Моделирование рецептурного состава хлеба пшеничного сортового с использованием пряно-ароматического сырья

Хлеб и хлебобулочные изделия традиционно являются стратегически важными продуктами питания, особенно в республиках Центральной Азии, так как пользуются стабильно высоким спросом у потребителей независимо от социального статуса и доходов. Среди производителей данной продукции очень высокая конкурентность, поэтому для привлечения потенциальных покупателей ассортимент данной продукции постоянно расширяется. Следует отметить, что в последнее время основной объём производимой продукции в хлебопекарной отрасли пищевой промышленности во всём мире, в том числе и в Узбекистане, приходится на предприятия малой мощности, а именно на пекарни и специализированные цеха. В данных условиях производство хлеба и хлебобулочных изделий традиционным (опарным) способом, довольно продолжительным и требующим наличия больших производственных площадей и соответствующего оборудования, практически не возможно. Следовательно, повсеместно применяются ускоренные и экспресс-технологии безопарного приготовления теста с использованием различных его разрыхлителей, а также добавки неалиментарного происхождения, позиционируемые как улучшители качества готовой продукции. При этом значительно сокращается “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 208 Озиқ-овқат саноати технологиялари продолжительность созревания теста, необходимого для накопления веществ, формирующих в процессе выпечки вкус и аромат хлеба, а также значительно возрастает вероятность развития картофельной болезни данной продукции в процессе хранения, что особенно актуально для регионов с жарким климатом. Для повышения конкурентоспособности и, как следствие, бесперебойного обеспечения населения высококачественной и безопасной продукцией в условиях постоянного роста стоимости ресурсов теоретики и практики находятся в постоянном поиске консенсуса между качеством продукции с позиций потребителей, нутрициологов и производителей. Однако факт широкого применения синтетических средств в качестве пищевых добавок в производстве продуктов питания как раз настораживает большую часть потребителей и нутрициологов. Поскольку с учётом постоянного потребления хлеба и хлебобулочных изделий даже незначительное содержание в них потенциально опасных веществ и соединений создаёт постоянную нагрузку на организм человека, что является одним из важнейших факторов риска для его здоровья [1, 2, 3]. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция роста интереса во всём мире к использованию пряно-ароматического растительного сырья (в дальнейшем ПАРС) в пищевой индустрии, в том числе и в хлебопекарном производстве. Интерес к данному сырью обусловлен его способностью синтезировать и аккумулировать одноврнменно сотни, а то и тысячи биологически активных веществ, что и обуславливает эффект формирования разновекторных технологических свойств. Особенностью и ценностью ПАРС является то, что они близки человеческому организму по своей природе, нежели синтетические препараты, и характеризуются более высокими показателями безопасности, биологической активностью и защитными свойствами [3, 4, 5] Перспективность направления подтверждает тот факт, что национальные традиции приготовления хлеба многими народами предусматривают использование данного сырья, например, хмеля (Россия), горохово-бадьяные или горохово-анисовые закваски для национальных хлебобулочных изделий (Узбекистан) и др., и насчитывают не одно столетие. Пряно-ароматические растения являются сырьем богатым антиоксидантами, обладают антифунгальной активностью и содержат биологически активные вещества, в том числе фенольные. Некоторыми авторами отмечалась корреляция между антиоксидантной активностью и содержанием фенольных соединений [6]. ПАРС не только придаёт вкус и аромат, но и влияет на процесс приготовления хлеба [7]:  регулируют хлебопекарные свойства сырья. Например, экстракты трав могут влиять на газообразующую способность муки, скорость размножения дрожжевых клеток;  повышают пищевую ценность. В состав пряно-ароматических растений входят витамины, минеральные