Повышение питательной ценности безглютенового хлеба из тапиоки с помощью пропионовокислых бактерий и лактобацилл

Безглютеновый хлеб из тапиоки на закваске с лактобациллами и пропионовокислыми бактериями

Ингредиенты из климатоустойчивых культур для повышения питательной ценности безглютенового хлеба

СОДЕРЖАНИЕ

• Резюме
• 1. Введение
• 2. Материалы и методы
• 2.1. Материалы
• Таблица 1. Заквасочные рецептуры с альтернативными заквасками
• 2.2. Выпечка хлеба
• 2.3. Инструментальный анализ
• 2.4. Сенсорный анализ
• 2.4.1. Сенсорная фокус-группа
• 2.4.2. Тренинг фокус-группы
• 2.4.3. Анализ проб
• 2.5. Статистический анализ
• 3. Результаты
• 3.1. Инструментальный анализ
• 3.1.1. Длительное брожение (1 ч)
• Рисунок 1. Поперечное сечение мякиша (слева) и вид сверху корочки (справа) хлеба на закваске, ферментированного в течение 1 часа
• Таблица 2. Инструментальная оценка ферментации хлеба в течение 1 ч. Различные надстрочные индексы относятся к статистически значимым значениям.
• 3.1.2. Короткая ферментация (30 мин)
• Рисунок 2. Поперечное сечение мякиша (слева) и вид сверху корочки (справа) хлеба на закваске, ферментированного в течение 30 минут
• Таблица 3. Инструментальная оценка хлеба, ферментированного в течение 30 мин. Различные надстрочные индексы относятся к статистически значимым значениям.
• 3.2. Описательный сенсорный анализ
• Таблица 4. Дескрипторы органолептического анализа коммерческого хлеба, выбранные для фокус-группы.
• Таблица 5. Дескрипторы сенсорного анализа, выбранные для образцов хлеба.
• 4. Дискуссия
• 4.1. Влияние ферментации на закваске на качество хлеба из тапиоки и бурого риса
• 4.2. Влияние альтернативных заквасок на качество хлеба из тапиоки и бурого риса
• 4.3. Влияние добавления аквафабы на качество хлеба из тапиоки и бурого риса
• 5. Выводы
• Приложение A. Ингредиенты коммерческих хлебобулочных изделий, используемых для обучения фокус-групп и создания описания
• Дополнительная информация
• Литература

Резюме 

Один процент населения мира нуждается в безглютеновой диете. Одновременно с глобальным потеплением и ростом населения становится все более необходимым оптимизировать использование ингредиентов из устойчивых культур, таких как тапиока. Мука тапиоки (тапиока) используется в небольших количествах в хлебе из-за отсутствия в ней глютена. Брожение на закваске может повысить пищевую ценность хлеба, но также вызывает кислый вкус. Бактерии Propionibacterium freudenreichii (подвид globosum) могут снизить кислотность пищи, синтезируя несколько питательных веществ, таких как витамин B12. Аквафаба (вязкая вода, в которой варились семена бобовых, таких как нут, белая фасоль или лр. – ред.) является известным гидроколлоидом и пребиотиком. Таким образом, целью этого исследования было проверить заквасочную ферментацию составного хлеба на основе тапиоки и муки из коричневого риса, культивируемой с Lactobacillus lactis и Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum, обогащенной аквафабой. Качество хлеба измеряли инструментально (твердость, объем, содержание влаги) и с помощью полуобученной сенсорной фокус-группы. Совместная ферментация Lactobacillus lactis и Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum производит вкусный хлеб, улучшая внешний вид, вкус и текстуру по сравнению с рецептом только на дрожжевой закваске. Эта совместная ферментация также позволила сократить время производства, сократив его с 1 часа до 30 минут. Добавление аквафабы дополнительно улучшало внешний вид, текстуру и объем хлеба, хотя сообщалось о горьком вкусе корочки. Совместное брожение муки из смеси тапиоки и коричневого риса с Lactobacillus lactis и Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum производит приемлемый хлеб, который может обеспечить устойчивое к изменению климата решение проблемы продовольственной безопасности. Добавление аквафабы еще больше усилило характеристики выпечки, обеспечив устойчивость с точки зрения питательных свойств, органолептических качеств и цены.

1. Введение

С приближением глобального потепления одновременно с ростом населения необходимо разрабатывать питательные основные продукты питания с использованием устойчивых ингредиентов из устойчивых культур, которые могут процветать в условиях изменившегося климата. Маниок (Manihot esculenta) — тропическая культура, способная переносить широкий спектр климатических условий, в том числе засуху, а также обладающая способностью произрастать в районах с низким плодородием почвы, где многие другие культуры не способны расти [1]. Маниок дает наибольшее количество углеводов на посевную площадь из всех культур [2] при низких затратах и ​​требованиях к орошению. Маниок также содержит минералы и витамины, хотя в нем мало белка [1]. Он имеет преимущество с точки зрения продовольственной безопасности, поскольку его можно хранить под землей и собирать урожай, когда это необходимо [1].

