Bioprocessing of Wheat and Amaranth Bran for the Reduction of Fructan Levels and Application in 3D-Printed Snacks

Abstract

Bran can enrich snacks with dietary fibre but contains fructans that trigger symptoms in people with irritable bowel syndrome (IBS). This study aimed to investigate the bioprocessing of wheat and amaranth bran for degrading fructans and its application (at 20% flour-based) in 3D-printed snacks. Bran was bioprocessed with Saccharomyces cerevisiae alone or combined with inulinase, Kluyveromyces marxianus, Limosilactobacillus fermentum, or commercial starter LV1 for 24 h. Fructans, fructose, glucose, and mannitol in the bran were analysed enzymatically. Dough rheology, snack printing precision, shrinkage in baking, texture, colour, and sensory attributes were determined. The fructan content of wheat bran was 2.64% dry weight, and in amaranth bran, it was 0.96% dry weight. Bioprocessing reduced fructan content (up to 93%) depending on the bran type and bioprocessing agent, while fructose and mannitol remained below the cut-off value for IBS patients. Bran bioprocessing increased the complex viscosity and yield stress of dough (by up to 43 and 183%, respectively) in addition to printing precision (by up to 13%), while it lessened shrinkage in baking (by 20–69%) and the hardness of the snacks (by 20%). The intensity of snack sensory attributes depended on the bran type and bioprocessing agent, but the liking (“neither like nor dislike”) was similar between samples. In conclusion, snacks can be enriched with fibre while remaining low in fructans by applying bioprocessed wheat or amaranth bran and 3D printing. Побічні висівкові продукти здатні збагатити снеки харчовими волокнами, але містять фруктани, які викликають симптоматичні розлади у людей із синдромом подразненого кишечника (СРК). Це дослідження мало на меті вивчити біотехнологічну переробку пшеничних і амарантових висівок для розкладання фруктанів і їх застосування (з 20% вмістом борошна) у надрукованих на 3D-принтерах снеках. Висівки піддавалися біообробці Saccharomyces cerevisiae окремо або в поєднанні з інуліназою, Kluyveromyces marxianus, Limosilactobacillus fermentum або комерційною закваскою LV1 протягом 24 годин. Фруктани, фруктоза, глюкоза та маніт у висівках аналізували ферментативно. Визначали реологічні характеристики тіста, точність друкування снеків, усадку при випіканні, текстуру, колір та сенсорні властивості. Вміст фруктану в пшеничних висівках становив 2,64% сухої маси, а в амарантових висівках — 0,96% сухої маси. Біообробка зменшила вміст фруктану (до 93%) залежно від типу висівок і способу біообробки, тоді як фруктоза та маніт залишалися нижче граничного значення для вживання людей, що страждають від СРК. Біообробка висівкових продуктів збільшила комплексну в’язкість і межу текучості тіста (до 43 і 183% відповідно) додатоково до точності друку (до 13%), а також зменшила усадку при випіканні (на 20–69%) і твердість снеків (на 20%). Інтенсивність сенсорних ознак снеків залежала від виду висівкового продукту і агента біообробки, але смак був подібним між зразками. Підсумовуючи, снеки можна збагатити клітковиною, залишаючи низький вміст фруктанів, застосувавши біооброблені пшеничні або амарантові висівкові продукти та 3D-друкування.