Cereální technologie prošla v Evropě, a za posledních třicet let i u nás, značnou proměnou. Hlavní důvody, které k tomu vedou, se dají shrnout zhruba do čtyř bodů, které jsme formulovali již dříve a které považujeme za základ nového pohledu na roli obilovin (a pseudoobilovin) v lidské výživě. Nové paradigma vystřídalo tradiční chápání hluboce zakořeněné mnoha generacemi.

1. Význam obilovin se z pozice dostupného a snadno využitelného zdroje energeticky bohatých potravin díky radikální změně životního stylu technologicky vyspělých civilizací přesouvá z pozice základního a nenahraditelného zdroje energie do pozice nikoli nutně zcela základní potravinářské suroviny, v níž však hledáme zdroje nutričně zajímavých a biologicky aktivních látek (zejména významných složek vlákniny a některých doprovodných látek). V dřívějším chápání byly složky zrna, které tyto látky obsahují, i vláknina samotná, chápány jako balastní.
2. Přes dosavadní výsledky cereální vědy, chemie a analytiky však u mnohých těchto látek neznáme zcela přesně jejich skutečnou fyziologickou aktivitu a jejich biologickou dostupnost našemu organismu (bioavailability). Nicméně víme, že jejich přítomnost v cereálních produktech přinejmenším a) snižuje jejich energetickou hodnotu, b) snižuje jejich jinak vysoký glykemický index.
3. Obě naše chlebové obiloviny – pšenice a žito – podobně jako ječmen i oves – obsahují proteinovou frakci v dietologickém slova smyslu označovanou jako lepek, která prokazatelně vyvolává projevy celiakie, kterou trpí v ČR 0,5 – 1 % populace a která podstatně širší částí obyvatel, byť často bez exaktně prokazatelného důvodu, přestává být akceptována.
4. V souvislosti s bezlepkovou dietou či dalšími výživovými trendy stoupá v Evropě poptávka po tradičních plodinách, které v průběhu dějin ztrácely své někdejší postavení, tak i po zcela netradičních minoritních cereálních surovinách importovaných z Asie či Ameriky v poslední době. Z těch tradičních lze jmenovat především pohanku, proso, čirok, z těch netradičních merlík čilský (quinoa) či šalvěj hispánskou (chia). Významně stoupá zájem o produkty (mouky) z luštěnin (opět jak regionálně tradičních, tak importovaných).

Vedle proměny pohledu na suroviny prochází proměnami také pohled na technologické postupy zpracování obilovin či pseudoobilovin.

 

Standardní mlýnské zpracování chlebových obilovin, a zejména pšenice, přestože bude jistě i nadále dominovat, svým principiálním zaměřením přestalo odpovídat novým výživovým požadavkům pro populaci vyspělých civilizací, respektive je s nimi často v protikladu. Standardní mlýnský přístup k chlebovým obilovinám je přístup rafinérský.

Dlouhá staletí vývoje standardní mlýnské technologie cílila k maximálně efektivnímu vytěžení endospermu bohatému na škrob a zásobní proteiny a separaci obalových a podobalových vrstev zrna do vedlejšího produktu (otrub). Zejména u pšenice v současné době efektivita rafinačního procesu dosahuje limitu svých fyzikálních možností. Mlýnské linky, na kterých se těchto výsledků dosahuje, jsou svou konfigurací složité, relativně energeticky náročné a také rigidní. Standardní mlýnské zpracování zrna je uzpůsobeno zejména pro zpracování pšenice, žita (ve střední a východní Evropě), kukuřice, rýže, sóji a několika dalších významných komodit, přičemž takto konfigurované mlýny prakticky neumožňují zpracování jiné suroviny. Konfigurace vysoce efektivních mlýnů je dnes velmi specializovaná, což představuje problém při vzrůstajících nárocích na pestrost zpracovávaného sortimentu surovin.

Technologické postupy primárního zpracování obilovin a zejména postupy přípravy zrna k mletí (či jinému typu primárního zpracování) jako je dekontaminace a hydrotermická úprava procházejí také vývojem. V případě dekontaminace (čištění, třídění a povrchová úprava) nemusejí standardní postupy zcela vyhovovat zvýšenému riziku kontaminace u celozrnných produktů. Stávající postupy jsou dostatečně účinné při výrobě standardních mouk pocházejících z endospermu, ale nemusejí být vždy zcela dostačující pro mouky obsahující i vrchní obalové vrstvy zrna, v nichž se kontaminanty vyskytují potenciálně v nejvyšších koncentracích.