Тапиоковая мука (тапиока) производится из крахмала корней маниока [3]. Использование тапиоки в хлебобулочных изделиях связано с проблемами функциональности в зависимости от дозировки. Например, в то время как 10% крахмала тапиоки улучшали удельный объем и повышали упругость хлеба, приготовленного из риса и манной крупы [3], а 10-20% улучшали однородность воздушных ячеек в рисовом хлебе [4], более 20% ферментированной муки из маниока снижали качество хлеба, приготовленного из пшеницы, снижая размер и объем пор мякиша и создавая жевательную текстуру [5]. При смешивании с рисовым крахмалом мука из тапиоки дает хлеб с большими отверстиями, что объясняется мелкими агломерированными гранулами [6]. Использование тапиоки также может уменьшить объем выпечки по сравнению с мукой из злаков из-за низкого уровня липидов [6]. Липиды обеспечивают стабилизацию, образуя пленки на границах раздела газ-жидкость, увеличивая газовое включение [6]. Следовательно, тапиоку часто используют в небольших количествах, но ферментация на закваске может позволить выпекать хлеб с более высоким содержанием тапиоки, поскольку экзополисахариды, вырабатываемые бактериями, могут улучшить структуру и текстуру [7].

Тапиока по своей природе не содержит глютена. Безглютеновый хлеб является основным продуктом питания для растущего населения во всем мире, но он уступает обычному хлебу по своим питательным, текстурным и органолептическим свойствам [8]. Ферментация на закваске может улучшить питательные, текстурные и органолептические качества хлеба [7], поэтому эта технология может быть особенно полезна для хлебобулочных изделий без глютена. Хлеб на закваске представляет собой смесь муки и воды, сброженную молочнокислыми бактериями и дрожжами. В результате метаболизма вырабатываются биологически активные соединения, такие как экзополисахариды и ферменты, которые стабилизируют белковые каркасы, а также динамику влажности в дополнение к повышенной биодоступности питательных веществ [9]. Питательные преимущества закваски включают снижение уровня антипитательных веществ, повышенную усвояемость белка и снижение аллергенности [10] за счет синтеза ферментов и активности органических кислот и экзополисахаридов [7]. Протеолитическая активность в закваске может снижать содержание фитиновой кислоты, тем самым повышая биодоступность минералов и аминокислот [7]. Хлеб на закваске богат летучими соединениями, флавоноидами [11], фенолами (в результате ферментативного гидролиза) и растворимыми пищевыми волокнами [12]. Гликемический индекс, часто более высокий у безглютеновой выпечки, снижается при использовании закваски, так как снижается усвояемость крахмала [7]. Произведенные экзополисахариды улучшают вязкоупругость, объем и твердость хлеба [7], улучшая текстуру. Кроме того, хлеб на закваске мягче [13] и имеет более сильный вкус и аромат, чем дрожжевой хлеб, благодаря более высокому содержанию летучих веществ, флавоноидов [10] и оптимальной кислотности.

Выбор бактерий, используемых для ферментации закваски, может повысить питательную ценность безглютенового хлеба. В частности, штаммы Propionibacterium freudenreichii могут продуцировать активный витамин B12 [14], конъюгированную линолевую кислоту [15] и фолиевую кислоту [16]. Propionibacterium freudenreichii также могут улучшить органолептические качества безглютенового хлеба из-за содержания кислот и летучих ароматических соединений и увеличения производства углекислого газа для разрыхления [14]. Пропионовокислые бактерии традиционно важны для сохранения пищевых продуктов, а также для придания аромата и вкуса [17]. Пропионовая кислота, получаемая в результате ферментации Propionibacterium freudenreichii, имеет менее кислый вкус, чем молочная кислота [18]. Поэтому будет полезно убедиться в эффективности Propionibacterium freudenreichii для использования в закваске in situ.

На рис. Аквафаба (Aquafaba) отваренной белой фасоли

Вода (аквафаба) полученная в результате отваривания плодов бобовых культур таких, как нут, фасоль, горох, обычно не используется в закваске. Тем не менее, она может способствовать структурным и газоудерживающим свойствам, позволяя включать тапиоку в хлеб в большем, чем обычно, количестве. Аквафаба проявляет сильную гелеобразующую и пенообразующую способность за счет водорастворимых полисахаридов [19]. Как побочный продукт, который обычно выбрасывается, она также может способствовать сокращению отходов и снижению затрат. Она состоит примерно из 5/100 г сухих веществ, из которых 1–1,5 г приходится на белок, а остальное — на растворимые углеводы, сапонины и минералы [19].

Следовательно, наше исследование было сосредоточено на оценке влияния ферментации муки из тапиоки и муки из коричневого риса с использованием комбинированной закваски (Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum + Lactobacillus lactis) на качество выпекаемого хлеба с точки зрения содержания влаги, твердости и органолептического профиля.

