XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Выделение диких дрожжей из природных источников (диких ягод) и их применение в хлебопечении

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лобанов Л.А. 1

---

1МАОУ «Гимназия № 12»

Шубина Н.И. 1

---

1МАОУ "Гимназия № 12"

Работа в формате PDF

461.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире, несмотря на обилие стандартизированных хлебобулочных изделий, у большинства людей наблюдается забота о своём здоровье, устойчивый интерес к натуральным продуктам, традиционным технологиям и здоровому питанию. Промышленное хлебопечение основано на использовании коммерческих штаммов дрожжей, что обеспечивает скорость и предсказуемость, но часто приводит к упрощению вкуса и снижению питательной ценности продукта.¹ Хлебобулочные изделия любят многие, несмотря на состояние своего здоровья. Для многих ребят эта работа так же будет очень важна и интересна, так как в последнее время детям очень часто ставится диагноз – сахарный диабет. Поэтому им нужно особенно тщательно следить за своим питанием.

Цель работы: практически освоить и научно обосновать методику выделения диких дрожжей из природного сырья (диких ягод), получить на их основе стабильную хлебопекарную закваску, приготовить хлеб и провести сравнительный анализ его свойств с хлебом на коммерческих дрожжах.

Задачи:

1. Изучить теоретические основы микробиологии спонтанного брожения, симбиоза дрожжей и молочнокислых бактерий в закваске.

2. Провести критический анализ популярных мифов о дрожжах и оценить реальные различия между «быстрыми» дрожжами и длительной ферментацией.

3. Экспериментальным путем выделить дикие микроорганизмы из ягод черники, брусники и шиповника и стабилизировать симбиотическую закваску.

4. Разработать рецептуру и пошаговую технологию приготовления хлеба на полученной закваске с применением длительной холодной расстойки.

5. Провести сравнительный анализ хлеба на дикой закваске и образцов на коммерческих дрожжах.

6. Обобщить результаты, сформулировать выводы.

Методы и приёмы:

• Анализ научной литературы, систематизация информации, сравнение, обобщение.

• Наблюдение, эксперимент, описание.

• Практические: лабораторные техники микробиологии (культивирование), кулинарные технологии (замес теста, выпечка).

• Сравнительный анализ.

Гипотеза исследования: я предполагаю, что на поверхности диких ягод (малины, брусники) обитают живые дикие дрожжи и молочнокислые бактерии. Их можно «вырастить» в банке с мукой и водой, создав активную закваску. Хлеб, испечённый на этой закваске с использованием длительной расстойки, будет иметь более яркий вкус, эластичный мякиш и дольше оставаться свежим по сравнению с магазинным хлебом на дрожжах.

Теоретическая часть

Моя работа — это настоящее научно-кулинарное приключение на пересечении биологии, технологии и здорового образа жизни.

• С точки зрения биологии:

Для учёного-микробиолога домашняя закваска — это живая лаборатория в банке. В ней обитает сообщество микроорганизмов: дрожжей и бактерий. Они взаимодействуют друг с другом — такое сожительство называется симбиозом. Изучая такие сообщества, особенно полученные из диких источников (ягод), учёные лучше понимают законы природы и могут находить новые полезные микроорганизмы. Это важно не только для хлеба, но и для производства йогуртов, сыров и даже лекарств.²

• С точки зрения технологии и кулинарии:

Во всём мире ценят хлеб с уникальным, глубоким вкусом. Такой вкус невозможно получить на быстрых дрожжах. Пекари ищут способы создавать особенный продукт. Закваска, особенно если она сделана из местных ягод или фруктов, придаёт хлебу неповторимый оттенок вкуса — отражение той местности, где он испёкся. Это делает хлеб уникальным.

• С точки зрения здорового питания:

Длительный процесс брожения закваски меняет свойства муки. Такой хлеб:

1. Лучше усваивается, так как часть работы по расщеплению сложных веществ делают за нас микроорганизмы.

2. Дольше остаётся свежим, потому что кислоты, вырабатываемые бактериями, — натуральные консерванты.

