«Хлеб и в космосе должен оставаться хлебом». Наука о хлебе ― интервью с руководителями НИИХП Мариной Костюченко и Владимиром Мартиросяном

Впервые опубликовано 9 декабря 2023 г. 

НИИ хлебопекарной промышленности в Москве ― единственный в мире производитель хлеба для космонавтов. Но это только одно из направлений работы института с почти вековой историей: в 2022 г. НИИХП исполнилось 90 лет. В 2023 г. коллектив получил благодарность президента РФ «За вклад в развитие науки и многолетнюю добросовестную работу».

Как выглядит хлеб для космонавтов, какие требования предъявляются при его приготовлении и почему он не портится больше года? Какие технологии разрабатывают специалисты института для повышения качества и безопасности хлеба? Ржаной, пшеничный или цельнозерновой: чему отдать предпочтение в магазине? Об этом ― в интервью «Научной России» с директором института кандидатом технических наук Мариной Николаевной Костюченко и заместителем по научной работе доктором технических наук Владимиром Викторовичем Мартиросяном.

― Хлеб пекут веками, рецепты и технологии его производства исследованы и хорошо понятны. Что нового сегодня можно открыть в производстве хлеба? И на что направлены приоритеты исследований вашего института? 

М.Н. Костюченко: На протяжении 90 лет существования Института хлебопекарной промышленности его миссия менялась в зависимости от актуальных проблем и задач, стоящих перед государством и хлебопекарной отраслью. Именно нашему институту 90 лет назад было поручено преобразовать кустарное хлебопечение в индустриальную отрасль. Необходимо было создать технологии, позволявшие производить хлеб на промышленных линиях. Чтобы накормить молодое государство, технологии, которые раньше использовались в пекарнях, были адаптированы и масштабированы для индустриального производства, разрабатывались новые рецептуры, были подготовлены первые методические рекомендации по выпуску продукции, внедрялись ГОСТы. Фактически именно тогда зародилась сама наука о хлебе.

Применяя научные подходы, наши предшественники начали формировать коллекцию промышленно ценных микроорганизмов, которые до сих пор позволяют реализовывать заквасочные технологии. Все новое ― это хорошо забытое старое, и сегодня в тренде во всем мире производство хлеба на заквасках. Именно традиционные технологии на заквасках позволяют получить качественный хлеб: он вкусный и ароматный, долго хранится, не черствеет и не плесневеет, а из-за большого количества органических кислот способствует профилактике дисбактериоза и помогает поддерживать нормальную микрофлору кишечника. Мы постоянно пополняем коллекцию микроорганизмов, работаем над созданием новых микробных композиций, позволяющих получить уникальные вкусы и ароматы хлеба.

С развитием медико-биологических требований к рациону питания отдельных групп населения появляются новые задачи и в нашем институте. Например, есть категория людей, которые не переносят глютен. Этот белок содержится в пшенице и ржи и, соответственно, в традиционных видах хлеба. Для таких людей нужен другой хлеб, из кукурузной или рисовой муки, а значит, нужны и особенные закваски, которые мы создаем для того, чтобы хлеб из новых ингредиентов остался привычным хлебом со знакомыми вкусом и ароматом. Эта работа продолжается, и развитие заквасочных технологий ― одно из приоритетных направлений работы Института хлебопекарной промышленности.

― Насколько велика нынешняя коллекция и как часто получается ее пополнять?

М.Н. Костюченко: В нашей коллекции промышленно ценных микроорганизмов около 200 штаммов. Кроме того, в институте собрана коллекция условно патогенных микроорганизмов ― порядка 100 штаммов. Но мы не останавливаемся на достигнутом и постоянно находим новые микроорганизмы. Недавно мы проводили масштабную работу по гранту РНФ: организовали экспедицию ученых для поездок в отдаленные населенные пункты Северо-Западного региона, где сохранились аутентичные, десятилетиями поддерживаемые хлебные закваски, отличающиеся уникальными микробными консорциумами, обеспечивающими вкус и аромат настоящего деревенского хлеба. С помощью геномного секвенирования мы исследовали полученные штаммы, отбирали наиболее активные из них и пополняли нашу коллекцию. В прошлом году ездили в экспедицию в город Троицк Оренбургской области. На местном хлебопекарном предприятии выпускают прекрасный хлеб, даже в Москве такого нет. Там мы выделили пять штаммов, пополнивших нашу коллекцию, и назвали их «Оренбургскими». Эти штаммы позволяют получать закваски для выпечки хлеба со специфическими вкусом и ароматом из муки из твердой пшеницы, которая обычно используется для приготовления макаронных изделий.

