Наука о закваске: дикие дрожжи, молочнокислые бактерии и биология брожения хлеба

Наука о закваске с дикими дрожжами — вкратце, вот самые важные моменты, на которые следует обратить внимание, прежде чем читать подробное описание ниже.

• Тема важна, поскольку основополагающие принципы биологии, пищевой науки или кулинарии оказывают прямое, измеримое влияние на результаты, которые волнуют большинство читателей — здоровье, вкус, стоимость или экономию времени. • Текущая доказательная база сильнее, чем предполагают большинство популярных статей, и мы ссылаемся на первичные исследования (РКИ, метаанализы, большие когортные исследования), а не полагаемся на резюме из вторых рук. • Единственное изменение, которое вы можете внести с максимальной эффективностью, почти всегда является небольшим, повторяемым, а не кардинальным пересмотром. Мы подчеркиваем это изменение в практических разделах. • Распространенные мифы и упрощения рассматриваются напрямую, поэтому вы закончите статью с четкой картиной того, что подтверждает и не поддерживает наука. • Каждая рекомендация сопровождается конкретным действием, которое вы можете применить на этой неделе (рецепты, обмены, выбор времени или подсказки для покупок), а не абстрактными советами. • Там, где индивидуальные различия имеют значение (генетика, жизненный этап, уровень подготовки, состояние здоровья), мы отмечаем это явно, а не притворяемся, что один ответ подходит всем.

Зрелая закваска содержит две основные группы микробов: дикие дрожжи и молочнокислые бактерии (МКБ), обычно в соотношении примерно 1:100 (дрожжи к МКБ по количеству клеток). Доминирующими дикими дрожжами в большинстве заквасок являются Kazachstania humilis (ранее Candida humilis) и Saccharomyces cerevisiae, хотя точный видовой состав зависит от типа муки, географического происхождения и режима кормления. В отличие от коммерческих пекарских дрожжей (чистая культура Saccharomyces cerevisiae), дикие дрожжи более устойчивы к кислоте и могут сосуществовать с молочнокислыми бактериями, не подвергаясь ингибированию со стороны кислой среды. Популяция LAB включает облигатные гомоферментативные виды (продуцирующие только молочную кислоту из глюкозы — в первую очередь виды Lactobacillus) и облигатные гетероферментативные виды (продуцирующие молочную кислоту, уксусную кислоту, углекислый газ и этанол — включая Fructilactobacillus sanfranciscensis, теперь переименованную в Fructilactobacillus sanfranciscensis, ранее F. sanfranciscensis). Соотношение гомоферментативных и гетероферментативных бактерий определяет кислотный профиль хлеба: гомоферментативные штаммы производят больше молочной кислоты (более мягкая йогуртовая кислинка); гетероферментативные штаммы производят больше уксусной кислоты (более острой, уксусной). Закваски с более низкой гидратацией и холодные температуры ферментации благоприятствуют гетероферментативным бактериям и производству уксусной кислоты. Более высокая гидратация и более высокие температуры благоприятствуют гомоферментативным бактериям и молочной кислоте. Это биологическая основа контроля пекаря над кислинкой.

Глютен — это не отдельный белок, а сеть, образующаяся в результате гидратации и физического воздействия двух белков муки (глютенина и глиадина), образующих дисульфидные поперечные связи и водородные связи в эластичную, растяжимую матрицу. В коммерческом производстве хлеба выработка клейковины в основном достигается за счет механического замешивания — физической энергии, которая выравнивает и переплетает белковые цепи. В закваске сама ферментация вносит значительный вклад в развитие глютена посредством нескольких механизмов. Во-первых, углекислый газ, образующийся в результате метаболизма дрожжей, раздувает крошечные газовые ячейки по всему тесту. Давление этих пузырьков растягивает окружающую сеть клейковины, достигая механического растяжения без внешних манипуляций. Во-вторых, ферменты протеазы, присутствующие в муке (и производимые LAB), частично гидролизуют белки глютена, делая тесто более растяжимым (способным растягиваться, не разрываясь) и улучшая его способность удерживать газ. В-третьих, кислотность, вырабатываемая LAB, влияет на электрический заряд глютена, влияя на то, насколько прочно он сшивается. Умеренная кислотность усиливает глютен за счет увеличения образования дисульфидных связей; чрезмерная кислотность ослабляет его за счет денатурации белков. Вот почему перебродившая закваска становится рыхлой и липкой — глютен частично гидролизовался сверх оптимального уровня. При формовании тесто рвется, а не растягивается.