3. Содержит меньше фитиновой кислоты (вещества в оболочке зерна, которое может мешать усвоению минералов).

В обществе нет единого мнения о том, какой хлеб лучше. Важно знать аргументы всех сторон.³

Точка зрения «за традиции»: Её сторонники считают, что закваска — это естественный и проверенный тысячелетиями способ. Они ценят в таком хлебе сложный вкус, натуральность и то, что в нём нет ускорителей и искусственных добавок. Для них важен сам процесс — небыстрый, но уважительный по отношению к продукту.

Точка зрения «за прогресс»: Её сторонники указывают на огромные преимущества промышленных дрожжей. Благодаря им хлеб стал дешёвым, безопасным и доступным для всех. Производство стало быстрым и контролируемым. Они считают закваску интересным, но непрактичным для массового производства методом, удел которого — небольшие пекарни и энтузиасты.

Научная точка зрения: Биология не считает промышленные дрожжи «вредными». Это такие же живые организмы, но специально отобранные. Главное различие — в технологии, а не во «вреде». Быстрые дрожжи — это инструмент для массового производства. Закваска — это инструмент для получения уникального продукта через длительную ферментацию. Оба способа имеют право на существование.

Основные понятия:

1. Дрожжи — «подниматели» теста, одноклеточные микроскопические грибы. Питаются сахарами и в процессе спиртового брожения выделяют углекислый газ и немного спирта. Пузырьки газа и поднимают тесто, делая его пышным.⁴ Бывают - промышленные (один специальный сорт, который работает очень быстро), дикие (разные виды, живущие в природе, могут быть медленнее, но выносливее).

2. Молочнокислые бактерии - полезные бактерии (как в йогурте), питаясь сахарами, выделяют кислоты (молочную, уксусную). Эти кислоты придают хлебу приятную кислинку и сложный аромат и создают кислую среду, в которой не могут развиваться плесень и вредные микробы. Это естественная защита закваски.

3. Закваска — «дружная семья микроорганизмов». Закваска — это не «отсутствие дрожжей», а их стабильный союз с молочнокислыми бактериями. Вместе они образуют устойчивую экосистему. Дрожжи отвечают за подъём, бактерии — за вкус и защиту. Такую «семью» можно сохранять и кормить (мукой и водой) месяцами и даже годами.

4. Ферментация (брожение) — суть процесса, общее название работы дрожжей и бактерий. В закваске идут два процесса одновременно:

1. Спиртовое брожение (от дрожжей) → даёт пузырьки газа → пышность.

2. Молочнокислое брожение (от бактерий) → даёт кислоты → вкус и сохранность. Длительная ферментация (например, когда тесто медленно зреет в холодильнике 12 часов) — ключ к развитию насыщенного вкуса.

5. Фитиновая кислота — «ловушка для минералов». Это природное вещество, содержащееся в оболочке зёрен. Молекула фитиновой кислоты образует устойчивые соединения с минералами, такими, как цинк или железо, в результате чего биодоступность этих веществ значительно снижается.

Фитиновая кислота действительно выступает как «антинутриент», связывая важные минералы. Однако её негативное влияние можно нейтрализовать. Ключевую роль в этом играют два естественных процесса:

• Ферментация (брожение). Это главный механизм в моей работе. Во время длительного созревания закваски или теста активируется собственный фермент муки — фитаза. Он расщепляет фитиновую кислоту, высвобождая связанные минералы (железо, цинк, кальций) и фосфор, делая их доступными для усвоения организмом.

• Закисление среды. Молочнокислые бактерии в закваске вырабатывают кислоты (молочную, уксусную). Кислая среда (низкий pH) сама по себе способствует разрушению фитатов и дополнительно активирует работу фитазы, которая наиболее эффективна именно в такой среде.

В хлебе на быстрых дрожжах (1-2 часа брожения) эти процессы почти не успевают произойти. А в хлебе на натуральной закваске, особенно при длительной (12-16 часов) холодной расстойке, фитиновая кислота успевает расщепиться почти полностью. Это делает минералы из муки биодоступными и превращает заквасочный хлеб в полноценный источник минералов. Кислая среда закваски и длительное брожение помогают нейтрализовать фитиновую кислоту, делая хлеб более полезным.

