей, в совокупности с гидролитическими ферментами клеточной стенки увеличили биодоступность феноловых соединений, а также кишечного 3-фенилпропилонового метаболита в хлебе (Матео Ансон и др.).
5. Влияние закваски на усвояемость крахмала
Пищевые углеводы представляют собой основной источник глюкозы плазмы. Увеличение количества быстро усваиваемых углеводов в рационе повышает уровень глюкозы в крови, особенно после приема пищи. Основные источники углеводов в западном рационе содержат быстро усваиваемый крахмал. Следовательно, многие распространённые продукты, содержащие крахмал, например, хлебобулочные изделия, сухие завтраки, картофельные продукты и закуски, вызывают сильные гликемические реакции. Существуют весомые признаки того, что большое количество быстро доступной глюкозы, полученной из крахмала и свободных сахаров в современном рационе (продукты с высоким гликемическим индексом, GI и высокий индексом инсулина, II), ведет к периодически повышенным концентрациям глюкозы и инсулина в плазме крови, которые наносят ущерб здоровью (Баркли и др., 2008).
Макро-и микроструктура зерновых продуктов имеют сильное влияние на усвояемость крахмала. Особенности характеристики крахмала как такового имеют решающее значение для реакции глюкозы. Крахмалы, богатые амилозой, более устойчивы к амилолизу, чем восковые или нормальные крахмалы. В пробирке нативные крахмалы гидролизуются очень медленно, и в ограниченной степени амилазой (Бьорк и др., 1994). В результате желатинизации во время обработки скорость амилолиза значительно возрастает (Лауро и др., 2000). Таким образом, чем больше желатизирован крахмал, тем быстрее он будет усваивается (Остман, 2003). Во многих распространенных крахмальных продуктах, в таких как обычный пшеничный хлеб, крахмал очень желатизирован, и структура продукта очень пористая, что приводит к быстрой деградации крахмала в тонком кишечнике и очень быстрому скачку уровня глюкозы в крови (высокий GI).
Средства для замедления усвояемости крахмала в продуктах, изготовленных на основе пшеничной муки, таких как хлеб, печенье и хлопья для завтрака малочисленны, если исключить добавление высокого количества ядер в натуральном виде из-за получения продукта плохого качества и несоответствия предпочтениям потребителей. Для пшеничного хлеба использование технологии предварительной ферментации (закваски) или добавление растворимых волокон в недавнем исследовании предлагаются в качестве единственного средства снижения GI (Фардет и др., 2006).
Ферментация матрицы пшеничной и ржаной муки с молочнокислыми бактериями (процесс закваски), как показали наблюдения, снижала GI цельнозернового ячменного хлеба (Лильеберг и др., 1995; Остман, 2003) и пшеничного хлеба (Де Ангелис и др., 2006; Маиоли и др., 2008) и индекс инсулина (II) ржаного хлеба с различным содержанием клетчатки (Юнтунен и др., 2003). Было предложено несколько механизмов обработки закваски для снижения усвояемости крахмала. Эффект преимущественно возникает из-за образования органических кислот, особенно молочной кислоты во время ферментации. Физиологические механизмы мгновенного воздействия кислот различаются; в то время как молочная кислота понижает скорость усвоения крахмала в хлебе (Лильеберг и др., 1995), уксусная и пропионовая кислоты в свою очередь увеличивают скорость опорожнения желудка (Лильеберг и Бьорк, 1998). Было установлено, что химические изменения, происходящие во время ферментации закваски, уменьшали степень желатинизации крахмала (Oстман, 2003), что частично объясняло снижение усвояемости ферментированных зерновых продуктов на закваске.
На уровне продукта целостность тканей, пористость и структура крахмала являются важными характеристиками, влияющими на гликемические реакции. Ржаной хлеб, изготовленный из цельнозерновой или белой ржаной муки с разным содержанием клетчатки, вызывал более низкую инсулиновую реакцию, чем белый пшеничный хлеб, когда размер порции пищи был стандартизирован для обеспечения 50 г крахмала (Юнтунен и др, 2003). Оба типа ржаного хлеба были запечены с процессом заквашивания, 40% общего количества ржаной муки предварительно ферментировалось перед добавлением в тесто. Результаты позволили предположить, что со всеми видами ржаного хлеба независимо от их содержания отрубей, требовалось меньше инсулина, чтобы регулировать уровень сахара в крови с тем же количеством крахмала по сравнению с обычным пшеничным хлебом. Влияние, вероятно, связано с более твердой и менее пористой структурой ржаного хлеба и с наличием органической кислоты, сформированной во время ферментации закваски (Аутио и др., 2003).
