В рамках традиционных технологий холодильного хранения жизнеспособность дрожжевых клеток обеспечивается за счет добавления специальных криопротекторов. Многие из них представляют собой вещество с относительно небольшими молекулами, которые легко проникают сквозь клеточные мембраны. Наряду с широко используемым для этой цели глицерином могут применяться также и другие полезные криопротекторы: диметилсульфоксид, сахароза, трегалоза, глюкоза, метанол, пролин, глицин, бетаин, фруктоза, галактоза и лактоза [1, с. 20]. В патенте заявлено, что добавление в дрожжи 1–20 % масс, глицерина (27–29 % сухих веществ) делает дрожжи полностью устойчивыми к неблагоприятному воздействию повторяющихся циклов замораживания-размораживания и значительно увеличивает срок хранения. В этом патенте также указывается, что аналогичное защитное действие гарантируется при использовании широкого спектра других полигидроксильных структур. В другом патенте заявлено, что добавление глицерина устраняет проблемы осаждения, которые обычно возникают при производстве жидких дрожжей. В настоящее время неизвестно, применяют ли для повышения холодостойкости дрожжей европейские производители глицерин в рецептурах жидких дрожжей.
Криопротекторы — это вещества, которые защищают продукт, подвергаемый замораживанию от переохлаждения, и используются в практике криогенной технологии из-за их потенциальной возможности стабилизировать свойства пищевых продуктов или полуфабрикатов во время хранения [2, с. 258].
Особенностью ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов (закваска, тесто) является то, что большая часть водорастворимых компонентов, в том числе белки и пентозаны, удаляются выщелачиванием в питьевой воде. Однако во время хранения продукта в замороженном виде идет денатурация и/или агрегация белков, вызывающая потерю функциональных свойств. Поэтому замораживание при производстве хлебобулочных изделий, может, осуществляется с добавлением различных криопротекторных смесей. Известен эффект применения смесей криопротекторов, которые защищают белковую фракцию во время длительного хранения в замороженном виде [3, с. 187, 4, с. 85].
Недостатком использования сахарозы и сорбита, входящих в смеси криопротекторов, является придаваемый продукту сладкий вкус, который может быть нежелателен для потребителей. Кроме того, сегодняшние потребители обращают внимание на калорийность продукта, поэтому при производстве низкокалорийных замороженных продуктов следует использовать соответствующие криопротекторы или их смеси.
В связи с этим не так давно было проведено множество исследований криопротекторов пониженной сладости или несладких с низкой энергетической ценностью. Очень широко изучались свойства лактита, полидекстрозы, глюкозных сиропов, продуктов гидролиза крахмала и линейных 6лигосахарвдев.
Лактит — это многоатомный спирт (полиол) с подтвержденными криопротекторными свойствами. Это сладкий на вкус полиол, получаемый из лактозы при восстановлении глюкозной части молекулы, ценный продукт из сыворотки и побочный продукт производства сыров. Лактит имеет сладость 0,3 — 0,4 от сладости Ч сахарозы, а его калорийность составляет половину калорийности углеводов, т. е. максимум 2 ккал/г. Лактит был исследован как сахарозаменитель для больных сахарным диабетом и одобрен Комитетом Экспертов ФАО/ВОЗ (1983).
Использование полидекстрозы в качестве криопротектора было запатентовано Ланьером и Акаханой. Показано, что полидекстроза — это высокоразветвленный полисахарид, получаемый из декстрозы, сорбита и лимонной кислоты, который является хорошим криопротектором.
Все исследования были посвящены отдельным криопротекторам, добавляемым в различных количествах, эффект использования более, чем двух криопротекторов одновременно не описывался. Однако Park J. W., Rohatgy K. упоминали, что в дальнейшем возможно комбинирование отдельных веществ в «криопротекторные коктейли», позволяющие усилить эффект воздействия отдельных веществ.
Имеются публикации, свидетельствующие о снижении содержания проламинов, что свидетельствует о происходящих во время хранения флуктуациях. Изменение количества растворимых белков является главным критерием оценки денатурации при замораживании, но данные по растворимости не сообщают точно, сколько белка денатурировало, и сколько было изначально, а освещают только относительную величину денатурации.