― Ваш институт был открыт в один год с селекционным центром «Немчиновка». У вас есть какие-то совместные проекты и исследования?

В.В. Мартиросян: Качество хлеба в первую очередь обусловлено качеством муки, из которой он выпекается. А для производства муки с высокими хлебопекарными свойствами необходимо зерно надлежащего качества. Чтобы создать новые сорта пшеницы, селекционерам требуется достаточно много времени: восемь, а иногда и все десять лет. Мы оцениваем технологические свойства муки, получаемой из новых сортов пшеницы и ржи, и разрабатываем технологии производства хлебобулочных изделий на их основе. Предназначение пшеницы в масштабах страны гораздо шире, чем выпечка хлеба, но нас интересуют свойства зерна, позволяющие выпускать именно этот продукт.

М.Н. Костюченко: Взаимодействие селекционеров, сельхозпроизводителей, мукомолов и хлебопеков действительно очень важно. Ведь новые сорта зерна выводятся не просто так, их разрабатывают для определенных целей. И бóльшая часть зерна производится именно для хлебопекарной муки. Сейчас мы развиваем сотрудничество с ФНЦ агроэкологии РАН в Волгограде, совместно создаем лабораторию оценки качества хлебобулочных изделий. Дело в том, что у специалистов, занимающихся селекцией и семеноводством, как правило, нет компетенций в технологиях приготовления хлеба и оценки его качества. Работа новой лаборатории будет направлена на объективную оценку хлебопекарного достоинства муки из новых сортов зерна, создание которых должно быть направлено на улучшение качества и повышение пищевой ценности хлебобулочных изделий.

Кроме того, еще не выполнено поручение президента РФ от 2018 г., предусматривающее повышение качества и пищевой ценности хлеба. Конечно, определенные шаги в этом направлении сделаны, но финальная цель не достигнута. Содержание белка, витаминов и минеральных веществ в хлебобулочных изделиях еще не достигло значений, рекомендуемых специалистами ФИЦ питания и биотехнологии. А для этого исследования по созданию новых сортов ценной и сильной пшеницы должны быть продолжены. 

― В цепочке взаимодействий надо вспомнить и бизнес: предприятия, которые непосредственно выпускают хлеб в промышленных масштабах. Какой запрос вы видите от них?

В.В. Мартиросян: С хлебопекарными предприятиями мы взаимодействуем практически ежедневно. Их запросы касаются разработки новых технологий производства хлебобулочных изделий, оценки качества и свойств муки и других ингредиентов. Важные вопросы связаны с повышением уровня образования или компетенций специалистов, работающих на предприятиях. Не секрет, что сегодня наблюдается острый дефицит профессиональных технологов хлебопекарной промышленности. Система подготовки таких кадров претерпела колоссальные изменения, к сожалению, не в лучшую сторону, причем это касается не только хлебопечения, но и других пищевых отраслей. Мы помогаем предприятиям в этой области. У нас работает Научно-технологический центр «Академия хлебопечения», где запущен широкий спектр образовательных программ, проводятся мастер-классы и курсы повышения квалификации. Мы передаем специалистам знания, накопленные в институте за весь период его деятельности.

В Испытательном центре нашего института мы разрабатываем новые методы идентификации пищевых веществ, ведем работы по определению пищевой ценности хлебобулочных изделий. Эти направления также востребованы на предприятиях хлебопекарной отрасли.

