Evaluation of quality indicators of gluten-free flour confectionery intended for dietary nutrition

• Zoya R. Khodyreva
• Marina A. Vaytanis
• Elena M. Schetinina
• Oleg G. Vyun
• Oksana A. Vrzhesinskaya

Abstract

Currently, there is an increase in gluten-associated diseases. The range of food for such patients is currently quite limited. In this regard, the development of new gluten-free products, including those popular among consumers of flour confectionery, is relevant.

The purpose of the research was to develop a formulation and to evaluate the quality indicators of gluten-free biscuits intended for special dietary uses.

Material and methods. To prepare prototypes of gluten-free biscuits, corn flour, green buckwheat, steamed buckwheat and rice flour were used instead of wheat flour of the highest grade, along with unsalted butter, salt, baking soda, and white sugar. The experimental products were evaluated according to organoleptic (on a five-point scale), physical and chemical (mass fraction of moisture, alkalinity, wetness) and sanitary-microbiological parameters with calculation of nutritional and energy value.

Results. When developing gluten-free biscuits for the formation of various flavor profiles, wheat flour was 100% replaced with gluten-free flour: corn, rice, steamed buckwheat and green buckwheat. According to the results of an organoleptic assessment and analysis of physical, chemical, microbiological parameters, biscuits with green buckwheat flour, as well as a mixture of corn and rice flour (1:1) were selected. The calculation of the nutritive value showed that one serving of the product (30 g) allows to cover the daily requirement for protein, fats and carbohydrates by 3.0–5.5%, dietary fiber – by about 3%. Despite the slightly increased content of micronutrients in the developed biscuits, they cannot serve as their significant source. Only biscuits with green buckwheat flour can cover the need for phosphorus, iron and vitamins B₁ and PP by 5% or more in 1 serving.

Conclusion. The developed biscuits with green buckwheat flour for special dietary uses for people with gluten intolerance can serve a source of such micronutrients as phosphorus, iron, vitamins B₁ and PP.

Keywords: biscuits; pastry; gluten; gluten-free products

Результаты эпидемиологических исследований состояния питания населения показывают, что по-прежнему актуальны дефицит микронутриентов, рост распространенности избыточной массы тела, ожирения и других факторов риска неинфекционных заболеваний как для России, так и для большинства развитых стран [1]. Оптимизация питания населения России опирается на лучший мировой опыт и учитывает современные тенденции развития нутрициологии, агропромышленного комплекса, инновационные методы оценки физического развития и пищевого статуса [2].

В настоящее время отмечается рост глютен-ассоциированных заболеваний, при которых пациентам необходим постоянный контроль врачей - диетолога и гастроэнтеролога для возможности коррекции рациона в зависимости от возникающих отклонений [3]. Основу лечения при глютен-ассоциированных заболеваниях составляет безглютеновая диета, которая предусматривает потребление продуктов пониженной калорийности, с невысоким содержанием белков без клейковины [4].

Мучные кондитерские изделия играют существенную роль в питании человека, они обладают высокой энергетической ценностью за счет высокого содержания жиров и углеводов, при их производстве в составе известных рецептур используют как классическое, так и нетрадиционное сырье [5]. В состав большинства хлебобулочных изделий входит мука, полученная из современных сортов пшеницы, которые отличаются простотой выращивания, привлекательной стоимостью, а также наличием глютена в своем составе. Ко всему прочему, глютен используется как стабилизатор, эмульгатор, усилитель вкуса, что может приводить к повышению его содержания в конечном продукте [6].

Все большей популярностью пользуются галеты, в состав которых входят традиционные ингредиенты многих блюд и мучных кондитерских изделий: мука пшеничная, соль, дрожжи, вода и сахар. Потребителю особенно важно, что в данное мучное кондитерское изделие не входят консерванты, синтетические красители и ароматизаторы. В отличие от других видов печенья оно практически не крошится, легко транспортируется, что позволяет использовать его в качестве перекуса. Немаловажным достоинством галет является их способность даже при небольшом уровне потребления насытить организм.

Исследуя рынок безглютеновых продуктов, можно отметить, что он достаточно интенсивно расширяется. В наиболее широком ассортименте представлены хлеб и хлебобулочные изделия [7-11].