Денатурация белков в процессе замораживания и хранения в зависимости от сроков происходит из-за агрегации белков с образованием водородных, ионных, гидрофобных и, возможно, дисульфидных связей. Вода при этом играет главнейшую роль. При замерзании воды изменяется концентрация растворов, что влечет за собой изменение рН и силы ионных взаимодействий в ближайшем к молекуле белка слое, как следствие дегидратации и агрегации [5, с. 150, 6, с. 148].
Денатурация белков от замораживания предотвращается или снижается при добавлении криопротекторов. В поддержку механизма криопротекции низкомолекулярными углеводами или полиолами можно привести исследования Park J. и Lanier T. C. Ими было показано, что добавление сахаров (лактоза и глюкоза) к водному раствору протеинов приводило к нежелательному самопроизвольному изменению — стабилизации раствора в изоляции от поверхности гидратированного белка. С другой стороны, эффект добавления криопротекторов состоит в том, что их молекулы могут приближаться или связываться с молекулами белка по какой-либо функциональной группе, образуя водородную или ионную связь. Таким образом, молекулы белка как бы покрываются молекулами криопротекторов [7, с. 1256].
В отличие от растворов низкомолекулярных углеводов, высокомолекулярные углеводы действуют как криостабилизаторы, опутывая белок стеклоподобной упаковкой с замедлением всех ухудшающих процессов внутри нее.
Основываясь на этих механизмах, можно использовать смеси криопротекторов как низкомолекулярной, так и высокомолекулярной природы, которые при совместном присутствии будут давать больший эффект, чем взятые отдельно.
Стабильность замороженного продукта увеличивается, когда разница между температурой «стеклования» (Tg) и температурой хранения минимальна или когда Tg превышает температуру хранения. Различные комбинации криопротекторов применяются с целью минимизации разности Tg и температуры хранения с тем, чтобы улучшить устойчивость продукта при хранении [8, с. 68, 9, с. 95].
Как уже упоминалось, множество исследований было посвящено оценке эффективности криопротекторов с одновременным снижением калорийности, но большая часть их касалась отдельных криопротекторов, более дорогостоящих, чем сахар. Комбинации криопротекторов позволяют повысить эффективность их использования с тем, чтобы снизить затраты.
Использование криопротекторных смесей в технологии приготовления замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства обеспечивает получение продуктов с хорошими свойствами, стабильно сохраняющими свои реологические характеристики при хранении в замороженном виде [10, с. 92, 11, с. 68].
На основании рассмотрения механизма действия криопротекторов становится очевидным, что их применение дает возможность снижать температуру при замораживании и хранении пищевых продуктов. Учитывая данное обстоятельство и на основании выполненных исследований, нами сделано предположение, что одним из эффективных криопротекторов может служить молочная сыворотка.
Известно, что сывороточные белки в определенных случаях характеризуются негативным воздействием на организм человека, что проявляется в виде аллергических реакций различного типа. Именно поэтому большое внимание уделяется сывороточным белкам и их гидролизатам. Гидролизаты сывороточных белков обладают низкой аллергенностью по сравнению с нативными белками, а также лучшей усвояемостью.
Другая проблема — усвоение лактозы организмом. Определенная часть населения в той или иной степени страдает лактозной непереносимостью, обусловленной отсутствием синтеза лактазы или уменьшением ее активности. Вследствие этого гидролиз лактозы до глюкозы и галактозы не происходит или значительно снижен. Причем, лактозная непереносимость чаще встречается у взрослых, чем у детей. Поэтому необходимо снижать содержание лактозы.
Из всех способов снижения концентрации лактозы самым рациональным и рентабельным считается ее ферментативный гидролиз с помощью лактазы грибов, дрожжей и молочнокислых стрептококков, бифидо- и лактобацилл. Принцип метода основан на использовании нативной и восстановленной сыворотки в качестве питательной среды для роста сапрофитных микроорганизмов, обладающих системой мощных протеолитических ферментов, позволяющих им использовать сывороточные белки в качестве источника азота и лактозу в качестве энергии с целью получения кормовых добавок. На основе этой технологии была запатентована технология производства нового продукта: ферментативно гидролизованной сыворотки, обогащенной лактатами — СГОЛ.