Zejména infekce plísněmi a následující kontaminace mykotoxiny, o jejichž zhoubných dopadech na lidské zdraví víme stále více, by nás měly vést k intenzivní práci jak na metodách detekce použitelné v průmyslových podmínkách při příjmu obilí, tak na metodách účinnějšího snížování nebezpečí průniku mykotoxinů zejména do celozrnných produktů.

Součástí přípravy zrna k mletí či jinému primárnímu zpracování jsou procesy hydrotermické úpravy, které jsou ve standardním provedení zaměřeny především na fyzikální (mlýnské) vlastnosti anatomických částí obilky. Hydrotermická úprava (příprava) zrna se dnes ve standardních mlýnských postupech omezuje na nakrápění a odležení zrna zaměřené pro co nejvhodnější modifikaci soudržnosti endospermu a obalových vrstev a dalších mechanických vlastností obilky. Cílená práce s vodou, teplem a časem však skrývá značný potenciál z hlediska úpravy zmíněné biologické dostupnosti bioaktivních látek. Řízená sorpce vody do zrna v různé intenzitě a rychlosti při různých tepelných podmínkách může být jak součástí přípravy zrna k mletí či jiné formě dezintegrace, tak může představovat samotnou úpravu zrna k přímé konzumaci či jinému sekundárnímu zpracování. To není jistě zdaleka nic nového – kondicionování, máčení a někdy i naklíčení, vaření zrna (zápara) apod., vše se používalo již v minulosti. Zásadním úkolem dneška je však docílit cíleným řízením hydrotermických procesů (vedle zlepšení mechanických a senzorických vlastností zrna), také zlepšení výživové hodnoty navýšením dostupnosti a případně i koncentrace bioaktivních látek.

Samotný dezintegrační postup skýtá mnoho možností směrem ke zvýšení nutričního přínosu obilovin. I zcela standardní mlecí postupy umožňují účinnou regulací zatížení mlecích strojů (v tomto případě válcových stolic). Modifikací jejich parametrů je možné regulovat zejména stupeň mechanického a tepelného poškození škrobových zrn, které má dopad do jakosti, zejména technologických vlastností mouk, ale také do hodnoty jejich glykemického indexu.

Obrovské možnosti skýtají různé netradiční dezintegrační techniky při výrobě celozrnných produktů. Granulace částic obalových vrstev má zásadní vliv jak na senzorické a technologické vlastnosti, tak na skloňovanou dostupnost složek vlákniny a doprovodných látek. V kombinaci s více či méně šetrnou dezintegrací endospermu představují tyto techniky obrovský potenciál.

A není vždy nutné (či žádoucí) mířit k celozrnným moukám v pravém slova smyslu. Pokud dezintegraci předchází správně volená povrchová úprava (peeling) různé intenzity, lze docílit velmi zajímavého složení produktu s vysokým obsahem bioaktivních složek vlákniny a se sníženým obsahem celulózy a ligninu, které tak zásadní nutriční význam nemají. A současně se takovým postupem významně sníží i výše uvedené riziko kontaminace.

Pro zpracování širšího spektra surovin, které se od sebe svými mlýnskými vlastnostmi často velmi liší, je většinou potřeba disponovat i větším počtem mlýnských zařízení. Ideálním řešením je však samozřejmě univerzální linka, na které je možno pouhou úpravou nastavení parametrů mlecího procesu zpracovávat i suroviny velmi odlišných fyzikálních vlastností. Takové linky se objevují a některé z nich dosahují pozoruhodných výsledků. (Samozřejmě i nadále bude nutné oddělovat linky pro zpracování bezlepkových surovin od linek pro zpracování obilovin obsahujících lepek.)

 

V procesech, které tvoří sekundární, pekárenské (ale i jiné) zpracování obilovin do výsledných produktů určených ke konzumaci (chléb, pečivo a další výrobky), se v posledních letech zaměřujeme velmi intenzivně na fermentační procesy. Zaměřujeme se v tomto smyslu jak na postupy vedení kvasů a kvasných stupňů, tak na postupy zrání a kynutí těst a také na kombinace hydrotermické úpravy v kombinaci s fermentací, což má velký význam při zpracování mouk z netradičních surovin, zejména například luštěnin.