Практическая часть

Для проведения практической части мне потребовалось:

1. Источники диких микроорганизмов: Свежесобранные дикие ягоды — малина и брусника (100 г). Они не мылись, чтобы сохранить естественную микрофлору на их поверхности.

2. Питательная среда: Дистиллированная вода, цельнозерновая ржаная и пшеничная мука высшего сорта. Мука — это «еда» для будущих микроорганизмов.

3. Инструменты: Стеклянные банки (0.5 л и 1 л), марля для воздухообмена, резинки, электронные кухонные весы, деревянная ложка, мерный стакан, термометр.

4. Для выпечки: Духовка, противень, миска для расстойки, острый нож для надрезов.

План действий (этапы эксперимента):

1. Выделение стартера: получение первичной закваски из ягод и муки. (См. Приложение 1)

2. Стабилизация: превращение нестабильной смеси в крепкую, предсказуемую закваску путём регулярных «подкормок». (См. Приложение 2)

3. Приготовление теста: замес теста на зрелой закваске с использованием метода длительной холодной расстойки. (См. Приложение 3)

4. Выпечка и анализ: выпечка хлеба, сравнение с магазинным хлебом. (См. Приложение 4 - 5)

Моя гипотеза подтвердилась: на поверхности диких ягод действительно обитают активные дикие дрожжи и молочнокислые бактерии. Их успешно можно переселить и вырастить в виде стабильной симбиотической закваски.

Ключ к успеху — режим и терпение: главными условиями стали постоянная температура на старте, регулярные подкормки и время. Без 10-дневного цикла стабилизации сильную закваску не получить.

Метод имеет значение: использование длительной холодной расстойки (ночь в холодильнике) оказалось решающим для формирования глубокого вкуса и эластичной структуры мякиша экспериментального хлеба.

Сравнение доказало разницу:

Хлеб на ягодной закваске объективно и по всем параметрам (вкус, аромат, структура, сохранность) превзошёл магазинный хлеб. Это наглядно показывает разницу между двумя принципиально разными подходами к хлебопечению.

Хлеб на натуральной закваске имеет важное преимущество — низкий гликемический индекс. Это значит, что углеводы из такого хлеба усваиваются организмом медленно, не вызывая резкого скачка сахара в крови. Для людей с сахарным диабетом это свойство особенно ценно. Достигается такой эффект благодаря длительному брожению, в ходе которого сложные вещества в муке частично расщепляются, а образующиеся кислоты дополнительно замедляют усвоение. Таким образом, умеренное потребление качественного заквасочного хлеба может быть более предпочтительным выбором в рамках диеты, чем хлеб из муки высшего сорта на быстрых дрожжах.

Итогом работы стал не просто вкусный «золотой» каравай, а готовая к использованию закваска (которую можно хранить и использовать дальше), освоенная технология и ценный опыт настоящей исследовательской работы, соединившей биологию и кулинарию.

Заключение

В результате работы все поставленные задачи были выполнены. Я изучил теоретический материал, получил закваску из малины и брусники, испек хлеб на закваске, сравнил его и магазинные по вкусу, запаху и виду, и другим показателям.

Методы: использовал наблюдение, эксперимент и сравнение.

Все четыре этапа проекта завершены. Цель достигнута. Я получил активную закваску и чудесный полезный хлеб. Сравнение показало, что хлеб на ягодной закваске:

• Вкуснее и ароматнее, с лёгкой кислинкой.

• Имеет интересную, неровную мякоть.

• Дольше остаётся свежим.

• Обладает важным преимуществом — низким гликемическим индексом.

Приготовленный на натуральной закваске из диких дрожжей, — это не просто вкусная традиция, а продукт с уникальными свойствами, делающими его ценным для здоровья. В отличие от хлеба на промышленных дрожжах, который готовится быстро, заквасочный хлеб рождается в результате долгого симбиоза диких дрожжей и молочнокислых бактерий. Этот медленный процесс ферментации, длящийся многие часы, кардинально меняет структуру муки и наделяет хлеб особыми преимуществами. Эти преимущества становятся особенно важными для людей, живущих с сахарным диабетом 1 типа, и для всех, кто заботится о полноценном усвоении питательных веществ.