В настоящее время существует 2 способа разработки рецептур безглютеновых изделий: конструирование изделий на основе природного безглютенового сырья [12-15] и биокаталитическое направление, ориентированное на удаление или модификацию глютена в глютенсодержащем сырье [16, 17].

Анализ данных литературы позволил сделать выводы, что использование безглютенового сырья (например, муки кукурузной, гречневой и т.д.) для производства мучных кондитерских изделий позволяет несколько изменить их пищевую ценность: снизить содержание углеводов и увеличить содержание белка и незаменимых аминокислот, а также ряда минеральных веществ, витаминов, полиненасыщенных жирных кислот [5, 7-11].

Безглютеновые галеты могут быть рекомендованы для введения в рацион питания при глютен-ассоциированных заболеваниях [18, 19], а также для употребления в составе рационов питания, направленных на улучшение кишечного микробиома [11, 20].

Цель исследования - разработка рецептуры и оценка показателей качества безглютеновых галет, предназначенных для диетического питания.

Материал и методы

Для исследования в качестве контрольного продукта использовали галеты "Арктика", произведенные по рецептуре № 210 из сборника рецептур на печенье, галеты и вафли М.К. Смирновой [21], их основными ингредиентами являются мука пшеничная высшего сорта и масло сливочное, а также сахар, соль и сода пищевая. Тесто для галет было приготовлено безопарным способом [21]. При разработке рецептур галет без глютена мука пшеничная была на 100% заменена на безглютеновую муку: кукурузную, рисовую, из пропаренной и из зеленой гречки.

Для приготовления опытных образцов галет использовали следующие виды сырья: мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта по ГОСТ 26574-2017 "Мука пшеничная хлебопекарная. Технические условия", масло сливочное несоленое по ГОСТ 32261-2013 "Масло сливочное. Технические условия", соль пищевая по ГОСТ Р 51574- 2018 "Соль пищевая. Общие технические условия", сода пищевая по ГОСТ 32802-2014 "Добавки пищевые. Натрия карбонаты Е500. Общие технические условия", сахар белый по ГОСТ 33222- 2015 "Сахар белый. Технические условия", мука кукурузная по ТУ 10.61.20- 001- 32916290 "Мука кукурузная. Технические условия", мука из зеленой гречки по ТУ 9293- 002- 43175543-03 "Мука из зеленой гречки. Технические условия", мука гречневая пропаренная по ТУ 10.61.22-044-00941903-2019 "Мука гречневая. Технические условия", мука рисовая по СТО 53548590- 019- 2013 "Мука рисовая. Технические условия".

Оценку опытных изделий проводили по органолептическим, физико-химическим и санитарно-микробиологическим показателям.

Оценку органолептических показателей осуществляли по 5-балльной шкале согласно ГОСТ 5897-90 "Изделия кондитерские. Методы определения органолептических показателей качества, размеров, массы нетто и составных частей". Массовую долю влаги определяли высушиванием по ГОСТ 5900- 5014 "Изделия кондитерские. Методы определения влаги и сухих веществ", щелочность - по ГОСТ 5898- 2022 "Изделия кондитерские. Методы определения кислотности и щелочности", намокаемость - по ГОСТ 10114- 80 "Изделия кондитерские мучные. Метод определения намокаемости". Санитарно-микробиологические исследования проводили по ГОСТ 10444.12- 2013 "Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Методы выявления и подсчета количества дрожжей и плесневых грибов", ГОСТ 31747- 2012 "Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий)", ГОСТ 33536- 2015 "Изделия кондитерские. Метод определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов". Расчет пищевой и энергетической ценности проводили с использованием справочника [22].

Результаты и обсуждение

Известно, что любое изменение классической рецептуры продукта сопровождается как положительными, так и отрицательными отзывами со стороны потребителей. Поэтому рецептура требует тщательной проработки и анализа.

В качестве контрольного образца использовали галеты "Арктика" [21], имеющие простой перечень ингредиентов, основными из которых являются мука пшеничная и масло сливочное, а также в них отсутствуют молочные и яичные продукты, которые повышают себестоимость галет и могут вызывать аллергическую реакцию, связанную с непереносимостью лактозы и молочного белка. Недостатком данной рецептуры является низкое содержание витаминов, макро- и микроэлементов.

При разработке рецептур галет без глютена для формирования различных вкусовых профилей мука пшеничная была на 100% заменена на безглютеновую муку: кукурузную, рисовую, из пропаренной гречки и из зеленой гречки как источников ряда микронутриентов.

