Роль білків і крохмалю у хлібопекарському виробництві

До складу борошна входить значна кількість білкових речовин. Так, в процесі відмивання борошна у проточній воді залишається еластична драглеподібна маса – клейковина. Білки пшеничного борошна, що утворюють клейковину, складають 80 – 85% всіх білків борошна. Інша частина білків – водорозчинні білки, які не беруть участі в процесі хлібопечення.

Білки клейковини пшеничного борошна складають 10 – 20% від маси борошна. При температурі тіста 30 С вони поглинають воду у кількості 200% маси білка. Взаємодія відбувається за гідрофільними групами білка з утворенням гідратованих макромолекул. У хлібопеченні клейковина обумовлює фізико-хімічні властивості тіста і м’якушки готового хліба.

Клейковина — особливий білковий комплекс, який, набухаючи у воді, переходить у колоїдний стан. Вміст сирої клейковини в борошні повинен бути не менше 20—30% залежно від виду і сорту борошна. Відмита від крохмалю, клейковина свіжого борошна ‑ еластична, білого кольору, не рветься. Клейковина несвіжого борошна внаслідок часткового розщеплення білка втрачає еластичність, легко рветься, більш тьмяного кольору.

У практиці хлібопечення розрізняють три групи клейковини – сильну, середню і слабку. На властивостях клейковини при замішуванні та вистоюванні тіста впливає наявність кислот, нейтральних солей і жирів. Так, якщо до тіста, виготовленого з борошна із середньою клейковиною, добавити лимонну або оцтову кислоти (0,2 – 0,3% маси борошна), пружність і еластичність клейковини збільшується. При більш високих концентраціях кислоти клейковина утворюється у вигляді незв’язаної крихкої маси. При додаванні хлориду натрію згідно рецептур збільшується набухання клейковини і зменшується її пружність, а при підвищенні концентрації відбувається зворотний процес. Борошно з малим вмістом клейковини має погані хлібопекарські властивості. Хліб, випечений з такого борошна, щільний, непористий. Борошно з малим вмістом і поганою якістю клейковини потребує швидкої реалізації.

Крохмаль – основний компонент пшеничного борошна (вміст до70%). Тонка, порувата структура крохмалю забезпечує взаємодію з полярними молекулами води та іонами електролітів. Має високу адсорбційну здатність. Крохмаль і декстрини – активні центри газоутворення, що надають хлібній м’якушці поруватість.

У пшеничному борошні міститься від 1 до 2,5% сахаридів, головним чином у вигляді сахарози, яка дуже легко розщеплюється від дією сахарази (α-фруктофуранозидази). Одержана суміш глюкози і фруктози легко зброджується дріжджами.

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

Однак, цієї кількості сахаридів недостатньо, щоб процес бродіння тіста проходив до кінця. Власна сахароза борошна використовується тільки на самих перших етапах бродіння тіста, а потім її вже не вистачає. На наступних етапах на перший план виступає мальтоза, що утворюється завдяки дії β-амілази. В тісті під дією амілази крохмаль розщеплюється з утворенням мальтози. У свою чергу, мальтоза розщеплюється, утворюючи дві молекули глюкози, які зброджуються дріжджами.

Якщо борошно має низьку амілолітичну здатність (активність), в тісті не буде утворюватися достатньої кількості мальтози і глюкози, бродіння не буде відбуватися інтенсивно і одержаний хліб буде поганої якості: недостатньо пористий, недостатньо розрихлений з щільною м’якушкою. Борошно з низькою активністю α-амілази утворює тісто з низьким вмістом декстринів, тому одержаний хліб має бліду скоринку. Таке борошно називають «міцним на жар».

Властивості білків і крохмалю визначають якість борошна.

При зберіганні борошна відбувається ферментативне окислювальне прогіркання, що характерно для ліпідного комплексу, відбувається за участі ферментів: ліпази та ліпоксигенази. Ліпаза каталізує гідроліз триацилгліцеринів, а ліпоксигеназа ‑ утворення гідропероксидів ненасичених жирних кислот (лінолевої та линоленової). Вільні жирні кислоти окислюються швидше, ніж їх залишки, що входять до складу молекули жиру.