вещества, белки и другие полезные компоненты;  предотвращают микробиологическую порчу. Бактерицидные свойства трав позволяют контролировать микрофлору хлебопекарных полуфабрикатов; Данное сырьё добавляют в тесто во время замешивания или используют для смазывания хлеба перед выпеканием. Например, в некоторых рецептах применяют смеси трав, например «Прованские травы» или «Итальянские травы». Однако важно соблюдать баланс при использовании пряностей — избыток может ухудшить качество хлеба. Содержащиеся в пряностях макро- и микроэлементы, эфирные масла, гликозиды и биологически активные вещества улучшают органолептические и кулинарные качества продуктов, дают в различных сочетаниях с традиционными продуктами ароматическую и вкусовую гармонию, возбуждают деятельность вкусовых рецепторов и пищеварительных органов, вызывают аппетит, усиливают усвояемость традиционных пищевых продуктов и благоприятно влияют на обмен веществ, деятельность нервной и сердечно-сосудистой систем, а также на общее психофизическое состояние человека. Многие пряноароматические и эфирно-масличные растения включены в современную фармакопею. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 209 Технологии пищевой промышленности Пряности являются хорошими консервантами, т. к. обладают сильным бактерицидным действием [8, 9]. Цель работы заключалась в оптимизации рецептурного состава хлеба пшеничного сортового с использованием фенхеля сладкого (пряного) и базилика обыкновенного. Серию пробных лабораторных выпечек проводили по общепринятой методике опарным способом согласно ГОСТ 27669-88 «Мука пшеничная хлебопекарная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба» с добавлением порошка из фенхеля и базилика и снижением соответствующего количества рецептурного количества муки. Образцами сравнения служили изделия, приготовленные без добавок. Образцами сравнения - изделия с исследуемыми добавками. Качество хлеба анализировали через 16-18 часов после выпечки на соответствие требованиям ГОСТ 27842-88 «Хлеб из пшеничной муки. Технические условия» по действующим общепринятым методикам. Для оптимизации состава производственной рецептуры и параметров технологического процесса приготовления бездрожжевого хлеба на закваске спонтанного брожения из муки пшеничной сортовой использован пакет программ STATISTICA 6.0, графические интерпретации результатов исследований – с помощью математических сред Mathcad [10]. Добавки вносили с заменой 3,0, 6,0 и 9,0 % муки от её рецептурного количества. Контролем служили образцы, приготовленные без добавок. Применяемая для серии лабораторных выпечек мука характеризовалась как средняя по «силе» ( ИДК деф Н =68…70 ед.пр.) с нормальной газообразующей (1346-1352 см3 СО2) способностью, соответствующая требованиям O'zDSt 1115:2017 Мука пшеничная хлебопекарная. Общие технические условия. Экспериментальная часть работы была выполнена в лабораториях кафедры «Технологии пищевых продуктов и сервис» Бухарского государственного технического университета и кафедры «Микробиологии вирусологии и иммунологии» Бухарского государственного медицинского института имени Абу Али ибн Сино (Узбекистан). Выбор образцов был сделан на основе априорного анализа антибактерицидных свойств ПАРС. Так, фенхель (лат. Foeniculum vulgare var. dulce) - многолетнее травянистое растение семейства зонтичных (лат. Apiaceae) используется в традиционной медицине благодаря своим многочисленным лечебным свойствам, включая антибактериальные. Химический состав данного сырья обусловлен наличием эфирного масла, главным компонентом которого является анетол (до 70,0%) - антибактериальный и антимикробный деконтаминант, обнаружены также витамины: С, А, группы В, среди минералов доминируют K, Ca, Mg, P, Fe. Помимо эфирного масла антибактериальные свойства проявляют также водные и спиртовые экстракты фенхеля, способные ингибировать рост даже устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий, что делает их потенциально полезными и для пищевой промышленности. Установлено, что антибактериальное действие данного сырья связано с разрушением клеточной мембраны бактерий, ингибированием их метаболизма