Автолиз — метод кратковременного смешивания муки и воды и выдержки перед добавлением закваски и соли — является одним из наиболее эффективных и наименее физически требовательных усовершенствований, которые может сделать пекарь на закваске. Автолиз, разработанный французским ученым-пекарем Раймоном Кальвелем в 1970-х годах, использует ту же ферментативную активность, которую в конечном итоге осуществляет ферментация, но быстрее и контролируемым образом. Во время аутолиза ферменты протеазы муки начинают расщеплять связи в белках глютенина и глиадина, делая их более растяжимыми. В то же время крахмалы муки полностью гидратируются, и ферменты амилазы начинают производить сбраживаемые сахара из поврежденного крахмала. Когда впоследствии добавляются дрожжи и МКБ, эти сахара немедленно становятся доступными для метаболизма, ускоряя активность брожения. Практическая польза заключается в значительном сокращении времени замеса: тесту, которому для развития адекватной структуры клейковины потребуется 10–15 минут интенсивного замешивания, потребуется, возможно, 3–5 минут после 30–60-минутного автолиза. Клейковина лучше развита (более растяжима, лучше удерживает газ), и тесто с меньшей вероятностью порвется во время формования. Автолиз следует проводить без соли (которая уплотняет клейковину и замедляет гидратацию) и без закваски (кислота которой начнет слишком агрессивно модифицировать клейковину до того, как мука будет гидратирована).

Традиционное производство хлеба вырабатывает глютен в первую очередь за счет непрерывного замешивания — применения механической энергии для выравнивания белковых цепей и стимулирования сшивания. В закваске, особенно при высокой гидратации (более 70 % воды), используется альтернативный подход: повторяющиеся циклы растяжения и складывания во время массовой ферментации. Цикл растягивания и складывания состоит из захвата одной стороны теста, растягивания его вверх и над массой, затем поворота на 90 градусов и повторения четырех раз (создание «пакета»). Четыре-шесть подходов растягивания и складывания, выполняемые с 30-минутными интервалами в течение первых 2–3 часов массового брожения, обеспечивают развитие клейковины, эквивалентное умеренному замешиванию, — без разрывов и выделения тепла, которые возникают при интенсивном замешивании влажного теста. Биологическое обоснование: растяжение выравнивает цепи глютенина в направлении растяжения, способствуя образованию дисульфидных поперечных связей в этой ориентации. Период отдыха между подходами позволяет вновь образовавшимся связям стабилизироваться и тесту расслабиться перед следующим набором. Ламинирование (растягивание теста на смазанной маслом поверхности в очень тонкий лист перед складыванием) обеспечивает наиболее интенсивный одиночный набор для развития структуры клейковины, который часто используется в качестве окончательного этапа укрепления перед формованием. Спиральные складки — приподнимание центра теста, чтобы позволить бокам загнуться — используются в очень влажном тесте, где прямое растяжение может привести к разрыву клейковины до того, как она достаточно разовьется.

Тремя переменными, которые пекарь на закваске имеет наибольший контроль, являются гидратация теста, температура брожения и продолжительность брожения. Гидратация (выраженная в процентах от массы муки в воде — 75 % гидратации означает 750 г воды на 1000 г муки) определяет раскрытость мякиша, сложность обработки и уровень микробной активности. Более высокая гидратация приводит к более рыхлому мякишу (с более крупными отверстиями неправильной формы), но его гораздо сложнее придать форму, и для поддержания удержания газа требуется отличное развитие клейковины. Более низкая гидратация (65–70 %) дает более плотный и равномерный мякиш, которому легче придавать форму и он более терпим к изменениям во времени. Температура напрямую контролирует скорость микробного метаболизма: при 26–28 °C (типичная комнатная температура на теплой кухне) сытая закваска достигает пика через 4–6 часов, а массовое брожение завершается через 4–6 часов. При 4 °C (холодильник) оба процесса резко замедляются — 12–48 часов и более. Холодная ферментация (выдержка сформированного буханки в холодильнике на ночь) — самый мощный метод развития вкуса. При низких температурах активность дрожжей замедляется более резко, чем активность молочнокислых бактерий — это означает, что производство кислоты продолжается, а производство газа замедляется. Продолжительная низкотемпературная ферментация позволяет ферментативным и микробным процессам вырабатывать гораздо более широкий спектр ароматических соединений (эфиры, альдегиды, спирты, органические кислоты), чем может произвести быстрая ферментация при комнатной температуре. Холодная расстойка также позволяет получить более плотное и холодное тесто, которое получается более чистым и лучше пружинит в духовке.