Для производства данного продукта используются селективные штаммы Streptococcus laktis и Streptococcus thermophilus. В результате особенностей биотехнологического процесса производства СГОЛ молочная сыворотка обогащается ферментами (редуктазными, гликолитическими, пероксидазными), витаминами, микро- и макроэлементами, полисахаридами и нуклеиновыми кислотами, а также другими биологически активными веществами [12, с. 1176]. В результате гидролиза лактозы и полипептидов сыворотки гидролазами молочнокислых стрептококков конечный продукт является низколактозным и содержит олигопептиды, что повышает его пищевую ценность по сравнению с исходной молочной сывороткой. Кроме того, изменение соотношений основных пищевых компонентов и качественного состава сыворотки решает проблему того, что в нативной сыворотке эти соотношения не всегда полезны и, хотя обладают выраженной биологической активностью, не всегда благоприятно влияют на организм человека.
Таким образом, продукт СГОЛ отличается от ближайших кисломолочных продуктов низким содержанием лактозы и высокомолекулярных белков, способных вызывать аллергию у некоторых людей.
Процессы, происходящие при замораживании полуфабрикатов хлебопекарного производства, сложны и многогранны, что влечёт за собой понимание происходящих при этом теплофизических, биохимических и микробиологических изменений [13, с. 195, 14, с. 30].
Использование сырья с криопротекторными свойствами и хлебопекарных улучшителей для регулирования качества замороженных полуфабрикатов оказывает непосредственное влияние на изменение фазового состояния влаги, криоскопической температуры и, как следствие, на активность микрофлоры, реологические характеристики теста, свойства замороженного продукта и качество готовых изделий.
Литература:
1. Кенийз, Н. В. Разработка технологии хлебобулочных полуфабрикатов с применением криопротектора / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Новые технологии. — 2013. — № 1. — С. 19–24.
2. Kenijz, N. V. Pectic substances and their functional role in bread-making from frozen semi-finished products / N. V. Kenijz, N. V. Sokol // European Online Journal of Natural and Social Sciences. — 2013. — Т. 2. № 2. — С. 253- 261.
3. Кенийз, Н. В. Определение содержание свободной и связанной влаги в тесте с добавлением криопротекторов [Текст] / Н. В. Кенийз // Молодой ученый. — 2014. — № 4. — С. 187–189.
4. Кенийз Н. В. Технология замороженных полуфабрикатов с применением криопротекторов / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол. — Саарбрюккен: Palmarium Academic Pudlishing, 2014. — 129 с.
5. Кенийз Н. В. Влияние технологических параметров на производство хлебобулочных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз // Молодой ученый. — 2014. — № 10. — С. 150–153.
6. Кенийз Н. В. Влияние различных криопротекторов на реологию теста для полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Молодой ученый. — 2014. — № 10. — С. 147–150.
7. Кенийз, Н. В. Изучение состояния влаги в тесте с криопротекторами, методом ядерно-магнитного резонанса / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. — Краснодар: КубГАУ, 2014. — № 04(098). С. 1254–1260. — IDA [article ID]: 0981404090. — Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/04/pdf/90.pdf, 0,438 у.п.л.
8. Кенийз, Н. В. Процесс замораживания хлебобулочных полуфабрикатов с добавлением криопротекторов и его влияние на структуру замороженных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Молодой ученый. — 2014. — № 5. — С. 67–70.
9. Кенийз, Н. В. Влияние дефростации в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов на качество готового продукта / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Вестник НГИЭИ. — 2011. — Т. 2. № 2 (3). — С. 92–101.
10. Кенийз, Н. В. Технология производства хлеба из замороженных полуфабрикатов с использованием пектина в качестве криопротектора / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. — 2011. — № 2–2. — С. 92–94.
11. Кенийз, Н. В. Влияние пектина как криопротектора на водопоглотительную способность теста и дрожжевые клетки / Н. В. Кенийз // Вестник Казанского государственного аграрного университета. — 2013. — Т. 3. № 29. — С. 67–69.
12. Кенийз Н. В. Влияние криопротекторов на активность дрожжевых клеток при замораживании хлебобулочных полуфабрикатов / Н. В. Кенийз, А. А. Пархоменко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. — Краснодар: КубГАУ, 2014. — № 07(101). С. 1172–1179. — IDA [article ID]: 1011407076. — Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/76.pdf, 0,5 у.п.л.
13. Кенийз, Н. В. Влияние дефростации в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов на качество готового продукта [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Инновационные направления в пищевых технологиях: сб. науч. тр. — Пятигорск, 2010. — С. 195–198.
14. Кенийз, Н. В. Влияние дефростации на качество хлеба из замороженных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Всероссийский отраслевой журнал «Хлебопекарный кондитерский форум». — 2011.‑ 2 (2). — С. 30–31.