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

Были оценены многочисленные переменные: молочнокислое брожение, пропионовокислое брожение, время расстойки и добавление аквафабы. Хлеб на дрожжевой основе был разработан в качестве контроля с использованием муки тапиоки (Pams, Окленд, Новая Зеландия), муки из коричневого риса (Pams, Окленд, Новая Зеландия), масла канолы (Pams, Окленд, Новая Зеландия), соли (Pams, Окленд, Новая Зеландия), дрожжей (Edmonds Active All Purpose, Крайстчерч, Новая Зеландия) и сахара (Chelsea, Окленд, Новая Зеландия). Закваска была приготовлена ​​с альтернативными бактериальными заквасками, включая Lactobacillus lactis (L), Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum (штамм PS-1), лиофилизированный порошок 0,5 ед. (The Urban Cheese Co., Уэст-Мелтон, Новая Зеландия) (P). Коферментацию (комбинированная закваска) получали с использованием Lactobacillus lactis (лиофилизированный порошок, 2,5 ед., Mad Millie, Окленд, Новая Зеландия) и Propionibacterium freudenreichii без (CF) и с (CF+A) добавлением аквафабы. Рецептуры приведены в таблице 1. Затем закваски смешивали в равных пропорциях с дрожжевым тестом. Смесь 50:50 муки тапиоки (Pams, Окленд, Новая Зеландия) и муки из коричневого риса (Pams, Окленд, Новая Зеландия) гидратировали 160 мл воды и инокулировали бактериальными заквасками, затем инкубировали при 37 °C в течение 24 часов. Позже закваску смешивали с 50 г муки из тапиоки, 50 г муки из коричневого риса, 16 мл масла канолы, 6 г соли, 8 г дрожжей и 8 г сахара. Аквафаба была получена из консервированного нута (Chantal Organics, Нейпир, Новая Зеландия) путем слива воды для варки. Количество муки из тапиоки было выбрано для определения потенциала брожения закваски, позволяющего создавать вкусный хлеб с высоким содержанием тапиоки. Мука из коричневого (бурого) риса была выбрана для оставшейся доли муки, чтобы дополнить тапиоку, обеспечивая большее количество витаминов, минералов, клетчатки и белка [20,21] и для поддержания более высокого рН брожения по сравнению с другими зерновыми [22]. Бурый рис также подходит, поскольку он содержит рибофлавин (0,98 мкг/г), который необходим для выработки витамина В12 [22]. Примерный состав коммерческой муки был следующим: мука из тапиоки (0,1 г белка, 87,5 г углеводов), мука из бурогшо риса (7,7 г белка, 72,8 г углеводов, из которых 3,9 г пищевых волокон, 2,6 г липидов).

Таблица 1. Заквасочные рецептуры с альтернативными заквасками, включая спонтанное брожение (S), Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum (P), Lactobacillus lactis (L), коферментацию с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum и Lactobacillus lactis (CF) и коферментацию с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum и Lactobacillus lactis, с включенной в состав аквафабой (CF + A).

2.2. Выпечка хлеба

Закваску готовили с ингредиентами, указанными в Таблице 1. Культуры активировали в воде при комнатной температуре (20 °C) в течение 3 минут, прежде чем смешивать со всеми другими ингредиентами. Тесто смешивали на скорости 1 в течение 1 минуты в миксере (Delta Food Equipment Mixer 500A, Оквилл, Онтарио, Канада), затем на средней скорости в течение 4 минут. Затем закваску инкубировали в закрытых банках в течение 24 ч при 30 °С (инкубатор Sanyo MIR-153, Киото, Япония).

После инкубации закваски было приготовлено дрожжевое тесто. Сахар и дрожжи сначала смешивали в течение как минимум 5 минут в 20 мл теплой воды (35 °C), а затем добавляли к остальным ингредиентам. Закваску соединили с дрожжевым тестом в равных пропорциях и перемешивали на скорости 1 в течение 1 мин, затем на скорости 4 в течение 4 мин. Затем полученное тесто подвергали расстойке в формах для хлеба (120 г/форма, размеры 10 см в длину, 6,5 см в ширину и 3 см в глубину) при 30 °C (инкубатор Sanyo MIR-153, Киото, Япония). Все рецепты (по 3 буханки на рецепт) были приготовлены один раз с 30 мин расстойки и отдельно с 1 ч расстойки. По 3 буханки каждого рецепта выпекали вместе в течение 20 мин при 180 °С (печь Moffat E32M, Новая Зеландия).

2.3. Инструментальный анализ

После охлаждения в течение 20 мин выпеченный хлеб хранили при комнатной температуре в пластиковых пакетах в течение 24 ч перед инструментальным анализом. Хлеб взвешивали и рассчитывали объем по методу AACC 10-05 [23]. Удельный объем рассчитывали как объем/вес буханки. Содержание влаги определяли методом сушки в печи [24]. Вкратце, образец мякиша из каждой выпеченной буханки нагревали при 105°C в течение 5 ч, и содержание влаги рассчитывали по уравнению: (начальный вес − конечный вес)/начальный вес × 100. Для анализа текстуры были приготовлены ломти мякиша толщиной 25 мм из 3 буханок каждого рецепта на закваске. В общей сложности на буханку было приготовлено 5 ломтей мякиша, в результате чего на каждый рецепт было протестировано в среднем 15 ломтей. Эти образцы мякиша тестировали с помощью анализатора текстуры (TA.XT Plus, Stable Micro Systems, Godalmig, Surrey, UK). Компрессию выполняли с помощью алюминиевого зонда P/25 (диаметр 25 мм), скорость до испытания 1,0 мм/с, скорость испытания 2,0 мм/с, скорость после испытания 10,0 мм/с, тип автоспуска 5 г (усилие) и тензодатчик 50 кг (500 Н).

2.4. Сенсорный анализ

2.4.1. Сенсорная фокус-группа

Сенсорная фокус-группа состояла из 9 студентов Линкольнского университета. Они представляли собой мультикультурную группу женщин в возрасте от 20 до 50 лет, «полуобученных» с имеющимися знаниями в области пищевой науки, опытом сенсорного анализа и предоставленным обучением в фокус-группах. Эта группа была выбрана как репрезентативная для среднестатистических потребителей (продуктов с глютеном и без глютена), обладающих знаниями в области пищевой науки, чтобы предоставить подробную информацию об испытанных технологиях.