Могут существовать и другие механизмы закваски для регулирования GI/II продуктов. Например, pH-зависимый протеолиз обычно происходит во время ферментации закваски (Ганзл и др., 2008) и образует значительное количество пептидов и аминокислот в закваске. Полученная в результате повышенная концентрация аминокислот и пептидов в ферментированных зерновых может играть роль в регулировании метаболизма глюкозы (Нильссон и др., 2007). Кроме того, недавние результаты показывают, что ферментация закваски увеличивает количество свободных фенольных соединений (Катина и др., 2007а), которые могут также иметь влияние на снижение GI/II (Соломон и Бланнин, 2007).
Использование закваски, однако, является сложной технологией для снижения GI/II из-за требуемого низкого рН (рН 4,1 – 4,5). Что касается продуктов на основе пшеницы, этот рН, как правило, слишком низок, чтобы быть приемлемым для потребителей, поэтому требуются средства для повышения эффективности ферментации с сохранением более высоких уровней рН.
6. Закваска и целиакия
Целиакия является хроническим воспалительным заболеванием и хаактеризуется повреждением слизистой оболочки тонкого кишечника, вызванным фракциями глиадина глютена пшеницы и аналогичными спирторастворимыми белками (проламинами) ячменя и ржи у генетически восприимчивых субъектов (Маки и Коллин, 1997; Фазано и Катасси, 2001). Болезнь, все чаще диагностируемая во всем мире, может контролироваться лишь путем поддержания полностью безглютеновой диеты. Рис, кукуруза, сорго, просо, тефф, гречка, амарант и киноа пригодны для употребления больными целиакией, которые зачастую страдают также от недостатка пищевых волокон и недостаточного усвоения минералов. Овес имеет немного другие проламины (авенины), и недавно был одобрен в качестве ингредиента в безглютеновых продуктах с маркировкой EC (если возможно избежать перекрестной контаминации от пшеницы, ячменя и ржи, и содержание глютена овсяного продукта остается 7. Закваска и здоровье кишечника
Микрофлора кишечника является частью человеческого метаболизма питательных веществ, и вносит значительный вклад в поддержание функционирования обширной и активной иммунной системы. Последние данные показывают, что микробные расстройства играют важную роль в развитии метаболических заболеваний. Ферментация закваски может влиять на здоровье кишечника несколькими способами: 1) модуляция комплекса пищевого волокна и его последующая модель ферментации, 2) производство экзополисахаридов с пребиотическими свойствами и 3) потенциальное предоставление метаболитов из ферментации молочнокислых бактерий, влияющих на микрофлору кишечника.
Взаимодействие между факторами питания, микрофлорой кишечника и метаболизмом организма все чаще демонстрирует свою важность в поддержании гомеостаза и здоровья (Кани и Делзенне, 2007), однако исследование роли волоконной структуры и фитохимических элементов в кишечной микрофлоре находятся на ранних этапах. Физиологические эффекты пищевых волокон зависят от их физико-химических свойств, на которые в основном влияют размеры частиц, архитектура клеточной стенки, растворимость, степень полимеризации и замещения, распределение боковых цепей и
образование поперечных связей полимеров. Недавние исследования демонстрируют эффективность ферментации в увеличении биодоступности соединений, связанных с волокнами, таких как свободная феруловая кислота. В пшеничных отрубях феруловая кислота – самое обильное феноловое соединение. Феруловая кислота является структурным компонентом клеточных стенок, перекрестносшивающих полисахаридов клеточной стенки. Так как большая часть феруловой кислоты ковалентно связана со структурами клеточных стен, ее биодоступность в физиологических условиях, вероятно, низка. Результаты недавних исследований (Матео и др.; Наполитано и др., 2009) показали, что биодоступность феруловой кислоты может быть увеличена обработкой зерновых отрубей и волокон с ферментацией и ферментами. Мы также показали, что высвобождение лигнанов и феноловых кислот, связанных с пищевыми волокнами, а также других фитохимических элементов алейронового слоя ржаного зерна может регулироваться ферментацией (Катина и др., 2007а,b).