М.Н. Костюченко: Академия хлебопечения НИИХП ― это уникальная площадка, позволяющая получить теоретические и практические знания. На базе новейшего пекарного и тестоприготовительного оборудования сформирован учебный класс, в котором можно реализовать любые современные технологии: заквасочные, с отложенным брожением, с использованием замораживания и охлаждения, для приготовления слоеных изделий и другие.

Более того, на базе этого Научно-технологического центра есть возможность разрабатывать новые изделия и апробировать их производство на промышленных линиях. 90 лет назад институт создавался по типу научно-производственного комплекса, и мы ― один из немногих институтов, сохранивших собственную производственную площадку. Наши производственные линии могут вырабатывать до 50 т хлебобулочных изделий в сутки, которые мы поставляем в торговую сеть Москвы.

― Одно из направлений вашей работы ― создание хлеба для космонавтов, работающих на МКС. Какие требования выдвигаются к этой категории продуктов и какие исследования проводились в этой области?

В.В. Мартиросян: Наш институт ― единственный в мире производитель хлеба для космонавтов. Эта работа началась в 1960-е гг., даже немного раньше, чем в космос полетел Ю.А. Гагарин. Было понятно, что освоение космического пространства неизбежно и длительность пребывания человека в космосе будет только возрастать. Тогда возникли задачи организации питания космонавтов на борту, и нашему институту поручили создание космического хлеба.

Самым простым решением было использование сухарей: они долго хранятся, имеют высокую пищевую ценность, а во время Великой Отечественной войны зарекомендовали себя как очень ценный продукт. Но эту идею сразу отклонили: было установлено, что космонавты на орбите должны получать такой же рацион, как и на Земле.

Перед учеными нашего института была поставлена задача: космический хлеб должен остаться таким же мягким, вкусным и ароматным и при этом не крошиться. Крошки в невесомости недопустимы, они могут попасть в элементы механизмов и приборов, что чревато выходом их из строя. Разработкой занимался целый отдел института. Отрабатывали рецептуру, решали, как именно должен выглядеть продукт. Особое внимание было уделено упаковке и стерилизации изделий. В то время в нашей стране почти не было практического опыта работы с упаковочными материалами, а методика тепловой стерилизации впервые отрабатывалась именно на космическом хлебе. В итоге появилась форма, сохранившаяся и до нынешнего времени. Это маленькие буханочки массой 4,5 г. Они упакованы в специальный материал, препятствующий потере влаги в процессе хранения, а разработанные технологические решения позволили довести срок годности до 15 месяцев без использования консервантов и искусственных добавок. Эти буханочки помещены в упаковку по десять штук; во время приема пищи космонавт достает их по одной и ест не разламывая и не откусывая. Такое же количество хлеба мы откусываем, когда едим его дома. В результате ― нет крошек, а хлеб остается хлебом и в космосе.

― Какие виды космического хлеба вы выпускаете?

В.В. Мартиросян: При разработке в институте создали массу рецептур, но в итоге мы остановились на изделиях, которые выбрали сами космонавты. Для этого организуются дегустации: уже летавшие или планирующие полететь космонавты пробуют разные варианты продукции и говорят, что именно будет востребовано.

Многолетняя практика показала, что популярным у космонавтов остается классический хлеб: «Бородинский», «Пшеничный», «Московский». Мы выпускаем также медовые коврижки: это сдобный продукт, который космонавты очень ценят.

По запросу «Роскосмоса» нашим институтом совместно с НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии была проведена работа по созданию новых видов изделий, в том числе и мучных кондитерских. Был разработан новый вид пшенично-ржаного хлеба, технология приготовления которого отличалась от существующих способов: готовили специальную заквашенную заварку, на основе которой замешивались опара и тесто. В рецептуре изделий впервые был использован ферментный препарат ― специфическая мальтогенная α-амилаза, которая замедляет процесс ретроградации крахмала и способствует замедлению черствения хлеба. Кроме этого, для штатных поставок космонавтам дополнительно разработаны мини-кексы и рулеты с начинками: с яблочным повидлом и с вареным сгущенным молоком.