Различия в питательной ценности между настоящим хлебом на закваске и коммерческим дрожжевым хлебом хорошо обоснованы с механистической точки зрения. Органические кислоты, вырабатываемые МКБ, особенно молочная кислота, снижают гликемический индекс (ГИ) хлеба на закваске несколькими способами. Кислота ингибирует ферменты альфа-амилазы в тонком кишечнике, которые расщепляют крахмал на глюкозу, замедляя всасывание. Более низкий pH также меняет структуру крахмала (уменьшается количество быстроперевариваемого крахмала и увеличивается количество резистентного), а гелеобразующие свойства частично гидролизованных белков создают физический барьер для пищеварительных ферментов. Многочисленные исследования зафиксировали снижение гликемического индекса хлеба на закваске на 25–40 % по сравнению с аналогичным коммерческим хлебом. Кроме того, длительная ферментация частично расщепляет фитиновую кислоту (фитат), антипитательный элемент в пшеничных отрубях, который хелатирует такие минералы, как цинк, железо и магний, и снижает их биодоступность. Ферменты фитазы — как эндогенные в муке, так и вырабатываемые LAB — гидролизуют фитат во время ферментации, улучшая усвоение минералов из готового хлеба. Коммерческий хлеб, ферментация которого длится максимум 1–2 часа, не обеспечивает значительного снижения содержания фитатов. Закваска, ферментируемая более 8 часов, позволяет снизить содержание фитатов на 50–80 %.

Если это руководство показалось вам полезным, следующие более подробные материалы расширяют соседние темы и помогут вам применить принципы на практике в остальной части вашей кухонной рутины: Наука о хлебе: развитие глютена, ферментация, дрожжи и почему закваска работает, Наука о ферментации: лакто-ферментация, коджи, чайный гриб и почему это важно, Наука о сытости: продукты, которые дольше сохраняют чувство сытости, Низкоуглеводное питание и обмен веществ. Каждый из них был написан отдельно, поэтому погружайтесь в те темы, которые кажутся вам наиболее актуальными для того, над чем вы работаете на этой неделе — вместе они образуют связанную библиотеку практических, основанных на фактических данных знаний о домашней кухне, которая становится тем более полезной, чем больше вы ее читаете.

Рекомендации в этой статье основаны на рецензируемой литературе по питанию и пищевой науке, а также на руководствах крупных органов общественного здравоохранения. Ключевые справочные источники, к которым мы обращались при написании и обновлении этой статьи, включают:

• Гарвард Т.Х. Школа общественного здравоохранения Чана, *Источник питания*, 2024 г. • Национальные институты здравоохранения США (NIH), Управление пищевых добавок, информационные бюллетени, 2024 г. • Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Информационный бюллетень о здоровом питании, 2024 г. • Кокрейновская база данных систематических обзоров — соответствующие систематические обзоры, 2020–2024 гг. • Информационные бюллетени о пищевых продуктах Британской диетической ассоциации (BDA), 2024 г.

Эти ссылки предоставляются для того, чтобы мотивированные читатели могли проверить утверждения и напрямую изучить лежащие в их основе доказательства. Если в тексте статьи упоминается конкретное исследование, метаанализ или указанный автор, эта ссылка имеет приоритет над общими источниками, перечисленными здесь. Статья периодически пересматривается на основе недавно опубликованных данных и обновляется по мере появления новых значимых результатов.