2.4.2. Тренинг фокус-группы

Образцы 3 коммерческих хлебобулочных изделий были последовательно предоставлены, чтобы предложить широкий спектр характеристик, которые могут охватывать тестируемые образцы. Эти коммерческие продукты включали цельнозерновой дрожжевой пшеничный хлеб (Sunny Crust Wholemeal, Окленд, Новая Зеландия), безглютеновый дрожжевой хлеб (Vogel's White, Окленд, Новая Зеландия) и безглютеновый хлеб на закваске (Gluten Freedom Sweet Potato Sourdough, Крайстчерч, Новая Зеландия); ингредиенты в Приложении A. Органолептические дескрипторы внешнего вида, аромата, вкуса и текстуры для этого хлеба были разработаны и согласованы группой экспертов, сравнившей характеристики обычного пшеничного хлеба с хлебом без глютена и хлебом на закваске без глютена. Это должно было обеспечить эталоны сенсорных характеристик и коллективный описательный словарь для оцениваемого экспериментального безглютенового хлеба на закваске. Подобный подход использовался и в других описательных исследованиях [25,26].

2.4.3. Анализ проб

Образцы хлеба (30 мм ломтики) хранили при температуре -20 °C в течение ≤13 дней и оттаивали при комнатной температуре (20 °C) в течение 3 ч перед сенсорным анализом. При необходимости давали воду и простые крекеры для очистки неба. Были собраны дескрипторы каждой выборки, а также регистрировались участники дискуссионной группы, которые согласились с каждым предложенным дескриптором.

2.5. Статистический анализ

Инструментальные данные, включая удельный объем, содержание влаги и твердость, были статистически проанализированы с помощью одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA) с тестированием Tukey с помощью Minitab20, предполагая равные отклонения и доверительный интервал 95% (α = 0,05).

3. Результаты

3.1. Инструментальный анализ

3.1.1. Длительное брожение (1 ч)

Инструментальное качество составов хлеба на закваске показано в таблице 2. После расстойки хлеб на закваске с Lactobacillus lactis (L), поднявшись, разрушился и не подлежал анализу. Хлеб на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A) также был чрезмерно вздутым и, следовательно, неравномерным (рис. 1). Все образцы значительно отличались друг от друга по твердости (p = 0,000), при этом хлеб на комбинированной закваске (CF) был значительно тверже, чем в трех других группах. Хлеб на закваске с Propionibacterium freudenreichii (P) был привлекательно мягким, в то время как хлеб на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A), был слишком мягким и его было трудно нарезать. Только хлеб на комбинированной закваске (CF) приблизился по твердости к эталонному хлебу, приготовленному только на дрожжах, поэтому ферментация на закваске смогла значительно смягчить безглютеновый хлеб (который, как правило, слишком твердый), приготовленный с 50% муки из тапиоки.

Рисунок 1. Поперечное сечение мякиша (слева) и вид сверху корочки (справа) хлеба на закваске, ферментированного в течение 1 часа, включая хлеб с использованием такой ферментации, как: спонтанное брожение (S), ферментация с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum (P), совместная ферментация с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum и Lactobacillus lactis (CF) и совместная ферментация с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum и Lactobacillus lactis с аквафабой, включенной в состав (CF + A).

Таблица 2. Инструментальная оценка ферментации хлеба в течение 1 ч. Различные надстрочные индексы относятся к статистически значимым значениям.

*усилие

Влажность существенно не отличалась между группами хлеба, в то время как все группы существенно различались по среднему удельному объему. Как и предполагалось, хлеб на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A), имел значительно более высокий удельный объем, чем все остальные группы, а самый низкий удельный объем был у хлеба на комбинированной закваске (CF), который также был самый твердый. Внешний вид корки (рис. 1) был лучше всего у хлеба, приготовленного на закваске с Propionibacterium freudenreichii (P), и хлеба, подвергнутого совместной ферментации (CF), в то время как у хлеба на закваске спонтанного брожения (S) было явное растрескивание корки, а у хлеба, подвергнутого совместной ферментации с аквафабой (CF + А) корочка была неравномерной, с множеством мелких дырочек. Мякиш (рис. 1) также был лучшим для Propionibacterium freudenreichii (P), а у спонтанного брожения (S) был на втором месте, с достаточно ровными порами, в то время как мякиш хлеба на комбинированной закваске (CF) имел слишком слабую аэрацию, а при коферментации с аквафабой (CF + A) местами имел большие дыры. Корочка у хлеба на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A) была более коричневой, чем у всех других образцов.

3.1.2. Короткая ферментация (30 мин)

Инструментальное качество составов хлеба на закваске, расстойки которых продолжались всего 30 минут, показаны в Таблице 3. Хлеб на закваске с Lactobacillus lactis (L) имел оптимальное подъемное значение (Рисунок 2). Общая средняя твердость во всех группах была значительно выше при 30 мин расстойки по сравнению с 1 ч (630 и 910 г соответственно). Это было выгодно для хлеба на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A), потому что он был слишком мягким после 1-часовой расстойки. Однако хлеб на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A) был все же значительно мягче, чем все остальные группы, но на этот раз с желаемым уровнем мягкости (576 г) (таблица 3). Хлеб на закваске с Propionibacterium freudenreichii (P), самый твердый из всех групп, был значительно тверже из-за более короткого времени расстойки. Группа Lactobacillus lactis (L) была второй самой мягкой группой, а коферментированный (CF) хлеб был приемлемо мягким.