 

Fermentační procesy hrají v nejrozšířenějších typech sekundárního zpracování obilovin zásadní roli. Při výrobě chleba, běžného i většiny typů jemného pečiva slouží ke kypření těsta a obecněji k vytvoření předpokladů pro konečnou strukturu, konzistenci a texturu střídy výrobku, to je jejich prvotní a původní role. Vedle toho jsou často také nositeli dějů, kterým věnujeme stále větší pozornost. Jsou to děje vedoucí k tvorbě senzoricky významných látek, k tvorbě některých nutričně významných (bioaktivních) látek a k významnému ovlivnění biologické dostupnosti a využitelnosti bioaktivních látek přirozeně se vyskytujících v mouce a testě. Některé fermentační procesy také mají stabilizační vliv na konečný výrobek.

Původní význam cereálních kvasů spočíval, jak již bylo řečeno, zejména v kypření těst, jako vedlejší důsledek pak byla chápána i příjemně nakyslá (navinulá) chuť a vůně střídy. Dnes již víme, že hlavní i vedlejší produkty mléčného kvašení (nebo jeho kombinace s etanolovým kvašením) mají mnoho dalších technologických i nutričních významů. Hlavními produkty jsou kyseliny mléčná a octová, u běžných žitných kvasů bývá jejich poměr většinou 4 : 1 až 3 : 1. Mléčná kyselina vždy převažuje, v případě použití startovacích kultur bývá někdy poměr v její prospěch posunut podstatně více. Mléčná kyselina (v menší míře i octová kyselina) mají z technologického hlediska několik významů. Snížení pH prostředí vede ke změnám při tvorbě a zrání těsta a při hydrataci biopolymerů (proteinů a polysacharidů) přítomných v těstě. Projevuje se to vláčnější a vlhčí střídou kvasových chlebů než v případě chleba kypřeného samotným droždím, to platí pro obě hlavní kyseliny. Velký význam pro finální výrobek však má antifungální aktivita, kterou projevuje zejména mléčná kyselina, která do jisté míry chrání pečivo před plesnivěním. V některých případech dochází také ke vzniku významnějšího množství propionové kyseliny (která vždy musí zůstat minoritním produktem), ale jejíž konzervační působení je ještě významnější. Jak již bylo řečeno, obě hlavní kyseliny případně i estery těchto i dalších minoritních kyselin s etanolem vznikajícím při etanolovém kvašení mají velký dopad do výsledných senzorických vlastností pekařských výrobků.

U nás a v dalších zemích střední Evropy jsou nejčastěji používány žitné kvasy pro výrobu žitných, u nás zejména žitnopšeničných či pšeničnožitných chlebů. Nicméně v zemích, kde se pro výrobu chleba používá výhradně pšeničná mouka, se tradičně používají také pšeničné kvasy.

Pšeničné kvasy mají v některých zemích (Francie, Itálie, Španělsko a další země ve Středomoří) svou dlouhou tradici. Ve střední Evropě stejně tradici sice nemají, ale v posledních letech sem významným způsobem pronikají. Používají se při výrobě chleba ale také běžného či jemného pečiva a mimo senzorických vlastností (prohloubení chuti a vůně pšeničného pečiva, které bývá někdy chuťově poměrně ploché a fádní) se využívá také jejich stabilizačního účinku díky antifungální aktivitě vzniklé mléčné kyseliny. Proto se uplatňují s výhodou u výrobků s delší trvanlivostí, například u toustového chleba.

Pšeničné kvasy se vedou především na bázi startovacích kultur, protože zejména u světlých pšeničných mouk, které jsou ve srovnání s žitnými moukami velmi chudé na přirozenou mikroflóru, je jejich spontánní vyvedení velmi obtížné a je zde vysoké riziko propuknutí nežádoucích mikrobiálních dějů.

Pro výrobu kvasů se také začínají využívat další obiloviny a pseudoobiloviny i další suroviny. Jedná se o mouky ječné, ovesné, rýžové, kukuřičné, čirokové ale také mouky z pseudoobilovin (pohanky, amarantu) nebo nově také na mouky z luštěnin.

Mouky ječné a ovesné jsou zajímavé z hlediska obsahu nutričně významné složky vlákniny – obilných beta-glukanů. Fermentace má za úkol především zvýšení jejich biologické využitelnosti. Ječné a ovesné kvasy, podobně jako výrobky z ječných a ovesných mouk však vykazují často některé problematické senzorické vlastnosti a jejich používání se do praxe zásadně nerozšířilo, spíše jsou zatím především předmětem vývoje.