EPS заквасочного происхождения также дают возможность улучшить здоровье кишечника. Определенные молочнокислые бактерии производят EPS, такие как глюкан, фруктаны, глюкозо-и фруктоолигосахариды, которые имеют потенциально полезные свойства для кишечника, способствующие укреплению его здоровья. Кишечные микробы метаболизируют декстран в пропионовую кислоту, которая имеет несколько полезных эффектов (Джан и др., 2006), такие как снижение уровня холестерина и триглицерида, повышенная чувствительность к инсулину. Леван, образуемый Lactobacillus sanfranciscensis, обладает пребиотическими свойствами (Коракли и др., 2002). Глюкозоолигосахариды (Сео и др., 2007) и фруктоолигосахариды являются EPS заквасок, имеющими предбиотические свойства (Тикин и Ганзл, 2005). Образование олиго-и полисахаридов с пребиотическим потенциалом также было продемонстрировано видами Lactobacillus reuteri LTH5448 и Weissella cibaria 10М в закваске из сорго ( Шваб и др., 2008).
Заявленные преимущества для здоровья большинства пробиотических ферментированных продуктов выражаются либо непосредственно через взаимодействие поглощенных живых микроорганизмов, бактерий или дрожжей с хозяином (пробиотический эффект), или косвенно в результате поглощения микробных метаболитов, образованных в процессе ферментации (биогенный эффект) (Стэнтон и др., 2005). Было предложено несколько пробиотических механизмов действия, хотя люди все еще далекие от их полного понимания, в т.ч. конкурентное вытеснение, конкуренция за питательные вещества и/или стимуляция иммунного ответа. Биогенные свойства ферментированных функциональных продуктов появляются благодаря микробному производству биологически активных метаболитов, таких как некоторые витамины, биологически активные пептиды, органические кислоты или жирные кислоты во время ферментации, которые продемонстрировали противогипертонические, противомикробные и иммуномодулирующие свойства в ферментации молочных продуктов (Стэнтон и др., 2005). Более того, недавние исследования позволили предположить, что элементы клеточной стенки Lactobacillus Plantarum (штамм также присутствует в заквасках) стимулируют иммунный ответ в кишечнике, а бактериальная клетка необязательно должна быть живой, чтобы создавать такой эффект (Ван Баарлен и др., 2009). Таким образом, брожение зерновых имеет хороший потенциал для стимулирования здоровья кишечника в будущем, однако исследования в этой области по-прежнему находятся на очень ранних стадиях своего равития.
8. Будущие перспективы
Закваска – технология для улучшения и диверсификации органолептических качеств хлеба, которой находят хорошее использование особенно в цельнозерновой выпечке. Понятие ферментации отрубей было введено для получения большего количества отрубей в приемлемых формах для хлебобулочных изделий с высоким содержанием клетчатки. Ферментация и производство кислоты регулярно демонстрировали биодоступность минералов. Ферментация закваски и дрожжей может также увеличить уровни биоактивных соединений, но в этом вопросе необходимо больше подтверждённых исследований. Выпечка с закваской стабильно обеспечивает получение хлеба с медленной усвояемостью крахмала и, следовательно, низкими гликемическими реакциями, и имеет потенциал улучшать текстуру безглютенового хлеба для больных целиакией.
Можно предположить, что в будущем закваска будет использована для разработки продуктов с конкретным влиянием на здоровье кишечника, например, изменения в составе или деятельности кишечной микрофлоры. Межклеточные полисахариды, образованные молочнокислыми бактериями, могут выступать в качестве селективных или функциональных субстратов для микрофлоры кишечника. Стартовые культуры сами по себе, возможно, также способствуют наличию пробиотических свойств в зерновых продуктах, особенно в продуктах без термической обработки. Новые биологически активные метаболиты могут производиться при ферментации из прекурсоров, присутствующих в сырьевых материалах. Модификация матрицы зерновых в ходе ферментации может быть использована для увеличения биодоступности биологически активных соединений. Производство биоактивных пептидов сохраняет достаточно неисследованного потенциала, который может быть выявлен использованием протеолитической деятельности окисленной зерновой системы.