Рисунок 2. Поперечное сечение мякиша (слева) и вид сверху корочки (справа) хлеба на закваске, ферментированного в течение 30 минут, включая хлеб с использованием такой ферментации, как: спонтанное брожение (S), ферментация с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum (P), Lactobacillus lactis (L), совместная ферментация с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum и Lactobacillus lactis (CF) и совместная ферментация с Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum и Lactobacillus lactis с аквафабой, включенной в состав (CF + A).

Таблица 3. Инструментальная оценка хлеба, ферментированного в течение 30 мин. Различные надстрочные индексы относятся к статистически значимым значениям.

Содержание влаги не менялось в зависимости от состава, но хлебобулочные изделия на комбинированной закваске с аквафабой (CF + A) и на закваске с Lactobacillus lactis (L) имели значительно более высокий удельный объем, чем образцы из группы Propionibacterium freudenreichii (P), у которых был самый низкий удельный объем (таблица 3). С точки зрения внешнего вида продукт, ферментированный совместно с аквафабой (CF + A), улучшил как цвет корочки с подрумяниванием, так и структуру мякиша с ровными порами (рис. 2). Хлеб на закваске с Lactobacillus lactis (L) и коферментированный хлеб (CF) имели слишком большие отверстия в мякише, при этом отверстия также ухудшали внешний вид корки. Корка в группе Propionibacterium freudenreichii (P) была местами плотной.

3.2. Описательный сенсорный анализ

Консенсусные дескрипторы (из фокус-группы) сенсорных характеристик, внешнего вида, аромата, вкуса и текстуры коммерческого хлеба, использованного для эталонного обучения, показаны в таблице 4. Жирным шрифтом выделены термины, которые были отобраны для хлеба экспериментального образца. В таблице 5 показаны дескрипторы, использованные для образцов хлеба из каждого рецепта, включая эталонные консенсусные дескрипторы, когда они были выбраны, и новые дескрипторы, которые не использовались для коммерческого хлеба. Регистрировалось количество участников, согласившихся с каждым дескриптором.

Таблица 4. Дескрипторы органолептического анализа коммерческого хлеба, выбранные для фокус-группы.

Эти коммерческие продукты включали цельнозерновой дрожжевой пшеничный хлеб (Sunny Crust Wholemeal, Окленд, Новая Зеландия), безглютеновый дрожжевой хлеб (Vogel's White, Окленд, Новая Зеландия) и безглютеновый хлеб на закваске (Gluten Freedom Sweet Potato Sourdough, Крайстчерч, Новая Зеландия); ингредиенты в Приложении A.

Таблица 5. Дескрипторы сенсорного анализа, выбранные для образцов хлеба.

4. Дискуссия

4.1. Влияние ферментации на закваске на качество хлеба из тапиоки и бурого риса

Все испытанные образцы хлеба на закваске были мягче, чем дрожжевой хлеб (1394 и 1490 г для CF и дрожжей соответственно). В предыдущей литературе подчеркивалась мягкая текстура хлеба на закваске, пропорциональная времени ферментации [9,27]. Ферментация на закваске улучшила внешний вид хлеба из тапиоки, придав ему более насыщенный цвет, меньше отверстий для мякиша и меньшее растрескивание корки. Растрескивание корки может произойти, когда связи между частицами в матрице теста слабые, поэтому газ может проходить через тесто и раскалывать корку при выходе [28]. Возможно, экзополисахариды, продуцируемые бактериями при брожении закваски, укрепляют структуру теста, улучшая удержание газов [9].

Все рецепты хлеба на закваске имели высокий уровень содержания влаги (от 42 до 50%), без существенных различий между рецептами. Этого можно ожидать, потому что тапиока в качестве клубневого крахмала сохраняет более высокий уровень влаги, чем зерновые крахмалы [6]. Предыдущее исследование [20] показало, что 30%-ный крахмал тапиоки предотвращает испарение воды в рисе и тапиоковом хлебе. Более низкие удельные объемы также ожидаются при использовании тапиоки, которая, как известно, имеет низкий уровень включения газа в тесто [20], и наши результаты подтверждают это. Однако влияние закваски на объем хлеба является контрастным. В то время как традиционные культуры на основе Lactobacillus spp. могут уменьшить объем [27], было показано, что Propionibacterium freudenreichii увеличивает его [28]. Различия объясняются выработкой молочной кислоты в первом случае и экзополисахаридов во втором [9]. Однако Propionibacterium freudenreichii не увеличивали удельный объем при использовании в тапиоковой закваске.