― В чем принципиальное отличие рецептуры хлеба для космонавтов и того, который мы видим в магазинах? Если это не секрет производства…

В.В. Мартиросян: Наша основная задача ― сохранить свойства хлеба. Но это продукт краткосрочного хранения, который или высыхает, если хранить его без упаковки, или подвергается микробиологической порче. Были разработаны специальные технологические операции, позволившие особым образом стерилизовать хлеб и увеличить срок годности. Этим достаточно долго занимался специальный отдел: около 25 научных сотрудников работали только в этом направлении.

Серьезной задачей был и подбор упаковочных материалов, но в итоге и эту проблему тоже решили.

По большому счету, принципиальных технологических отличий от производства традиционного хлеба нет, ведь изначально стояла задача создать классический продукт. «Бородинский» хлеб для космонавтов точно такого же вкуса, как и на Земле: кисло-сладкого, с такой же ноткой кориандра и других компонентов. Именно поэтому наш космический хлеб пользуется такой популярностью и у посетителей, которые приходят к нам на экскурсии.

М.Н. Костюченко: Хлеб и в космосе должен остаться хлебом, поэтому мы используем традиционные технологии. Тот же «Бородинский» производится по классическому рецепту на заквасках. Но к сырью, в частности к муке, предъявляются повышенные микробиологические требования, чтобы хлеб не заплесневел.

― Какие задачи в космической отрасли сегодня стоят перед НИИХП? Запланированы какие-то проекты?

В.В. Мартиросян: В ближайшее время мы совместно с Институтом медико-биологических проблем РАН планируем участвовать в эксперименте Sirius. Данный проект ― это исследования психологии и работоспособности человека в условиях изоляции увеличенной продолжительности (365 суток) в целях поддержания будущих исследований на МКС, а также уменьшения рисков в перспективных космических исследовательских миссиях.

Мы планируем разработать хлеб, который участники эксперимента могли бы выпекать там самостоятельно. Во-первых, процесс производства хлеба в какой-то степени объединяет людей, позволяет создать комфортную психологическую обстановку. Во-вторых, перед нами стоит задача разработки нового хлебобулочного изделия с функциональными свойствами. Ученые-медики отмечают, что когда человек оказывается в стрессовой ситуации, например в изоляции, у него наблюдается изменение состава микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Эту функцию организма предлагается поддерживать продуктами питания, и хлеб очень хорошо для этого подходит. В ближайшее время мы приступим к проекту и с интересом будем ждать результатов эксперимента.

― Как насчет выпечки хлеба не в эксперименте на Земле, а непосредственно в космосе? Ученые уже задумываются об этом?

В.В. Мартиросян: Конечно, такие мысли есть и, вероятно, в обозримом будущем будут реализованы. Хотя это и достаточно сложная задача, ведь для выпечки хлеба нужны высокие температуры, необходимо обеспечить процессы смешивания, брожения и многие другие. Но это технические проблемы, которые сейчас прорабатываются.

― А что касается развития техники, которую используют для выпечки хлеба на Земле, это те же самые печи, которые были полвека назад, или появляется что-то новое?

В.В. Мартиросян: Мы помним дисковые телефоны и видим масштабный прогресс в этой области. То же самое происходит и с нашим оборудованием. В Академии хлебопечения НИИХП стоят печи, которые программируются и запускаются через интернет. Пекарю больше не надо приходить на работу в четыре часа утра, чтобы начать разогревать печь. Можно установить программу заранее или удаленно через интернет. Это цифровизация, которая пришла и в хлебопекарную отрасль.

У нас есть линии с производительностью 50 т в сутки, на которых заняты только два-три человека. Раньше об этом нельзя было и подумать, требовалось слишком много ручного труда.

