Многокритериальная оптимизация рецептуры мягких вафель на основе ржаной муки и яблочной клетчатки с применением симплекс-центроидного планирования

Введение. Традиционные мягкие вафли отличаются низкой биологической ценностью и недостаточным содержанием пищевых волокон. Несмотря на высокий нутриентный потенциал ржаной муки, систематические исследования её применения в качестве основного компонента рецептуры мягких вафель отсутствуют. Основная проблема заключается в технологической сложности замещения пшеничной муки ржаной без потери структурно-механических и сенсорных свойств изделий. 

Цель. Оптимизация рецептуры мягких вафель с добавлением ржаной муки для получения продукта с повышенным содержанием пищевых волокон и привлекательными органолептическими характеристиками.

Материалы и методы.  Эксперимент включал 7 вариантов состава, полученных методом симплекс-центроидного планирования с границами варьирования: ржаная мука 40–70 %, пшеничная мука 25–55 %, яблочная клетчатка 5–35 %. Качество образцов оценивали по содержанию пищевых волокон (расчетный метод) и органолептическим показателям. Статистическую обработку и построение моделей «состав-свойство» проводили в Statistica 12.0 с использованием дисперсионного анализа (α = 0,05). Оптимальный состав подбирали с помощью инструмента Excel «Поиск решения».

Результаты. Получена статистически значимая линейная модель зависимости качества мягких вафель от рецептурного состава (p = 0,003; R2 = 0,944). Установлено, что достижение целевого уровня пищевых волокон (6 %) невозможно без введения яблочной клетчатки. Однако её концентрация свыше 20 % приводила к резкому снижению органолептической оценки готовых изделий. Определено оптимальное соотношение компонентов смеси: ржаная мука - 46,0 %, пшеничная мука - 37,3 %, яблочная клетчатка - 16,7 %. Данный состав обеспечивал содержание пищевых волокон 6 % (в 3,8 раза выше, чем в мягких вафлях из муки пшеничной) и органолептическую оценку 8,5 балла. Валидация модели подтвердила высокую точность прогноза (отклонение экспертной оценки от расчетной - 0,2 балла).

Выводы. Обоснована возможность создания мягких вафель с использованием ржаной муки и яблочной клетчатки, соответствующих критерию «высокое содержание пищевых волокон» (ТР ТС 022/2011). Разработанный методологический подход позволяет эффективно балансировать между функциональной ценностью и потребительскими свойствами мучных кондитерских изделий.

1. Артемова, Е., & Гольцова, Е. (2023). Комплексная оценка качества бисквитов с мукой зерновых культур. Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов, 5(82). 112–118. https://doi.org/:10.33979/2219-8466-2023-82-5-112-118

2. Бурляева, А. С., Пронина, Ю. Г., Набиева, Ж. С., & Самадун, А. И. (2023). Исследование влияния растительных добавок на повышение пищевой и биологической ценности мягких вафель. Вестник Алматинского технологического университета, (1), 55–62. https://doi.org/10.48184/2304-568x-2023-1-55-62

3. Молчанова, Е. Н., Грекова, Ю. В., & Саитова, М. Э. (2015). Новый показатель для оценки пищевой ценности мучных кондитерских изделий. Кондитерское производство, (5), 12–14

4. Никонович, Ю. Н., & Тарасенко, Н. А. (2018). Влияние пищевых волокон растительного происхождения на технологические свойства теста для мягких вафель. Известия Вузов. Пищевая Технология, 2–3(362–363). https://doi.org/10.26297/0579-3009.2018.2-3.17

5. Ускова, Ю., & Кандроков, Р. (2023). Применение метода симплексных решеток при моделировании формулы имбирного печенья. Вестник Красноярского государственного аграрного университета, (6(195)), 193–202. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-6-193-202

6. Aleman, R. S., Paz, G., Morris, A., Prinyawiwatkul, W., Moncada, M., & King, J. M. (2021). High protein brown rice flour, tapioca starch & potato starch in the development of gluten-free cupcakes. LWT, 152, 112326. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112326

7. Arteaga-Cabrera, E., Ramírez-Márquez, C., Sánchez-Ramírez, E., Segovia-Hernández, J. G., Osorio-Mora, O., & Gómez-Salazar, J. A. (2025). Advancing оptimization strategies in the food industry: From traditional approaches to multi-objective and technology-integrated solutions. Applied Sciences, 15(7), 3846. https://doi.org/10.3390/app15073846

8. Bach Knudsen, K. E., Nørskov, N. P., Bolvig, A. K., Hedemann, M. S., & Laerke, H. N. (2017). Dietary fibers and associated phytochemicals in cereals. Molecular Nutrition & Food Research, 61(7), 1600518. https://doi.org/10.1002/mnfr.201600518

9. Chaitra, U., Abhishek, P., Sudha, M. L., Vanitha, T., & Crassina, K. (2020). Impact of millets on wheat based Belgian waffles: Quality characteristics and nutritional composition. LWT, 124, 109136. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109136