4.2. Влияние альтернативных заквасок на качество хлеба из тапиоки и бурого риса

Традиционный хлеб на закваске подвергался самопроизвольному брожению. Это может привести к меньшему контролю над характеристиками брожения и, следовательно, к непостоянному качеству хлеба [7,9,29]. В результате самопроизвольного брожения (S) хлеб из тапиоки имел ровный внешний вид мякиша, приемлемую твердость (747–943 г) и удельный объем, но с наибольшим растрескиванием поверхности и непривлекательной текстурой. Когда для ферментации использовались заквасочные культуры, обычно выбирали молочнокислые бактерии (МКБ) [7,9]. Ферментация теста с МКБ была связана с мягкой текстурой из-за усиленной структуры, что является следствием образования экзополисахаридов [9,28]. Наши результаты отразили это, поскольку буханки на закваске с Lactobacillus lactis (L) были вторыми по мягкости в инструментальном анализе (750 г) и вторыми по величине удельного объема (2,31 см³/г). Однако хлеб на закваске с  Lactobacillus lactis (L) характеризовался неравномерным мякишем с некоторыми порами и отверстиями среднего размера в корке. Согласно сенсорной оценке фокус-группы, он образовал упругую, похожую на пышку текстуру с неприятным послевкусием.

Бактерии Propionibacterium freudenreichii менее «кислые», чем молочнокислые бактерии [18], поэтому ожидалось, что они будет производить хлеб с менее кислым вкусом и ароматом. Это подтвердилось, когда наша сенсорная фокус-группа сообщила о менее кислом вкусе и аромате хлеба на закваске с Propionibacterium freudenreichii (P), однако при этом все участники ощутили горькое послевкусие. Такие изменения связаны с более низкой кислотностью и более высокой горечью пропионовой кислоты по сравнению с молочной кислотой. Комиссия также обнаружила, что текстура хлеба на закваске с Propionibacterium freudenreichii непривлекательна, и это соответствует инструментальным данным, в которых твердость была значительно выше, а удельный объем значительно ниже, чем у других протестированных видов хлеба. Тем не менее, это было улучшено за счет более длительного времени ферментации (1 час расстойки), и после такой обработки хлеб на закваске с Propionibacterium стал одним из наиболее многообещающих рецептурных вариантов с желаемой мягкостью (256 г) и улучшенным внешним видом корки и мякиша.

Буханки, ферментированные Lactobacillus lactis и Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum (CF) дали самые положительные результаты сенсорного тестирования от фокус-группы как по вкусу, так и по текстуре. Эта рецептура была наиболее многообещающей из всех видов хлеба с более коротким временем расстойки, что позволяло производить многообещающий хлеб из тапиоки со значительным сокращением времени производства. Это может компенсировать более высокую сравнительную стоимость ингредиентов и производства безглютенового хлеба. Хотя совместно ферментированные (CF) хлебцы имели значительно меньший средний удельный объем, чем другие составы, они имели приемлемую твердость (853 г) и приемлемый внешний вид с равномерно распределенными порами в мякише.

4.3. Влияние добавления аквафабы на качество хлеба из тапиоки и бурого риса

Буханки на закваске, ферментированные Lactobacillus lactis и Propionibacterium freudenreichii subsp. globosum с добавлением аквафабы (CF + A) также оказались лучшими благодаря более короткому времени расстойки, что обеспечило преимущество сокращения времени производства. Удержание газов, вероятно, было усилено аквафабой, поскольку она является сильным пенообразователем с емкостью 58–548% благодаря растворимому белку и сапонинам (обработка ультразвуком повышает пенообразующие свойства Aquafaba до 548% - ред.) [30,31]. Структурообразующая гидроколлоидная способность аквафабы [31] потенциально является причиной того, что эти хлебцы имели самый высокий удельный объем (2,39 см³/г) и были значительно мягче, чем другие составы (576 г). Бёрд и другие [32] также обнаружили, что аквафаба снижает твердость мякиша безглютенового дрожжевого хлеба (приготовленного из эквивалентного количества рисовой и кукурузной муки), но с большей результирующей твердостью (2975 г), чем значения, полученные здесь для безглютенового хлеба на закваске. Тесто, приготовленное с аквафабой, было более вязким, чем другие составы, а вязкость важна для удержания газов [33]. Кроме того, аквафаба проявляла сильную пребиотическую активность, вызывающую экспоненциальный рост бактерий (таких как Lactobacillus), что объясняется содержанием олигосахаридов, таких как раффиноза, стахиоза и вербаскоза, а также свободных аминокислот и минералов [30,31].

Хлеб на закваске с аквафабой (CF + A), продемонстрировал наилучший внешний вид, с наиболее однородным мякишем (с множеством мелких, равномерно распределенных пор), а корка была ровной с лучшим наблюдаемым подрумяниванием. Это, вероятно, связано с реакцией Майяра, происходящей из-за аминокислот и сахаров, обычно не присутствующих в безглютеновом хлебе, доступном в аквафабе [32]. Сенсорное тестирование показало, что внешний вид однородный и привлекательный. Текстура также была лучше, чем у большинства других составов (хотя все еще упоминалось, что она клейкая и жевательная), однако корка была горькая на вкус. Дальнейшие исследования могли бы установить, связана ли горечь хлеба, ферментированного комбинированной закваской с аквафабой (CF + A), с бактерией Propionibacterium freudenreichii или с аквафабой.