Были выпечены опытные образцы: контрольный (образец № 1), с мукой кукурузной (образец № 2), рисовой (образец № 3), гречневой (образец № 4) и мукой из зеленой гречки (образец № 5) (рис. 1). В связи с неудовлетворительными структурно-механическими свойствами (трещины на поверхности, ломкость) и низкими органолептическими показателями галеты с рисовой и пропаренной гречневой мукой в дальнейших исследованиях не использовались. Для более детального изучения были выбраны 2 образца - с кукурузной мукой и мукой из зеленой гречки.

В ходе дальнейших пробных экспериментов часть кукурузной муки и муки из зеленой гречки заменяли на рисовую, были изучены следующие соотношения в рецептурах кукурузной и рисовой муки и муки из зеленой гречки и рисовой мукой: 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 20:80. Оценка влияния соотношения компонентов муки на кондитерские системы показала, что в соотношениях 20:80, 30:70, 40:60 и 60:40, 70:30, 20:80 галеты имеют трещины на поверхности и твердую консистенцию. В связи с этим было выбрано соотношение 50:50.

Таким образом, для улучшения органолептических показателей и уменьшения ломкости готовых изделий в галетах муку кукурузную и муку из зеленой гречки заменили на 50% рисовой мукой (образцы № 2а и 5а). Добавление рисовой муки в образец с кукурузной мукой позволило уменьшить трещины и ломкость изделий, а также улучшить вкусовые характеристики обоих образцов. Помимо этого, добавление рисовой муки способствовало снижению намокаемости и повышению плотности галет.

На начальном этапе исследований определяли массовую долю влаги в контрольном и опытных образцах. Данный показатель установлен стандартами на продукцию, зависит от "силы" муки, используемой рецептуры и в определенной степени влияет на пищевую ценность, так как при увеличении влажности доля пищевых веществ уменьшается.

Определение массовой доли влаги проводили методом высушивания в сушильном шкафу до постоянной массы при температуре 130 °С в течение 40 мин. Результаты исследования представлены на рис. 2.

Анализ данных, приведенных на рис. 2, показывает, что у образцов, выпеченных с использованием безглютеновой муки, содержание влаги ниже по сравнению с контрольным образцом. Такие результаты связаны с тем, что у различных видов муки водопоглотительная способность неодинакова. На водопоглотительную способность муки оказывает существенное влияние содержание клейковины и поврежденные при помоле крахмальные зерна. Пшеничная мука высшего сорта содержит сырой клейковины до 40%, а крахмала - 72%, мука кукурузная, рисовая и из зеленой гречки является мукой без клейковины, содержание крахмала в кукурузной муке составляет 65%, в рисовой - до 80%, из зеленой гречки - не более 60%.

На втором этапе проведения исследований определяли щелочность галет. Метод определения щелочности основан на нейтрализации щелочных веществ, которые содержатся в навеске продукта, кислотой в присутствии бромтимолового синего до изменения окраски раствора. Результаты определения щелочности приведены на рис. 3.

Значения щелочности у представленных образцов изменялись незначительно и соответствовали требованиям нормативной документации. Минимальная щелочность выявлена в контрольном образце, максимальная - в образце № 3 с мукой из зеленой гречки.

Степень намокаемости изделия характеризуется как отношение массы намокшего изделия к его сухой массе и выражается в процентах. Сущность метода заключается в погружении исследуемого образца продукта в воду при температуре 20 °С на определенный промежуток времени. Результаты исследования намокаемости галет представлены на рис. 4.

Намокаемость галет, в рецептуре которых содержится мука пшеничная, составляет 158%. Показатель намокаемости галет, в рецептуре которых пшеничная мука заменена на кукурузную, выше, что обусловлено ее высокой водопоглотительной способностью. Намокаемость образца галет из непропаренной гречневой муки существенно ниже. При добавлении рисовой муки в образцы с кукурузной мукой показатель намокаемости незначительно понижается (см. рис. 4).

При создании нового продукта необходимо обеспечить сохранность органолептических показателей, так как для потребителя они являются одними из важнейших, на которые он ориентируется в своих пищевых предпочтениях.

Каждый образец оценивали 5 экспертов. Дегустационный анализ включал в себя рейтинговую оценку внешнего вида, цвета, запаха и вкуса с использованием 5-балльной шкалы. Результаты органолептической оценки представлены на рис. 5.