Rýžové, kukuřičné, čirokové nebo pohankové kvasy jsou však v centru pozornosti možná ve větší míře, než kvasy ječné či ovesné. Důvodem je jejich použití při výrobě kvasů a kvasových chlebů pro bezlepkovou dietu. Velmi nadějně se jeví rýžové kvasy, pro které již jsou na trhu k dispozici dostupné startovací kultury, ale také například směsné kvasy rýžovo-pohankové apod.

Co se týče kvasů na bázi mouk z luštěnin, jedná se především o potenciální využití specifických a příznivých nutričních vlastností luštěnin a jejich možné zvýšení prostřednictvím fermentace. Fermentace luštěnin není na jedné straně ničím novým a má svou tradici zejména v Asii při výrobě sójových (a podobných) omáček, miso apod. V těchto případech se však jedná o zcela jiné typy fermentace spočívající především v enzymové hydrolýze proteinů.

V našem případě, pokud hovoříme o luštěninových kvasech, se jedná stejně jako u obilovin a pseudoobilovin o hydrolýzu škrobu a následnou fermentaci vzniklých cukrů. Kvasy z luštěninových mouk jsou předmětem výzkumu a vývoje a velkým úkolem je optimalizace jejich senzorických vlastností. Ačkoli se nedá počítat s tím, že by v dohledné době mohly ve větší míře nahradit obilné kvasy při výrobě chleba a pečiva, mohou se však stát velmi zajímavou recepturní složkou při výrobě speciálních cereálních produktů.

 

V našem ústavu se ve spolupráci s dalšími pracovišti fakulty a některými průmyslovými partnery zabýváme v poslední době zejména třemi plodinami, které jsou bezlepkové a používají se při výrobě bezlepkových cereálních produktů. Z obilovin se jedná o čirok (čirok zrnový). Dále se intenzivně zabýváme pohankou (pohanka obecná), pseudoobilovinou, která se navrací do střední Evropy a je zajímavá nejen jako bezlepková plodina, ale také pro své další zajímavé nutriční vlastnosti. Z luštěnin se zaměřujeme na cizrnu (cizrna beraní, neboli římský hrách), která má vlastnosti a složení podobné hrachu, ale z hlediska použití pro výrobu pekárenských a podobných výrobků je zajímavá pro své příznivé senzorické vlastnosti.

V případě pohanky se zabýváme jak charakterizací různých typů pohankových mouk, snažíme se najít a stanovit jakostní a technologické parametry těchto mouk a jejich požadované rozmezí podobně, jako je tomu v případě pšenice a žita. Zaměřujeme se zejména na charakteristické znaky sacharido-amylázového komplexu, konkrétně na hodnoty čísla poklesu, amylografické parametry a další ukazatele jakosti mouk. Ukazuje se, že některé metodiky je třeba pro použití při charakterizaci pohankových mouk modifikovat.

Daří se nám připravovat pohankové kvasy, které jsou použitelné pro aplikaci do speciálních druhů chleba a pečiva. Kvasy vyvádíme jak s použitím bezlepkových startovacích kultur, tak také spontánně. A v posledních měsících se také zabýváme různými postupy hydrotermické úpravy zrn pohanky, a to jak v podobě pohankových krup, tak i v podobě neloupané nažky.

V případě čiroku jsme úspěšně připravili vitální technologicky využitelné kvasy, v jejichž případě bude ale třeba ještě dále optimalizovat jejich senzorické vlastnosti.

S vývojem produktů z cizrny začínáme a zaměřujeme se v této fázi výzkumu na postupy hydrotermické úpravy celých zrn.

 

Cereální technologie se mění a my nazýváme souhrn nových pohledů na využití obilovin, pseudoobilovin i luštěnin v lidské výživě novým paradigmatem, tj. zásadní proměnou našeho oboru, respektive proměnou jeho chápání a role. Jistěže si pšenice a také žito udrží své výsadní postavení jako primární suroviny při výrobě chleba, běžného, jemného i trvanlivého pečiva v Česku i střední Evropě, pšenice celosvětově. Ale i přístupy k jejich zpracování, jak primárnímu tak sekundárnímu, se budou měnit. Ale navýšení podílu dalších v mnoha ohledech zajímavých surovin je jistě přínosem. Podmínkou pro to, aby bylo úspěšné a dlouhodobé, jsou nejen výhodné nutriční vlastnosti mnoha z nich, ale také schopnost vyrobit z nich senzoricky zajímavé a atraktivní potraviny.