5. Выводы

Ферментация с использованием комбинированной закваски с Propionibacterium freudenreichii и Lactobacillus lactis позволила получить вкусный хлеб с высоким содержанием тапиоковой муки (50% от мучной смеси). Совместное брожение с этими бактериями улучшило внешний вид, вкус и текстуру хлеба, а также позволило сократить время производства, при этом время расстойки сократилось на 50% (30 мин). Добавление аквафабы еще больше улучшило внешний вид, текстуру и объем хлеба, но сообщалось о горьковатой на вкус корочке. Дальнейшие исследования могут включать влияние вязкости закваски, времени ферментации и уровня освещенности, доступного во время инкубации, на производство витамина B12 в закваске. Оценка наличия витамина B12 в закваске подтвердила бы заслуги естественного обогащения in situ (ранее было подтверждено – ред.)

Приложение A. Ингредиенты коммерческих хлебобулочных изделий, используемых для обучения фокус-групп и создания описания

Дополнительная информация

• Влияние пробиотических микроорганизмов на качество хлебобулочных изделий
• Бифидобактерии как бродильный компонент закваски для производства хлеба
• Пробиотический потенциал штаммов Propionibacterium freudenreichii и микробиологическая защита хлеба
• Ферментированные зерновые продукты: пищевые аспекты, возможное влияние на микробиоту кишечника и последствия для здоровья
• Повышение уровня витамина B12 в зерновых материалах с помощью пропионовокислых бактерий
• Значение кислотообразующих микроорганизмов в технологии хлебобулочных изделий из пшеничной муки
• Экзополисахариды бактерий
• Бактериальные пробиотические закваски в хлебопечении
• Технология хлебобулочных изделий