и препятствием к размноже-нию. Эфирное масло фенхеля эффективно против грамположительных и грамотрицательных бактерий [11]. Семена отличаются сильным анисовым ароматом, сладко-вато-пряным с анисовым и лёгким перечным привкусом, используются в чае, выпечке и лекарственных препаратах. В работе использовали семена, листья и стебли фенхеля в сухом виде. Базилик обыкновенный (лат.Ocimum basilicum) - травянистое растение из семейства яснотковых (лат. Lamiaceae), которое широко используется в кулинарии, медицине и даже религиозных обрядах. Масло базилика губительно действует на стафилококк и кишечную палочку, возбудителя брюшного тифа. Препараты базилика обладают выраженной антивирусной активностью [12, 13]. Экстракты базилика (водные, спиртовые и ацетоновые) “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 210 Озиқ-овқат саноати технологиялари активно ингибируют рост таких грамположительных бактерий, как стафилококки играмотрицательных бактерий - E. coli и Klebsiella pneumoniae. Аромат базилика — теплый, сладковато-пряный с легкими перечными, лимонными или анисовыми нотками (в зависимости от вида). Вкус насыщенный, травяной, иногда с оттенком мяты. Предварительные исследования фунгицидной и антибактериальной активности водных настоев из фенхеля и базилика показали следующие результаты [14]. Установлено, что повышенным бактерицидным действием обладали настои из фенхеля особенно относительно штамма Staphylococcus aureus, более слабый эффект установлен для Escherichia coli и Bacillus subtilis. Настой из базилика имел слабо выраженный эффект только для Staphylococcus aureus при разведении 1:2, в отношении остальных бактерий установлена нулевая активность. Однако, совместное использование фенхеля и базилика позволит улучшить вкусовые и ароматические свойства хлеба, особенно в соотношении 5:1. С целью моделирования оптимального рецептурного состава хлеба пшеничного 1-го сорта с добавками из исследуемого ПАРС был спланирован эксперимент, по результатам которого проведена серия пробных лабораторных выпечек хлеба. Спланирована и реализована программа ортогонального планирования, предусматривающая наличие факторного плана типа 23. Статистическая обработка экспериментальных данных выполнена с помощью корреляционно-регрессивного анализа. Пределы изменения факторов и усреднённые данные девяти серий дублированных опытов приведены в таблицах 1, 2. Таблица 1 Кодирование и значения уровней варьирования факторов Зависимость кодированной переменной xiот натуральной Xi. x1 9,0 3,0 6,0 3,0 х1 = (X1 – 6,0)/3,0 x2 48,0 44,0 46,0 2,0 х2= (X2– 46,0)/2,0 Верхний уровень Xi + Нижний уровень Xi - Основно й уровень Xi o Интервал варьирования, λi Факторы Общийй вид математическая модель аппроксимируется уравнением (1): y (х1,х2) = bo+b1· х1 + b2· х2 + b11· х1 2 + b22· х2 2 + b12· х1·х2 (1) Таблица 2 Матрица планирования и результаты эксперимента ПФЭ 23 Факторы Результаты эксперимента № опыт а Объёмный выход хлеба, см3/ 100 г муки Органолептическая оценка качества хлеба, балл кодированные натуральны е х1 х2 Х1 Х2 у1 1 у2 1 у3 1 ȳ 1 у1 2 у2 2 у3 2 ȳ 2 1 -1 -1 3,0 44,0 74 74 77 75,0 404 401 405 403,33 2 +1 -1 9,0 48,0 64 65 63 64,0 388 387 391 388,67 3 -1 +1 3,0 48,0 79 80 81 80,0 446 444 449 446,33 4 +1 +1 9,0 48,0 86 84 88 86,0 441 439 444 441,33 5 -1.41 0 1,0 46,0 68 67 65 66,6 395 393 397 397,00 6 1.41 0 12,0 46,0 68 67 65 67,1 395 393 397 395,00 7 0 1.41 6,0 42,5 92 91 90 88,6 462 459 465 362,00 8 0 1.41 6,0 49,5 91 91 88 80,3 318 316 321 358,33 9 0 0 6,0 46,0 90 87 89 91,1 438 436 441 454,33 10 0 0 6,0 46,0 82 79 80 91,3 452 450 455 452,33 “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 211 Технологии пищевой промышленности Используя язык программирования Python для выбранной модели получены результаты по коэффициентам и проверкам (таблица-3): В качестве варьируемых факторов были выбраны: дозировка порошка из вегетативной части с семенами фенхеля (Х1, в % к массе муки) и влажность теста (Х2, в %). Параметрами оптимизации являлись: органолептические показатели качества (y1, балл), как один из определяющих факторов конкурентоспособности продукции, и по