Польза для управления сахарным диабетом 1 типа: низкий гликемический индекс

Для людей с диабетом 1 типа контроль уровня глюкозы в крови — ежедневная задача. Ключевым параметром здесь является гликемический индекс (ГИ) продукта, который показывает, насколько быстро съеденные углеводы превращаются в сахар крови.

• Механизм: Длительная ферментация в закваске приводит к предварительному расщеплению сложных крахмалов муки. Молочнокислые бактерии вырабатывают органические кислоты. Эти два фактора вместе способствуют тому, что углеводы из такого хлеба усваиваются организмом медленно и постепенно.

• Результат: Хлеб на закваске имеет значительно более низкий ГИ по сравнению с обычным белым или даже цельнозерновым хлебом на быстрых дрожжах. Это означает, что после его употребления не происходит резкого, «пикового» скачка уровня глюкозы в крови. Поддержание более плавной гликемической кривой облегчает расчет и подбор необходимой дозы инсулина, снижает риски гипергликемии и способствует лучшему общему контролю за заболеванием. Таким образом, такой хлеб может стать более безопасным и предсказуемым компонентом диеты и вообще правильного питания.

Библиографический список

1.Большая книга опытов и экспериментов для детей. — Москва: АСТ, 2022. — Глава «Опыты с дрожжами».

2.ГОСТ 31743-2017. Дрожжи хлебопекарные прессованные. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2017. — 12 с

3.Гузман Л.В. Микробиология заквасок для хлебопечения: учебное пособие

4.Детская энциклопедия «Всё обо всём». Том 5. — Москва: АСТ, 2021. — Страницы 45-48: «Почему хлеб бывает пышным?».

5.Книга юного пекаря: рецепты для детей. — Санкт-Петербург: Питер, 2021. — Раздел «Мой первый хлеб».

6.Ольгин, О. Опыты без взрывов. — Москва: Детская литература, 2019. — Глава «Волшебные пузырьки».

7.Сайт «Детская энциклопедия “Хочу всё знать”». — Статья «Что такое дрожжи?» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://allforchildren.ru/why/whatis31.php (Дата обращения: 25.04.2024).

8.Сайт Российской государственной детской библиотеки (РГДБ). — Виртуальная выставка «Удивительная наука — биология» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://rgdb.ru (Дата обращения: 25.04.2024).

9.Степанова А.Н. Мифы и правда о дрожжах:научный обзор

10.Тит, Том. Научные забавы: занимательные опыты для детей. — Москва: Издательский дом Мещерякова, 2020. — Глава «Кухня — моя лаборатория».

11.Энциклопедия для детей «Аванта+». Том «Человек». 4-е издание. — Москва: Мир энциклопедий Аванта+, 2018. — Страницы 112-115: «Как мы перевариваем пищу?».

12.De Vuyst, L., & Neysens, P. The sourdough microflora: biodiversity and metabolic interactions // Trends in Food Science & Technology. – 2005. – Vol. 16(1-3). – P. 43-56.

Приложение 1

Этап 1: Выделение первичной закваски

Цель: поселить микроорганизмы с поверхности ягод в питательную мучную среду и дать им начать размножаться.

День 0 (Старт):

В чистой банке я смешал 100 г ягод, 100 мл тёплой воды (28°C) и 50 г цельнозерновой ржаной муки. Консистенция получилась, как у густой каши. Банку накрыл марлей, закрепил резинкой и поставил в тёмное место, где постоянно около 25°C. Это важно для начала брожения.

Дни 1-3 (Начало жизни):

Каждый день я «подкармливал» смесь: добавлял по 25 г муки (смесь ржаной и пшеничной) и 25 мл воды, хорошо перемешивая. Это давало микробам свежую пищу и кислород.

Что я наблюдал (первые признаки успеха):

День 2: появились первые одиночные пузырьки на стенках банки. Запах изменился с травянистого на фруктово-сладковатый.