Литература

1. Amelework, A.B.; Bairu, M.W.; Maema, O.; Venter, S.L.; Laing, M. Adoption and promotion of resilient crops for climate risk mitigation and import substitution: A case analysis of cassava for South African agriculture. Front. Sustain. Food Syst. 2021, 5, 617783. [Google Scholar] [CrossRef]
2. Isaac, N. Cassava Is an Important Food Crop in Africa. Alliance for Science. (Internet Site). 2017. Available online: https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2017/09/gmo-cassava-could-help-nigerian-farmers-prolong-crop-storage/ (accessed on 5 May 2022).
3. Bourekoua, H.; Różyło, R.; Benatallah, L.; Wójtowicz, A.; Łysiak, G.; Zidoune, M.N.; Sujak, A. Characteristics of gluten-free bread: Quality improvement by the addition of starches/hydrocolloids and their combinations using a definitive screening design. Eur. Food Res. Technol. 2018, 244, 345–354. [Google Scholar] [CrossRef]
4. Kim, M.; Yun, Y.; Jeong, Y. Effects of corn, potato, and tapioca starches on the quality of gluten-free rice bread. Food Sci. Biotechnol. 2015, 24, 913–919. [Google Scholar] [CrossRef]
5. Serventi, L.; Jensen, S.; Skibsted, L.H.; Kidmose, U. Addition of enzymes to improve sensory quality of composite wheat–cassava bread. Eur. Food Res. Technol. 2016, 242, 1245–1252. [Google Scholar] [CrossRef]
6. Horstmann, S.W.; Belz, M.C.; Heitmann, M.; Zannini, E.; Arendt, E.K. Fundamental study on the impact of gluten-free starches on the quality of gluten-free model breads. Foods 2016, 5, 30. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Plessas, S. Innovations in Sourdough Bread Making. Fermentation 2021, 7, 29. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Aguiar, E.V.; Santos, F.G.; Krupa-Kozak, U.; Capriles, V.D. Nutritional facts regarding commercially available gluten-free bread worldwide: Recent advances and future challenges. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2021, 1, 1–13. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Ramos, L.; Alonso-Hernando, A.; Martínez-Castro, M.; Morán-Pérez, J.A.; Cabrero-Lobato, P.; Pascual-Maté, A.; Mujico, J.R. Sourdough biotechnology applied to gluten-free baked goods: Rescuing the tradition. Foods 2021, 10, 1498. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Livsmedelsverket. Riksmaten 1997–1998 (Dietary Habits and Nutrient Intake in Sweden. Methods and Results). 2002. Available online: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0278691503001881 (accessed on 4 May 2022).
11. Saa, D.T.; Di Silvestro, R.; Dinelli, G.; Gianotti, A. Effect of sourdough fermentation and baking process severity on dietary fibre and phenolic compounds of immature wheat flour bread. LWT-Food Sci. Technol. 2017, 83, 26–32. [Google Scholar] [CrossRef]
12. Melini, F.; Melini, V.; Luziatelli, F.; Ruzzi, M. Current and forward-looking approaches to technological and nutritional improvements of gluten-free bread with legume flours: A critical review. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2017, 16, 1101–1122. [Google Scholar] [CrossRef]
13. İspirli, H.; Özmen, D.; Yılmaz, M.T.; Sağdıç, O.; Dertli, E. Impact of glucan type exopolysaccharide (EPS) production on technological characteristics of sourdough bread. Food Control 2020, 107, 106812. [Google Scholar] [CrossRef]
14. Thierry, A.; Deutsch, S.M.; Falentin, H.; Dalmasso, M.; Cousin, F.J.; Jan, G. New insights into physiology and metabolism of Propionibacteriumbacterium freudenreichii. Int. J. Food Microbiol. 2011, 149, 19–27. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
15. Wang, L.M.; Lv, J.P.; Chu, Z.Q.; Cui, Y.Y.; Ren, X.H. Production of conjugated linoleic acid by Propionibacteriumbacterium freudenreichii. Food Chem. 2007, 103, 313–318. [Google Scholar] [CrossRef]
16. Xie, C.; Coda, R.; Chamlagain, B.; Edelmann, M.; Deptula, P.; Varmanen, P.; Piironen, V.; Katina, K. In situ fortification of vitamin B12 in wheat flour and wheat bran by fermentation with Propionibacteriumbacterium freudenreichii. J. Cereal Sci. 2018, 81, 133–139. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Brede, D.A.; Faye, T.; Johnsborg, O.; Ødegård, I.; Nes, I.F.; Holo, H. Molecular and genetic characterization of Propionibacteriumcin F, a bacteriocin from Propionibacteriumbacterium freudenreichii. Appl. Environ. Microbiol. 2004, 70, 7303–7310. [Google Scholar] [CrossRef]
18. Assis, D.A.D.; Matte, C.; Aschidamini, B.; Rodrigues, E.; Zachia Ayub, M.A. Biosynthesis of vitamin B12 by Propionibacteriumbacterium freudenreichii subsp. shermanii ATCC 13673 using liquid acid protein residue of soybean as culture medium. Biotechnol. Prog. 2020, 36, e3011. [Google Scholar] [CrossRef]
19. Stantiall, S.E.; Dale, K.J.; Calizo, F.S.; Serventi, L. Application of pulses cooking water as functional ingredients: The foaming and gelling abilities. Eur. Food Res. Technol. 2018, 244, 97–104. [Google Scholar] [CrossRef]
20. Do Nascimento, K.D.O.; Paes, S.D.N.D.; de Oliveira, I.R.; Reis, I.P.; Augusta, I.M. Teff: Suitability for different food applications and as a raw material of gluten-free, a literature review. J. Food Nutr. Res. 2018, 6, 74–81. [Google Scholar] [CrossRef]
21. Saleh, A.S.; Wang, P.; Wang, N.; Yang, L.; Xiao, Z. Brown rice versus white rice: Nutritional quality, potential health benefits, development of food products, and preservation technologies. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2019, 18, 1070–1096. [Google Scholar] [CrossRef]
22. Xie, C. In Situ Fortification of Vitamin B12 in Grain Materials by Fermentation with Propionibacteriumbacterium freudenreichii. Ph.D. Thesis, University of Helsinki, Helsinki, Finland, 2020. [Google Scholar]
23. American Association of Cereal Chemists; Approved Methods Committee. Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists; Amer Assn of Cereal Chemists: St. Paul, MN, USA, 2000; Volume 1. [Google Scholar]
24. AACC International. Approved Methods of Analysis, 11th ed.; Method 44-19.01. Moisture—Air-Oven Method, Drying at 135°; AACC International: St. Paul, MN, USA, 2001. [Google Scholar]
25. Alderson, H.; Liu, C.; Mehta, A.; Gala, H.S.; Mazive, N.R.; Chen, Y.; Serventi, L. Sensory profile of kombucha brewed with New Zealand ingredients by focus group and word clouds. Fermentation 2021, 7, 100. [Google Scholar] [CrossRef]
26. Crucean, D.; Debucquet, G.; Rannou, C.; Le-Bail, A.; Le-Bail, P. Vitamin B4 as a salt substitute in bread: A challenging and successful new strategy. Sensory perception and acceptability by French consumers. Appetite 2019, 134, 17–25. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
27. Katina, K.; Heiniö, R.L.; Autio, K.; Poutanen, K. Optimization of sourdough process for improved sensory profile and texture of wheat bread. LWT-Food Sci. Technol. 2006, 39, 1189–1202. [Google Scholar] [CrossRef]
28. Tinzl-Malang, S.K.; Grattepanche, F.; Rast, P.; Fischer, P.; Sych, J.; Lacroix, C. Purified exopolysaccharides from Weissella confusa 11GU-1 and Propionibacteriumbacterium freudenreichii JS15 act synergistically on bread structure to prevent staling. LWT 2020, 127, 109375. [Google Scholar] [CrossRef]
29. Aleman, R.S.; Paz, G.; Morris, A.; Prinyawiwatkul, W.; Moncada, M.; King, J.M. High protein brown rice flour, tapioca starch & potato starch in the development of gluten-free cupcakes. LWT—Food Sci. Technol. 2021, 152, 112326. [Google Scholar]
30. Serventi, L.; Gao, C.; Chen, M.; Chelikani, V. Cooking Water Functional Properties. In Upcycling Legume Water: From Wastewater to Food Ingredients; Springer Nature: Cham, Switzerland, 2020; pp. 87–103. [Google Scholar]
31. Serventi, L. Upcycling Legume Water: From Wastewater to Food Ingredients; Springer Nature: Cham, Switzerland, 2020. [Google Scholar]
32. Bird, L.G.; Pilkington, C.L.; Saputra, A.; Serventi, L. Products of chickpea processing as texture improvers in gluten-free bread. Food Sci. Technol. Int. 2017, 23, 690–698. [Google Scholar] [CrossRef]
33. Alvarez-Jubete, L.; Auty, M.; Arendt, E.K.; Gallagher, E. Baking properties and microstructure of pseudocereal flours in gluten-free bread formulations. Eur. Food Res. Technol. 2010, 230, 437–445. [Google Scholar] [CrossRef]

Будьте здоровы!