Ферментативне прогіркання починається з гідролізу жиру ферментом ліпазою. Утворена в результаті гідролізу лінолева кислота окислюється за участю ферменту ліпоксигенази. Гідроліз утвореного 1,2-дилінолеілглицерину та окислення гідропероксиду можуть продовжуватися далі. Утворені вторинні продукти окислення (альдегіди, кетони та інші сполуки) є причиною погіршення якості харчової сировини та багатьох ліпідовмісних продуктів.

1 етап – розщеплення триацилгліцеридів (жирів) з утворенням вільних жирних кислот – ферментативне гідролітичне прогіркання. Негідролітичне прогіркання може проходити без участі ферментів (неферментативний гідроліз). При зберіганні борошна, крупи може проходити ферментативне та неферментативне прогіркання.

Хліб і хлібопродукти виробляють за допомогою дріжджів і молочнокислих бактерій, які забезпечують поруватість хліба за рахунок утворення вуглекислого газу. Смак і аромат ‑ за рахунок молочної кислоти, спирту, ефірів і інших речовин.

Дріжджі використовують як розрихлювач при виготовленні виробів із дріжджового тіста. Дріжджі зброджують сахариди борошна протягом 1,5 – 2год. В результаті дії ферментів борошна і дріжджів відбувається процес бродіння. Тісто набуває таких властивостей: пружність, розтяжність, еластичність. Технологічна сутність бродіння полягає у накопиченні вуглекислого газу в тісті і утворення рихлої структури. В процесі виготовленні тіста бродильні мікроорганізми (дріжджі) розвиваються і розмножуються. Під дією ферментів дріжджів відбувається ферментативний гідроліз жирів, вуглеводів: жир гідролізує до гліцерину і високомолекулярних жирних кислот, сахароза – до глюкози і фруктози; крохмаль (під дією ферменту амілази) – до мальтози – глюкози. Потім відбувається процес спиртового бродіння глюкози з утворенням етанолу та вуглекислого газу, який розрихлює тісто, надає йому поруватої, рихлої структури, від якої залежить будова і характер м’якушки випеченого хлібобулочного виробу. Якісні вироби мають структур застиглої піни. Кількість молочного цукру (лактози) в процесі бродіння не змінюється. Збільшення об’єму та розрихлення тіста при бродінні, підвищує поруватість хліба при подальшому випіканні та покращує якість хліба. Цього досягають використанням спеціальних розрихлювачів: бікарбонату натрію, бікарбонату амонію, винної кислоти, ферментних препаратів, одержаних з грибів Aspergillus amawori та Aspergillus oryzae. Використання ферментних препаратів з амілолитичними властивостями, значно скорочує процеси бродіння і дозрівання тіста, та покращує якість продуктів, які випікають.

Замішування тіста ‑ важлива технологічна операція, від якої в залежить подальший хід технологічного процесу і якість хліба. При замішування тіста з борошна, води, дріжджів, солі та інших складових частин одержують однорідну масу з певною структурою та фізичними властивостями.

Хлібопекарське тісто – складний, сильно гідратований комплекс, у якому поєднані гідрофільні і гідрофобні властивості, які обумовлюють характер перебігу колоїдних процесів в тісті – гідратація, набухання, структуроутворення, пептизація. Близько 85% вологи тіста зв’язується приблизно на половину крохмалем і клейковиною. Крохмаль з підвищенням температури (вище 60⁰С) та присутності надлишку води підлягає клейстеризації (утворює колоїдний розчин). Отже, крохмаль не здатний утворювати зв’язане тісто. Утворення тіста визначається наявністю нерозчинних у воді білків пшеничного борошна. При додаванні води до борошна відбувається значне поглинання її білками.

При утворенні пшеничного тіста відбувається осмотичне зв’язування води спочатку вільним проміжним білком, потім білком навколо окремих крохмальних зерен і, на кінець, білком, який міститься в більш крупних часточках борошна (зруйновані клітини ендосперму). При поглинанні води білок сильно збільшується в об’ємі і поступово утворюється структура тіста, що представляє із себе сітку клейковини, в яку включені крохмальні зерна та інші розчинні часточки борошна.