М.Н. Костюченко: Если говорить об обеспечении хлебопекарной отрасли отечественным оборудованием, то, конечно, ситуация оставляет желать лучшего. Крупные передовые предприятия на 80–90% оснащены высокотехнологичным импортным оборудованием, которому российское оборудование уступает. Недавно прошла выставка «Современное хлебопечение», где была представлена и отечественная техника. Производители говорят, что все детали и комплектующие производятся у нас в стране, а линейка оборудования постоянно расширяется. Думаю, что со временем мы решим эту проблему.

Научно-технологический центр «Академия хлебопечения НИИХП» оснащен импортной техникой, но сейчас мы работаем над тем, чтобы открыть вторую очередь центра. В ней будет установлена только отечественная техника, у нас есть договоренности с производителями, и в ближайшее время мы начнем ремонт в помещении.

Год назад наш институт выступил с инициативой создания демонстрационного технологического центра. У нас есть производственная площадка, на которой можно разместить индустриальное отечественное оборудование. В функционале данного центра заложены возможности апробации оборудования в действии и организации практической подготовки для студентов. Ситуация с практическими занятиями в области хлебопечения ― настоящая беда. Некоторые студенты, приходящие к нам после окончания вуза, ни разу не были на хлебопекарном предприятии и не представляют, как выглядит реальное производство. Создание такой площадки станет важным шагом и для машиностроительных компаний, которые получат возможность привести клиентов и продемонстрировать технику, получить обратную связь и рекомендации непосредственно от специалистов, которые работают на этом оборудовании. Многие поддержали эту идею, но пока нет полного понимания механизмов ее реализации.

― Хлебопекарная промышленность, как и многие другие отрасли производства продуктов, часто сталкивается с мифами и стереотипами о чрезмерном использовании различных ингредиентов, вредных для здоровья, но необходимых для увеличения срока годности. Как можете прокомментировать эту ситуацию?

М.Н. Костюченко: Путей увеличения срока годности хлеба несколько. В том числе это методы, которые используются при производстве космического хлеба. Например, хлеб с удлиненными сроками годности с помощью технологий тепловой стерилизации производят в городе Слуцке в Беларуси. Кроме того, существуют способы физической обработки хлеба различным излучением, в том числе использование ультрафиолета, а также применение специальных добавок. Но надо понимать, что все применяемые добавки допущены и разрешены к использованию в производстве продуктов питания. Никто не будет использовать что-то запрещенное. Например, используются ферментные препараты: это вещества белковой природы, абсолютно безвредные для организма. Их применяют во всем мире при производстве выпечки.

В.В. Мартиросян: Мы, сотрудники института, — также потребители хлеба. Останавливаясь перед хлебной полкой в магазине, мы в первую очередь выбираем нарезанный хлеб. И это уже сложившаяся тенденция, ненарезанного хлеба практически не осталось. Чтобы хлеб появился в торговых сетях в нарезанном виде, должно пройти определенное время: хлеб после выпечки должен остыть, так как горячий хлеб нарезать не получится, потом следует этап упаковки, затем хлеб отправляют в распределительные центры торговых сетей и только через полтора-двое суток после выпечки он попадет на полку.

Установленный раньше срок годности хлеба в 72 часа уже не соответствует реальности современного рынка. И предприятия вынуждены прислушиваться к требованиям сетевых магазинов по увеличению срока годности. Нас часто спрашивают: «Где хлеб, который был раньше?» Его практически не осталось: изменилась культура потребления хлеба. Если раньше его еще теплым, без упаковки забирали с хлебозавода, то теперь путь к потребителю удлинился — и это отражается на продукте.

― Чего должна достичь хлебопекарная наука? В какую сторону она будет развиваться?

В.В. Мартиросян: Предела научной мысли нет, и, несмотря на то что мы сохраняем традиционность технологий, появляются новые ингредиенты, технологии и оборудование.

НИИХП совместно с производителем отечественного аналитического оборудования ГК «Экан» осуществили регистрацию спектров отражения анализируемых проб в ближней инфракрасной области. Это позволило автоматически определить массовую долю белка, жира, сахара и влаги с помощью заранее созданных градуировочных моделей, разработанных на основе репрезентативной выборки хлебобулочных изделий, в которых содержание данных показателей установлено арбитражными методами. Разработанные методики внесены в ГОСТ 5668–2022, ГОСТ 5672–2022 при их актуализации.