10. Ciesarová, Z., Kukurová, K., Jelemenská, V., Horváthová, J., Kubincová, J., Belović, M., & Torbica, A. (2023). Asparaginase treatment of sea buckthorn berries as an effective tool for acrylamide reduction in nutritionally enriched whole grain wheat, rye and triticale biscuits. Foods, 12(17), 3170. https://doi.org/10.3390/foods12173170

11. Deleu, L. J., Lemmens, E., Redant, L., & Delcour, J. A. (2020). The major constituents of rye (Secale cereale L.) flour and their role in the production of rye bread, a food product to which a multitude of health aspects are ascribed. Cereal Chemistry, 97(4), 739–754. https://doi.org/10.1002/cche.10306

12. Drakos, A., Andrioti-Petropoulou, L., Evageliou, V., & Mandala, I. (2018). Physical and textural properties of biscuits containing jet milled rye and barley flour. Journal of Food Science and Technology, 56(1), 367–375. https://doi.org/10.1007/s13197-018-3497-z

13. Filipcev, B., Simurina, O., Bodroza-Solarov, M., & Vujakovic, M. (2011). Evaluation of physical, textural and microstructural properties of dough and honey biscuits enriched with buckwheat and rye. Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, 17(3), 291–298. https://doi.org/10.2298/ciceq110204014f

14. Gevorgyan, S., Hoveyan, Z., & Solomonyan, A. (2022). Developing a new recipe for producing belgian waffles with peanut butter. AgriScience and Technology, 182–186. https://doi.org/10.52276/25792822-2022.2-182

15. Ghazvini, M., Ghanbari-Gohari, F., Foshati, S., & Akhlaghi, M. (2025). Effect of rye consumption on markers of glycemic control: Evidence on the “rye factor”: A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Nutrition & Metabolism, 22(1), 27. https://doi.org/10.1186/s12986-025-00901-8

16. Jonsson, K., Andersson, R., Knudsen, K. E. B., Hallmans, G., Hanhineva, K., Katina, K., Kolehmainen, M., Kyrø, C., Langton, M., Nordlund, E., Lærke, H.N., Olsen,A., Poutanen, R., Tjønneland A., Landberg, R. (2018). Rye and health - where do we stand and where do we go? Trends in Food Science & Technology, 79, 78–87. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.06.018

17. Holscher, H. D. (2017). Dietary fiber and prebiotics and the gastrointestinal microbiota. Gut microbes, 8(2), 172–184. https://doi.org/10.1080/19490976.2017.1290756

18. Iversen, K. N., Jonsson, K. & Landberg, R. (2022). The effect of rye-based foods on postprandial plasma insulin concentration: The rye factor. Frontiers in Nutrition, 9, 868938. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.868938

19. Kaur, P., Sandhu, K. S., Purewal, S. S., Kaur, M., & Singh, S. K. (2021). Rye: A wonder crop with industrially important macromolecules and health benefits. Food Research International, 150, 110769. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110769

20. Koistinen, V. M., & Hanhineva, K. (2017a). Microbial and endogenous metabolic conversions of rye phytochemicals. Molecular Nutrition & Food Research, 61(7), 1600627. https://doi.org/10.1002/mnfr.201600627

21. Koistinen, V. M., & Hanhineva, K. (2017b). Mass spectrometry-based analysis of whole-grain phytochemicals. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(8), 1688–1709. https://doi.org/10.1080/10408398.2015.1016477

22. Koistinen, V. M., Mattila, O., Katina, K., Poutanen, K., Aura, A. M., & Hanhineva, K. (2018). Metabolic profiling of sourdough fermented wheat and rye bread. Scientific Reports, 8(1), 5684. https://doi.org/10.1038/s41598-018-24149-w

23. Koistinen, V. M., Haldar, S., Tuomainen, M., Lehtonen, M., Klåvus, A., Draper, J., Lloyd, A., Beckmann, M., Bal, W., Ross, A. B., Brandt, K., Fawcett, L., Seal, C., & Hanhineva, K. (2024). Metabolic changes in response to varying whole-grain wheat and rye intake. Npj Science of Food, 8(1). https://doi.org/10.1038/s41538-024-00247-0

24. Lu, J., Hansson, H., Johansson, D. P., Landberg, R., & Langton, M. (2024). Microstructure and viscosity of in vitro-digested rye and wheat food products. Food Hydrocolloids, 154, 109990. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.109990

25. Moss, M. M., Caswell, E. N., Yeargin, A. W., Volz, N. A., Woodland, J. C., Guthrie, L. C., Ahlborn, G. J., Eggett, D. L., & Taylor, B. J. (2022). Optimization of flour-replacing ingredients for low-carbohydrate, gluten-free muffins via a mixture design with complete sucrose substitution by d-allulose or d-tagatose. LWT, 167, 113779. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113779

26. Mouafo, H. T., Matuekam, A. D., Petagou, I. L., Ngeudjo, M. W., Baomog, A. M. B., Ntsama, P. M., & Medoua, G. N. (2024). Formulation of nutritious and functional meal-based biscuits from mixture of soybean, papaya fruit pulp, and baobab fruit pulp flours. Heliyon, 10(18), e38171. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e38171