Одночасно відбувається набухання крохмальних зерен. Причому, чим більший вміст пошкоджених крохмальних зерен, тим більша його водопоглинаюча здатність. Додавання солі при замішуванні тіста знижує гідратаційну здатність клейковини. Вода і бродильні мікроорганізми спричиняють у борошні комплекс складних біохімічних перетворень. Під дією ферментів (амілаза, мальтаза і зимаза) або молочнокислої мікрофлори закваски (використовується при виготовленні окремих сортів хліба) в тісті відбуваються біохімічні процеси, внаслідок яких утворюються етиловий спирт, молочна кислота і вуглекислий газ, який накопичується і розрихлює тісто. В процесі бродіння тісто набуває кислуватого присмаку тому, що одночасно зі спиртовим відбувається молочнокисле бродіння. Утворена молочна кислота гальмує розвиток патогенної мікрофлори, сприяє набуханню білків, збільшенню об’єму виробів, надає їм приємний присмак.

Таким чином, в основі біохімічних процесів на початковому етапі виготовлення хліба лежать реакції спиртового і молочнокислого бродіння.

Процес бродіння – складний комплекс біохімічних перетворень, кінцевими продуктами яких є вуглекислий газ і етанол. Під час бродіння спостерігається сильне зростання активної кислотності середовища за рахунок збільшення сумарного вмісту органічних кислот, основну частину яких складають молочна та оцтова кислоти. Крім того, утворюються леткі органічні кислоти, а також деякі альдегіди і кетони, які беруть участь у формуванні смаку та аромату готового хлібу.

У ході бродіння тіста білки, що набухли (гліадин і глютенін), охоплюють поверхню крохмальних зерен, клітковини, жиру сполучаються між собою і під впливом механічних дій утворюють неперервну пластинчасту, сітчасту структуру з тонких нитей білків клейковини, що надають тісту еластичність розтяжність. В результаті пшеничне тісто набуває пластично-пружньо-в’язких властивостей.

Бродіння тіста відбувається особливо інтенсивно при підвищенні температури до 40—50°С. Фермент амілаза (виділяється дріжджами) в процесі бродіння розщеплює крохмаль до мальтози, а вона ферментом мальтазою переводиться в глюкозу. Розщеплення глюкози до спирту та вуглекислого газу завершується дріжджовою зимазою. Внаслідок молочнокислого бродіння глюкоза перетворюється на молочну кислоту. Спиртове та молочнокисле бродіння супроводжується утворенням ряду проміжних продуктів: піровиноградної кислоти, ацетальдегіду, гліцерину, які обумовлюють в комплексі з іншими змінами в тісті характерний аромат і смак хліба.

Поряд з розщепленням вуглеводів в тісті відбувається часткове розщеплення білків. Белки розщеплюються протеолітичними ферментами до пептонів, пептидів і незначної кількості амінокислот. Деякі з них вступають в подальші реакції з утворенням сполук, які впливають на органолептику хліба. Так, тирозин перетворюється в меланін — пігмент темного кольору. Внаслідок високого вмісту тирозину в житньому борошні та його окисленні при бродінні тіста житній хліб забарвлюється в темний колір.

Заключним етапом виготовлення хліба є випікання. Технологічне призначення процесу випікання полягає у закріпленні поруватої структури хліба, що була досягнута в процесі зброджування, та у формуванні смаку й аромату хліба, кольору його скоринки.

При нагріванні відбуваються біохімічні процеси взаємодії різних речовин і процеси чисто фізичного характеру.

При нагріванні до 50°С амілолітичні і протеолітичні ферменти активізуються, швидкість біохімічних процесів підвищується і відбувається додаткове розрихлення тіста. Найбільш інтенсивно біохімічні процеси відбуваються в інтервалі температур 43 – 60 С. Відбуваються глибокі зміни в структурі крохмальних зерен: в результаті сукупної дії α- і β-амілаз на клейстеризований крохмаль або тільки β-амілази (тісто з нормального пшеничного борошна) збільшується вміст водорозчинної фракції у м’якушці спеченого хліба, збільшується також вміст водорозчинної фракції в м’якушці випеченого хліба, зростає також вміст розчинного у воді білка внаслідок підвищення здатності до атаки протеолітичними ферментами.

При підвищенні температури відбувається поступове відмирання мікроорганізмів, що спричиняють бродіння, при температурі 80°С дріжджі та молочнокислі бактерії погибають. В результаті згортання ферментів біохімічні процеси в хлібі при цій температурі припиняються.