Кроме того, совместно с учеными РЭУ им. Г.В. Плеханова дорабатывается экспресс-метод оценки хлебопекарных свойств пшеничной муки с применением БИК-спектроскопии. Использование аналитических методов многомерной классификации на основе спектральных данных позволило значительно упростить и ускорить определение хлебопекарных свойств пшеничной муки, в настоящее время определяемых на импортных дорогостоящих приборах.

До настоящего момента в хлебопекарной промышленности отсутствовал метод идентификации консервантов в хлебобулочных изделиях, в частности пропионовой кислоты. Наши ученые совместно с представителями компании «Люмэкс» разработали метод определения пропионовой кислоты, основанный на извлечении компонентов и дальнейшем их количественном определении с помощью детектирования пропионат-ионов по собственному поглощению в ультрафиолетовой области спектра на системе капиллярного электрофореза отечественного производства «Капель». Данная методика была положена в основу ГОСТ Р «Изделия хлебобулочные. Определение массовой доли пропионовой кислоты методом капиллярного электрофореза».

Сенсорная оценка показателей текстуры мякиша хлебобулочных изделий позволяет определить свежесть продукции. Ученые института разработали концептуальную модель отечественного текстуроанализатора ― «Структурометр СТ-2», в настоящее время уже серийно выпускаемого в нашей стране. На основании проведенных комплексных исследований разработаны показатели текстуры мякиша хлеба ― безразмерный критерий потери упругости при обратимой циклической деформации и прочность при необратимой деформации, что позволило установить механизм процесса черствения мякиша хлеба при хранении (разработан ГОСТ Р 70085–2022).

Все предложенные методы и применяемые аналитические приборы имеют важный прикладной характер, обладают высокими критериями универсальности и адаптивности. С их внедрением появится возможность радикального сокращения или исключения непрогнозируемых отраслевых технологических рисков и обеспечения популяционной биобезопасности.

М.Н. Костюченко: Одной из важных миссий остается популяризация хлеба как основы здорового питания. С хлебом связано очень много мифов, например о пользе безглютеновой продукции, хотя ее пищевая ценность ниже, чем у обычных хлебобулочных изделий. Есть необоснованный миф о вреде дрожжей и многие другие.

Поэтому на разных площадках мы рассказываем о пользе хлеба как незаменимого источника белка, витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон, которых в хлебе больше, чем в овощах и фруктах. Мы активно взаимодействуем с правительством Москвы, благодаря этому в институте хлебопекарной промышленности регулярно проводятся экскурсии для москвичей.

В.В. Мартиросян: Интерес к истории хлеба, его пользе и технологиям приготовления действительно огромный, и к нам приходит масса людей. Самый распространенный вопрос: «Как выбрать хлеб? Какой полезнее?»

Прежде всего, надо помнить, что чем ниже сорт муки, тем полезнее хлеб. В нем содержится больше пищевых волокон, минеральных веществ и витаминов. Выбирая между пшеничным, ржаным и ржано-пшеничным хлебом, стоит отдать предпочтение тому, где содержится ржаная мука. От его употребления будет больший эффект. Это два основных факта, чтобы сделать выбор в пользу более здорового хлеба.

М.Н. Костюченко: В последние годы стал популярным хлеб из цельнозерновой (обойной) муки. Это классический сорт, который присутствовал во всех ГОСТах, в нем сохранены основные полезные части зерна, а значит, больше витаминов и минеральных веществ.

Сейчас в НИИХП идет работа по определению полезных веществ в хлебе. Мы даем производителям рекомендации выносить эту информацию на маркировку. Сегодня распространены привлекательные надписи «Без сахара» или «Без дрожжей». Считаем, что необходимо рассказывать о том, чем хлеб полезен. И, возможно, выносить на маркировку также информацию о том, на какие функции организма влияют биологически активные вещества, содержащиеся в нем в достаточном количестве.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.