При органолептической оценке галет наибольшие баллы набрали 2 образца, выпеченные с использованием муки из зеленой гречки и смеси рисовой муки с кукурузной, оценка составила 4,6 и 4,5 балла соответственно.

Таким образом, по результатам анализа данных органолептических и физико-химических исследований, наиболее подходящими для производства являются образцы № 3 и 4, выпеченные с использованием муки из зеленой гречки и из смеси кукурузной и рисовой муки.

Для оценки санитарно-микробиологических показателей в выбранных готовых изделиях определяли количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, бактерий группы кишечных палочек, плесеней и дрожжей. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, санитарно-микробиологические показатели исследованных галет соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011.

В табл. 2 приведены результаты расчета пищевой ценности галет с мукой из зеленой гречки и для галет из смесовой композиции кукурузной и рисовой муки в сравнении с контрольным образцом.

Приведенные данные показывают, что исследуемые образцы галет "Арктика" (контроль), галет из смесовой композиции кукурузной и рисовой муки и галет с использованием муки из зеленой гречки имеют лишь небольшие различия в пищевой ценности. 1 порция продукта (30 г) позволяет покрыть суточную потребность в белке на 3,0-5,3%, жирах - на 3,9%, углеводах - на 5,5%, а также в пищевых волокнах - примерно на 3%. Несмотря на несколько увеличившееся содержание микронутриентов в разработанных видах галет, они не могут служить их значимым источником. Лишь галеты с мукой из зеленой гречки могут покрыть за счет 1 порции потребность организма на 5% и более в фосфоре, железе и витаминах В₁ и РР. Это затрудняет формирование пищевой плотности рационов для функционального или специализированного питания.

Заключение

В ходе проведенных исследований проведен анализ мучных кондитерских изделий (галет), выпеченных с использованием различных видов безглютеновой муки. Обоснованы выбор и соотношение рецептурных ингредиентов, обеспечивающих оптимизацию физико-химического состава и показателей качества готового продукта.

Наилучшие результаты по органолептическим и физико-химическим показателям отмечены у галет из муки из зеленой гречки, а также смесовой композиции муки кукурузной и рисовой (1:1).

Разработанные мучные кондитерские изделия из муки из зеленой гречки для лиц с непереносимостью глютена могут служить источником таких микронутриентов, как фосфор, железо, витамины В₁ и РР.

References

1. Tutelyan V.A., Nikityuk D.B. Key challenges in the dietary intake structure and cutting edge technologies for optimizing nutrition to protect the health of the Russian рopulation. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2024; 93 (1): 6–21. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-1-6-21 (in Russian)

2. Tutelyan V.A., Nikityuk D.B. International and Russian mechanisms for integrating innovations and experience to optimize the nutrition of the population. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2023; 92 (3): 5–14. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-3-5-14 (in Russian)

3. Gavrilenko D.A., Popello D.V., Livzan M.A., Gaus O.V. Gluten-free meals: what to consider? Meditsinskiy alfavit [Medical Alphabet]. 2021; (40): 25–7. DOI: https://doi.org/10.33667/2078-5631-2021-40-25-27 (in Russian)

4. Gutnikova O.N., Yarosh O.B., Kal’kova N.N. Gluten-free products: Consumer perception of the functional properties and peculiarities of labelling. Upravlenets [The Manager]. 2023; 14 (4): 87–99. DOI: https://doi.org/10.29141/2218-5003-2023-14-4-6 (in Russian)

5. Ponomareva E.I., Popov V.I., Esaulenko I.E., Lukina S.I., Alekhina N.N. Gingerbreads of enhanced nutritional value with the non-traditional raw materials. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; 86 (5): 75–81. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00079 (in Russian)

6. Reznichenko I.Yu., Miroshina T.A. Modern types of gluten-free raw materials: application prospects in flour confectionery products technology. Vestnik KrasGAU [Bulliten of KrasSAU]. 2024; (6): 212–9. DOI: https://doi.org/10.36718/1819-4036-2024-6-212-219 (in Russian)

7. Zaytseva L.V., Yudina T.A., Ruban N.V., Bessonov V.V., Mekhtiev V.S. Modern approaches to the development of gluten-free bakery formulations. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2020; 89 (1): 77–85. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10009 (in Russian)