Перетворення тіста у хліб при випіканні супроводжується значними змінами колоїдної системи тіста. Білки борошна, що набухли протягом тісто виготовлення, при підвищенні температури поступового денатурують. Волога білка переходить до крохмалю. Перехід тіста у м’якушку хліба переважно визначається процесами коагуляції білків і клейстеризації крохмалю. Тісто містить обмежену кількість води. Тому клейстеризація крохмалю відбувається лише по першій стадії. Крохмальний гель у виробах порівняно мало обводнений.

В інтервалі 60 — 80°С відбувається клейстеризація крохмалю. При подальшому підвищенні температури відбувається згортання білкових речовин клейковини і клейстеризація крохмалю, що сприяє перетворенню його на міцні драглі, закріплюється порувата структура тіста і формується м’якушка хліба. У процесі випікання знижується загальна (титрована) кислотність продукту. Фізико-хімічні властивості тіста при випіканні змінюються: збільшується пружність і сильно знижується липкість.

При 100°С утворюється водяна пара. Температура в хлібопекарській печі досягає, як правило, 200 — 300°С. В інтервалі 100 —200°С відбувається інтенсивне випаровування вологи і утворення скоринки хліба. Колір її спочатку світлий, потім стає темним, що обумовлено перетворенням крохмалю при 110 —120°С на світлі та жовті декстрини, а потім в темні. Одночасно відбувається утворення ароматичних сполук, що надають скоринці хліба приємних органолептичних властивостей. Температура всередині м’якушки, незважаючи на високу температуру печі, не перевищує 95 — 98°С, що обумовлено низькою теплопровідністю його поруватої маси.

Встановлено, що під дією високої температури на поверхні хліба відбувається взаємодія відновлювальних (редукованих) сахаридів з амінокислотами, в результаті утворюються різноманітні карбонільні сполуки та темнозабарвлені продукти – меланоїдини. Меланоїдини надають готовому продукту відповідне забарвлення.

Зміна кольору поверхні хліба від світло-жовтого до темно-коричневого відбувається в інтервалі температур 130 – 170 C , при температурі 170 – 175 C скоринка хліба починає обвуглюватися.

Зміни хліба і борошняних виробів при зберіганні Хліб є продуктом короткочасного зберігання, тому існують обмежувальні терміни його реалізації. Хліб з житнього обойного, обдирного та житньо-пшеничного борошна зберігається 36год., з пшеничного — 24, дрібно одиничні вироби масою 200г і менше — 16 год. Терміни зберігання виробів обчислюються з часу виходу їх з печі.

Хліб найкраще зберігає свої споживчі властивості при температурі 20—25°С та відносній вологості повітря 75%. При зберіганні в хлібі відбуваються процеси, що впливають на його масу і якість.

При усиханні відбуваються в основному втрата вологи та одночасне зменшення маси виробу. Формовий хліб усихає швидше, ніж подовий, так як має більшу вологість. Дрібно-одиничні вироби випаровують вологу більш інтенсивно.

Черствіння хліба при зберіганні — це складний фізико-колоїдний процес, який не пов'язаний з усиханням. Хліб може черствіти, але не усихати.

У черствого хліба м’якушка нееластична, тверда, крихка, а скоринка м’яка, матова, тоді як у свіжого вона гладка, глянцева, яскрава, крихка. Специфічний аромат і смак лежалого, черствого хліба з’являється внаслідок втрати і руйнування частини ароматичних речовин. У свіжому хлібі набухлі крохмальні зерна знаходяться в аморфному стані.

При зберіганні відбувається перехід крохмалю з аморфного в кристалічний стан. При цьому структура крохмальних зерен ущільнюється, об’єм їх зменшується, з’являються тріщини між білком і крохмалем, відбувається також часткове виділення вологи. Ця волога частково утримується м’якушкою, а частково розм’якшує скоринку. Хліб з житнього борошна довше зберігає свіжість, ніж хліб з пшеничного борошна, завдяки більш повільному старінню житнього крохмального клейстеру і більшому вмісту кислот. Додавання в тісто цукру, патоки, молока, сироватки, жирів уповільнює процес черствіння хліба. Черствий хліб можна освіжити шляхом його прогрівання до 60°С у пароповітряному середовищі.

Заморожування при —20 °С і нижче дозволяє зберегти свіжість хліба і булочних виробів на тривалий час. Однак цей спосіб порівняно дорогий і має обмежене застосування.