День 3: Пузырьков стало значительно больше, появилась пена. Запах стал более выраженным, с лёгкой кислинкой. Объём смеси увеличился. Это верный признак, что дрожжи и бактерии проснулись и начали работать!

День 4 (Отделение ягод):

Как только брожение стало активным (много пузырей, кислый запах), я аккуратно удалил ягоды из смеси деревянной ложкой. У меня получился первичный стартер — ещё не закваска, но уже живая и активная культура.

Приложение 2

Этап 2: Стабилизация закваски

Цель: из нестабильной, молодой культуры сделать сильную, предсказуемую и зрелую закваску.

Метод — регулярные «подкормки» (пассирование): каждые 24 часа я проделывал одну и ту же операцию: брал чистую банку, откладывал в неё 50 г старого стартера. Добавлял к нему 50 г свежей муки и 50 мл воды комнатной температуры. Всё тщательно перемешивал. Оставшийся старый стартер выбрасывал.

Этот процесс я повторял 10 дней подряд. За это время в банке шла естественная селекция: самые сильные и хорошо приспособленные к мучной среде дрожжи и бактерии размножались, а слабые и случайные микробы исчезали.

Критерии успеха (как мы поняли, что закваска готова): через 5-6 часов после подкормки закваска увеличивалась в объёме в 2-2.5 раза, а к 12 часу начинала опадать. Этот цикл повторялся каждый день.Резкие или неприятные запахи исчезли. Аромат стал чистым, освежающе-кислым, с лёгкими хлебными нотками. Закваска стала пузырчатой, эластичной, напоминала воздушное тесто.

Тест на плавучесть (главный тест): Небольшой кусочек зрелой закваски, брошенный в стакан с водой, должен всплыть.

Это доказывает, что в ней много пузырьков углекислого газа, а значит, дрожжи очень активны. Моя закваска прошла этот тест на 8-й день!

Сложности и их решение:

Проблема: На 3-й день стабилизации в одной из баночек запах стал слишком резким, похожим на ацетон.

Причина: Активность уксуснокислых бактерий (они тоже могут быть в смеси).

Решение: Я стал кормить закваску чаще — не раз в сутки, а раз в 12 часов. Это помогло молочнокислым бактериям быстрее закислить среду и взять верх. Через два дня запах нормализовался.

Приложение 3

Этап 3: Приготовление и выпечка хлеба

Цель: использовать нашу зрелую ягодную закваску для выпечки хлеба и приготовить хлеб.

Рецептура нашего экспериментального хлеба:

• Зрелая ягодная закваска: 200 г

• Мука пшеничная: 300 г

• Мука ржаная: 100 г

• Вода: 180 мл

• Соль: 8 г

Технология с длительной холодной расстойкой:

1.Смешивание и автолиз (30 мин): смешал всю муку с водой до однородности, накрыл и оставил. Это нужно для набухания клейковины.

2.Замес: добавил в миску закваску и соль. Замесил гладкое, упругое тесто.

3.Первая (тёплая) расстойка (4 часа): тесто поместил в миску, накрыл и оставил при комнатной температуре. Каждый час его аккуратно обминал («складывал») для укрепления структуры.

4.Формовка и холодная расстойка (12 часов): сформировал из теста шар, уложил швом вверх в миску, присыпанную мукой, накрыл плёнкой и убрал в холодильник на всю ночь (+4°C). Это самый важный этап для развития вкуса!

5.Выпечка: разогрел духовку с противнем до 250°C. Хлеб выложил на лист пергамента, сделал глубокие надрезы бритвой для красивого подъёма. Поставил в духовку, создал пар (побрызгал водой на стенки) и выпекал 20 минут. Затем уменьшил температуру до 200°C и допек ещё 25 минут до золотистой корочки.

Приложение 4

Этап 4: Результаты

Продукты проекта: главный продукт: активная, стабильная симбиотическая закваска, полученная из диких ягод. Итоговый продукт – каравай хлеба.

Приложение 5

Сравнительный анализ испеченного хлеба и магазинного хлеба