27. Musa, S., Becker, L., Oellig, C., & Scherf, K. A. (2024). Asparaginase treatment to mitigate acrylamide formation in wheat and rye cookies. LWT, 203, 116365. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.116365

28. Németh, R., & Tömösközi, S. (2021). Rye: Current state and future trends in research and applications. Acta Alimentaria, 50(4), 620-640. https://doi.org/10.1556/066.2021.00162

29. Park, M. G., & Joo, S. Y. (2021). Quality characteristics and antioxidant activity of rye cookies supplemented with sea buckthorn leaf powder. Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, 50(5), 464–475. https://doi.org/10.3746/jkfn.2021.50.5.464

30. Patil, N., Mote, G., Khot, J. A., & Prathapan, K. (2025). Simplex lattice mixture design approach for optimization of jaggery granules and finger millet flour-based functional muffins. Sugar Tech, 27(4), 1300–1312. https://doi.org/10.1007/s12355-025-01557-7

31. Poutanen, K. S., Kårlund, A. O., Gómez-Gallego, C., Johansson, D. P., Scheers, N. M., Marklinder, I. M., Eriksen, A. K., Silventoinen, P. C., Nordlund, E., Sozer, N., Hanhineva, K. J., Kolehmainen, M., & Landberg, R. (2022). Grains – a major source of sustainable protein for health. Nutrition Reviews, 80(6), 1648–1663. https://doi: 10.1093/nutrit/nuab084.

32. Przygodzka, M., & Zieliński, H. (2016). Characterization of the quality of novel rye-buckwheat ginger cakes by chemical markers and antioxidant capacity. Chemical Papers, 70(3). https://doi.org/10.1515/chempap-2015-0217

33. Rokhsartalab‐Azar, S., Jafari, P., Tukmechi, A., & Malekinejad, H. (2020). A new rye‐based beverage with high polyphenols and amino acids: Production and study of physicochemical and sensory properties. Journal of Food Processing and Preservation, 44(3), e14349. https://doi.org/10.1111/jfpp.14349

34. Salem, E. M., & El-Sheharey, G. A. (2011). Utilization of whole rye grains in biscuits manufacturing. Journal of Food and Dairy Sciences, 2(9), 543–554. https://doi.org/10.21608/jfds.2011.81978

35. Starowicz, M., Koutsidis, G., & Zieliński, H. (2019). Determination of antioxidant capacity, phenolics and volatile maillard reaction products in rye-buckwheat biscuits supplemented with 3β-d-rutinoside. Molecules, 24(5), 982. https://doi.org/10.3390/molecules24050982

36. Suhr, J., Vuholm, S., Iversen, K. N., Landberg, R., & Kristensen, M. (2017). Wholegrain rye, but not wholegrain wheat, lowers body weight and fat mass compared with refined wheat: A 6-week randomized study. European Journal of Clinical Nutrition, 71(8), 959–967. https://doi.org/10.1038/ejcn.2017.12

37. Squeo, G., De Angelis, D., Leardi, R., Summo, C., & Caponio, F. (2021). Background, applications and issues of the experimental designs for mixture in the food sector. Foods, 10(5), 1128. https://doi.org/10.3390/foods10051128

38. Tagliasco, M., Font, G., Renzetti, S., Capuano, E., & Pellegrini, N. (2024). Role of particle size in modulating starch digestibility and textural properties in a rye bread model system. Food Research International, 190, 114565. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.114565

39. Tomic, J., Belovic, M., Torbica, A., Pajin, B., Loncarevic, I., Petrovic, J., & Fistes, A. (2016). The influence of addition of dried tomato pomace on the physical and sensory properties of whole grain rye flour cookies. Food and Feed Research, 43(2), 145–152. https://doi.org/10.5937/ffr1602145t

40. Tugush, A. R., Sadygova, M. K., Anikienko, T. I., Belova, M. V., Kondrashova, A. V., & Ivanova, Z. I. (2021). Choux gingerbread production technology based on light rye flour. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 640(2), 022071. https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/2/022071

41. Varghese, C., & Srivastav, P. P. (2022). Formulation and sensory characterization of low-cost, high-energy, nutritious cookies for undernourished adolescents: An approach using linear programming and fuzzy logic. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 75, 102904. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2021.102904

42. Vuholm, S., Nielsen, D. S., Iversen, K. N., Suhr, J., Westermann, P., Krych, L., Andersen, J. R., & Kristensen, M. (2017). Whole-grain rye and wheat affect some markers of gut health without altering the fecal microbiota in healthy overweight adults: A 6-week randomized trial. The Journal of Nutrition, 147(11), 2067–2075. https://doi.org/10.3945/jn.117.250647

43. Wei, X., Wang, J., Wang, Y., Zhao, Y., Long, Y., Tan, B., Li, Q. X., Dong, Z., & Wan, X. (2024). Dietary fiber and polyphenols from whole grains: Effects on the gut and health improvements. Food & Function, 15(9), 4682–4702. https://doi.org/10.1039/D4FO00715H