8. Myachikova N.I., Boltenko Yu.A., Churkina Ya.V., Eliseeva E.N. Influence of non-traditional flours on the formation of consumer properties of cupcakes. Polzunovskiy vestnik. [Polzunovsky Bulletin]. 2023; (4): 15–23. DOI: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.002 (in Russian)

9. Urubkov S.A., Khovanskaya S.S., Smirnov S.O. The content of essential nutrients in expanded gluten-free grains and its use in cereal bars for children. Voprosy detskoy dietologii [Problems of Pediatric Nutrition]. 2022; 20 (2): 83–6. DOI: https://doi.org/10.20953/1727-5784-2022-2-83-86 (in Russian)

10. Popov V.I., Bavykina I.A., Zvyagin A.A., Miroshnichenko L.A., Bavykin D.V. The importance of amaranth products in the diet of children with gluten intolerance. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2024; 93 (4): 14–21. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-4-14-21 (in Russian)

11. Markova Yu.M., Sidorova Yu.S. Amaranth, quinoa and buckwheat grain products: role in human nutrition and maintenance of the intestinal microbiome. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (6): 17–29. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-6-17-29 (in Russian)

12. Alvarez-Jubete L., Arendt E.K., Gallagher E. Nutritive value of pseudocereals and their increasing use as functional gluten-free ingredients. Trends Food Sci Technol. 2010; 21 (2): 106–13. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2009.10.014

13. Ciudad-Mulero M., Fernández-Ruiz V., Matallana-González M.C., Morales P. Dietary fiber sources and human benefits: the case study of cereal and pseudocereals. Adv Food Nutr Res. 2019; 90: 83–134. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2019.02.002

14. Lu L., Murphy K., Baik B.K. Genotypic variation in nutritional composition of buckwheat groats and husks. Cereal Chem. 2013; 90 (2): 132–7. DOI: https://doi.org/10.1094/CCHEM-07-12-0090-R

15. Steadman K.J., Burgoon M.S., Lewis B.A., Edwardson S.E., Obendorf R.L. Buckwheat seed milling fractions: description, macronutrient composition and dietary fibre. J Cereal Sci. 2001; 33 (3): 271–8. DOI: https://doi.org/10.1006/jcrs.2001.0366

16. Kuz’mina S.S., Kozubaeva L.A. Prescription and technological solutions during production gluten-free bakery products. Polzunovskiy vestnik. [Polzunovsky Bulletin]. 2024; (2): 140–7. DOI: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.02.018 (in Russian)

17. Beltrão Martins R., Gouvinhas I., Nunes M.C., Alcides Peres J., Raymundo A., Barros Ana I.R.N. Acorn flour as a source of bioactive compounds in gluten-free bread. Molecules. 2020; 25 (16): 3568. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25163568

18. Khavkin A.I., Naletov A.V., Shumilov P.V., Sitkin S.I., Marchenko N.A. Dietary aspects in the treatment of inflammatory bowel disease. Voprosy detskoy dietologii [Problems of Pediatric Nutrition]. 2024; 22 (1): 51–62. DOI: https://doi.org/10.20953/1727-5784-2024-1-51-62 (in Russian)

19. Rubio-Tapia A., Hill I.D., Semrad C., Kelly C.P., Greer K.B., Limketkai B.N., Lebwohl B. College of Gastroenterology Guidelines Update: diagnosis and management of celiac disease. Am J Gastroenterol. 2023; 118 (1): 59–76. DOI: https://doi.org/10.14309/ajg.0000000000002075

20. Zvyagin A.A., Bavykina I.A., Gubanova A.V. Non-celiac non-allergic gluten sensitivity. Pediatriya. Zhurnal imeni G.N. Speranskogo [Pediatrics Journal named after G.N. Speransky]. 2018; 97 (6): 147–51. DOI: https://doi.org/10.24110/0031-403X-2018-97-6-147-151 (in Russian)

21. Recipes for biscuits, biscuits and waffles. Edited by M.K. Smirnova. Moscow: Pishchevaya promyshlennost’, 1969: 553 p. ISBN: 978-5-458-44111-7. (in Russian)

22. Chemical composition of Russian food products: a handbook. Edited by I.M. Skurikhin, V.A. Tutelyan. Moscow: DeLi print, 2002: 236 p. ISBN: 5-94343-028-8. (in Russian)

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.