величине объёмного выхода (y2, см3/100 г муки). Органолептические показатели качества хлеба определяли по 100-балльной шкале; объёмный выход хлеба формового - по ГОСТ 27669-88. Экспериментальные данные подвергали математическому и графическому анализу с использованием стандартных программ MSExcel и MathCAD. Таблица-3. Результаты регрессионного уравнения по коэффициентам и проверкам по органолептической оценке качества хлеба Показатель Coef Std err t P>[t] Const 90,99 3,41 26,65 0,000 X1 3,46 1,71 2,02 0,013 X2 -2,10 1,71 -1,22 0,028 X1_X2 4,25 2,41 1,76 0,015 X1_sq -11,96 2,26 -5,27 0,006 X2_sq -3,10 2,26 -1,37 0,023 Как следует из значений последного столбца таблицы 3 все значения параметров меньше 0,005, поэтому можно сделать вывод о том, что что все коэффициенты значемы. В конечном получено следующее регрессионное уравнение (2) по зависимости органолептических показателей качества хлеба ( ) от дозировки исследуемоего сырья в кодированных значениях: (2) Для поиска экстремума функции регрессии воспользовались геометрической интерпретацией оптимизируемой функции. Так по полученным уравнениям регрессии были построены поверхности отклика в частных случаях (рис. 1). Рисунок 1. Поверхность отклика, характеризующая зависимость органолептических показателей качества хлеба от дозировки порошка фенхеля и базилика – Х1 и влажности теста – Х2 “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 212 Озиқ-овқат саноати технологиялари Таким же методом были получены статистические результаты и уравнение регрессии по влиянию различной дозировки исследуемого сырья на объёмный выход хлеба (табл.4). Таблица 4. Результаты OLS (Ordinary Least Squares) метода оценки коэффициентов в линейной модели для объёмного выхода хлеба Dep.Variable: Y R-squared: 0,944 Model: OLS Adj. R-squared: 0,027 Method: Least Squares F-statistic: 0,9500 Date: 22.04.2025 Prob (F-statistic): 0,0433 Time: 10:19:42 Log-Likelihood: -45,47 No. Observations: 10 AIC: 103,0 Df Residuals: 4 BIC: 104,8 Df Model: 5 - - В таблице 4 очень важными показателями является значения R-squared, потому что для более высокой точности построенной модели это значение должно быть приближено к единице. Наше первоначальное гипотеза H0 является значима ли созданная модель, а альтернативная гипотеза H1 состоит из отклонения гипотезы H0. Результат Prob (F-statistic) равен 0,0433, это значение меньше, чем стандартное отклонение (0,05), поэтому можно сделать вывод, что модель адекватна и принять гипотезу H0. Таблица 5. Результаты регрессионного уравнения по коэффициентам и проверкам по объёмному выходу хлеба Показатель Coef Std err t P>[t] Const 453,04 25,53 17,73 0,000 X1 9,13 12,78 0,71 0,015 X2 -0,60 12,78 -0,04 0,049 X1_X2 -2,58 18,05 -0,14 0,038 X1_sq -16,80 16,95 -0,99 0,037 X2_sq -34,82 16,95 -2,05 0,019 Как следует из значений последного столбьца таблицы 5 все значения меньше 0,005, поэтому можно сделать вывод о том,что все коэффициенты значимы. В результате полученное регрессионное уравнение (3) в кодированных значениях имеет следующий вид: (3) Для поиска экстремума функции регрессии воспользовались геометрической интерпретацией оптимизируемой функции. Так по полученным уравнениям регрессии была построена поверхности отклика в частных случаях (рис. 2). В результате математической обработки экспериментальных данных были получены регрессионные уравнения в кодированной размерности, адекватно описывающие зависимость оптимальных показателей качества хлеба от количества добавок. Установлено, что при замене кодированных значений факторов на натуральные с учётом характеристик планирования установлено, что оптимальной является дозировка исследуемого ПАРС до 6,0% (при соотношении фенхеля к базилику 5 : 1) к рецептурному количеству муки при оптимальной влажности теста 45,0…46,0%. Химический состав смеси фенхеля и базилика (5:1) по основным биологически активным веществам представлен в таблице 6. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 213 Технологии пищевой промышленности Объёмный выход хлеба, см3/ 100 г муки Х2 X1 Рисунок 2 - Поверхность отклика, характеризующая зависимость объёмного выхода хлеба от дозировки порошка фенхеля и базилика – Х1 и влажности теста – Х2 Химический состав смеси фенхеля и базилика (5:1) по основным биологически активным веществам представлен в таблице 6. Как следует из данных таблицы 6 биологически активные вещества исследуемого ПАРС и их смеси в соотношении 5 : 1 представлены, в основном, эфирными маслами, флавоноидами, кумариными, витаминами и минералами, обладающими, что очень важно для профилактики болезней хлеба во время хранения антимикробными и антиоксидантными свойствами. Таблица 6. Основные группы биологически активных веществ Количество и вид компонента Компонент Действие Фенхель (5), г Базилик (1), г Смесь (5:1), г ~0,150–0,300 (анетол 50– 80%, фенхон, α-пинен) ~0,010–0,015 (эвгенол, линалоол, метилхавикол) Эфирные масла, г ~0,160–0,315 Антимикробное, спазмолитическое Кверцетин, рутин (~0,05–0,10) Ориентин, виценин (~0.01–0.02 г) Антиоксидантное, противовоспалительное Флавоноиды, г ~0.060–0.120 Бергаптен, умбеллиферон (~0,01–0,03) Антикоагулянтное, фотосенсибилизирующее Кумарины, г – ~0.010–0.030 Иммуномодулирующее, антиоксидантное Минералы, мг К (50–100), Ca, Mg C: ~6–13 мг, A+K: следы Витамины, мг C , B3, провитамин A K, A, C (1,00–3,00) Ca, Fe, Mg K ( ~50–100), Ca/Mg/Fe: следы Электролитный баланс “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 214 Озиқ-овқат саноати технологиялари Доминирую в данном сырье эфирные масла, сравнительный анализ которых представлен в таблице 7. Таблица 7. Сравнительный состав эфирных масел в фенхеле и базилике и их смеси Количество и вид компонента Компонент Действие Фенхель (5), г Смесь (5:1), г Анетол ~0,100–0,200 – ~0,100–0,200 Спазмолитик, ароматизатор Базилик (1), г Эвгенол – ~0,005–0,010 ~0,005–0,010 Антисептик, анальгетик Линалоол – ~0,001–0,003 ~0,001–0,003 Успокаивающее α-Пинен ~0,010–0,020 – ~0,010–0,020 Противовоспалительное Данный анализ демонстрирует, что смесь фенхеля и базилика в соотношении 5:1 представляет собой сбалансированную многокомпонентную систему с выраженными консервирующими свойствами, сочетающую широкий спектр антимикробной активности, высокий антиоксидантный потенциал, улучшение органолептических характеристик хлеба, безопасность и натуральное происхождение. Качество хлеба опытного варианта со смесью из фенхеля и базилика соответствовало требованиям ГОСТ 27842-88, но отличалось от образца сравнения (без добавок) ярко выраженным приятным вкусом и ароматом. Результаты влияния исследуемой смеси на микробиологические показатели качества хлеба и вероятность развития его болезней на соответствие микробиологическим показателям Гигиенических нормативов безопасности пищевой продукции СанПиН № 036619 (Узбекистан) представлены в таблице 8. Таблица 8. Результаты влияния смеси из фенхеля и базилика на показатели пищевой безопасности хлеба Показатель Значение показателя Норма Контроль Опыт КМАФАнМ, КОЕ/г Не более 1х103 0,3 х103 2,1х102 Плесени, КОЕ/г Не более 50 32 12 Срок появления плесени, сут. - 3 5 Срок появления признаков картофельной болезни, сут. - 2 - Потеря массы за 3 суток, % - 2,5 1,8 Анализ данных таблицы 8 показал, что в опытных образцах вероятность развития плесневой и картофельной болезней хлеба в процессе хранения значительно ниже, чем в изделиях без добавок. Заключение. Таким образом, обоснована целесообразность совместного использования смеси из фенхеля и базилика в соотношении 5:1 в производстве пшеничных сортов хлеба. Данная смесь содержит: доминирующие компоненты: анетол (фенхель) и эвгенол (базилик), синергичный эффект которой обусловлен сочетанием антимикробных и антиоксидантных свойств. На основании проведенных микробиологических исследований установлено, что исследуемые добавки из фенхеля и базилика проявляют как фунгицидную, так и антибактериальную активность и могут быть использованы в качестве натурального консерванта для мучных изделий. Использование натуральных консервантов в производстве хлеба и хлебобулочных изделий способствует обеспечению потребительских достоинств и пищевой безопасности данной продукции в процессе хранения. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 215 Технологии пищевой промышленности