1.3. Аналіз процесів, що відбуваються при ферментації заварного пряникового напівфабрикату

При дослідженні процесів ферментації заварного пряникового тіста, в роботах 2, 29, 67 були зроблені наступні висновки: вологість тіста при ферментації істотно не змінюється; температура тіста приблизно через два тижні досягає температури камери схову й надалі змінюється відповідно до останньої; кількість сирої клейковини різко зростає на другий день ферментації й потім поступово знижується, доходячи до мінімуму на другий місяць зберігання. Приблизно така ж картина спостерігається й із сухою клейковиною. У процесі ферментації збільшується кислотність тіста, кількість інвертного цукру й розчинних речовин. Поліпшуються смакові якості тіста, воно стає менш затягнутим, набуває медового кольору, колір клейковини стає темнішим, пористість пряника стає більш рівномірною й крупнішою.

У результаті вивчення цього питання були зроблені припущення 29, 67, що при тривалій ферментації заварки створюються відповідні умови для дії амілолітичних та протеолітичних ферментів, які в невеликій кількості залишились у борошні в активному стані після дії високої температури при заварюванні. Тому наводяться наступні рекомендації для інтенсифікації цього процесу: температуру тіста при заварюванні необхідно підтримувати не вище 65°; заварювання слід проводити до можливо більш повної клейстеризації крохмалю; кислотність тіста при зберіганні можна штучно збільшити за рахунок введення кислоти до необхідного оптимуму для дії ферментів; для прискорення дозрівання тіста можна застосовувати житнє борошно, борошно нижчих виходів (72 і 85%), дрібні висівки, мальцекстракт.

Однак технології виготовлення заварного пряникового тіста з використанням цих рекомендацій у вітчизняній практиці не розроблялись. Ймовірно, це пов’язано з тим, що в 60-х роках минулого століття російськими вченими був зроблений висновок, що процес ферментації мало впливає на якість пряникових виробів. Дослідження, проведені вченими (Токарєв, Данилевська, Розанова й ін.), показали, що під час ферментації завареного тіста відбуваються біохімічні процеси, але в незначному ступені, що пояснюється відсутністю оптимальних умов для дії ферментів. Основний висновок, до якого приходять автори, полягає в тому, що біохімічні процеси, які проходять у пряниковому тісті в процесі ферментації, не впливають на якість виробів [29, 67].

Питання про ферментацію заварного тіста ще вкрай недостатньо вивчено, тому воно потребує подальшого дослідження. Ймовірно, що основним процесом , який відбувається при ферментації тіста є гідроліз крохмалю борошна.

1.3.1. Теоретичні основи процесу гідролізу крохмалю борошна.

Крохмаль борошна гідролізується під дією амілолітичних ферментів. До групи амілолітичних ферментів відносяться α- і β-амілаза, глюкоамілаза, пуллуланаза і деякі інші ферменти. Амілази бувають двох типів: ендо- і екзоамілази [37, 38, 58, 60, 68, 70]. Як зазначено у роботах професора А.П. Нечаєва [37], чітко вираженої ендоамілазою є α-амілаза, яка здатна до розриву внутрішніх молекулярних зв'язків у високополімерних ланцюгах субстрату. Глюкоамілаза і β-амілаза є екзоамілазами, тобто ферментами, що атакують субстрат з кінця, що не редукує.

Діючи на ціле крохмальне зерно, -амілаза атакує його, розпушуючи поверхню й утворюючи канали і борозенки, тобто як би розколює зерно на частини. Клейстеризований крохмаль гідролізується нею з утворенням продуктів, що забарвлюються йодом – в основному низькомолекулярних декстринів. Процес гідролізу крохмалю багатостадійний. У результаті впливу α-амілази на перших стадіях процесу в гідролізаті накопичуються декстрини, потім з'являються тетра- і тримальтоза, що не забарвлюються йодом, які дуже повільно гідролізуються β-амілазою до ди- і моноцукридів. β-амілаза (α-1,4-глюканмальтогідролаза) є екзоамілазою, що проявляє спорідненість до передостаннього α-(1,4)- зв’язку з нередукуючого кінця лінійної ділянки амілози чи амілопектину. На відміну від α- амілази, β- амілаза практично не гідролізує нативний крохмаль; клейстеризований крохмаль гідролізується до мальтози в β-конфігурації. β-амілаза відщеплює мальтозу від нередукуючого кінця ланцюга, розриваючи глікозидні зв'язки через один. Назва “β –амілаза” була обрана для того, щоб показати, що мальтоза утворюється в β -аномірній формі. Це не означає, що в молекулі крохмалю присутні - β -зв'язки, а вказує скоріше на те, що відбувається інверсія конфігурації, що може мати місце в процесі ферментативного перетворення речовини, що містить асиметричний атом вуглецю. Таким чином, діючи упорядковано, β -амілаза послідовно відщеплює залишки мальтози з кінця, що не редукує, доти, поки не зустрінеться розгалуження зі зв'язком α-1,6-. При цьому амілоза під дією β-амілази розщеплюється до мальтози на 100%., крім мальтози, що утворюється, залишається недоторканою велика, сильно розгалужена серцевина, так званий “кінцевий декстрин” тому, що фермент припиняє свою дію за 2-3 залишку глюкози від кінців розгалуження. Β-амілази – це ферменти в основному рослинного походження. Значний вміст β-амілази у зерні пшениці, а також пшеничному і ячмінному солодах. На відміну від α-амілази, β-амілаза менш термостабільна, але виявляє велику стійкість до кислих значень рН, зберігаючи свою активність при рН 3,3 [37, 38, 58, 60].

У зерні, що дозріває, синтезується α-амілаза дозрівання, що потім переходить у латентну форму, локалізуючись на мембранах алейронового шару. Перший етап гідролізу крохмалю при проростанні здійснюється цією α-амілазою. І тільки на наступному етапі в роботу включається знову синтезований фермент – α-амілаза проростання. Її синтез у клітинах зародка й алейронового шару починається при вологості зерна вище 28%. Дві форми α-амілази насіння злаків розрізняються по термостабільності: α -амілаза дозрівання при 70°С втрачає 50% своєї активності, тоді як α-амілаза проростання при цій температурі тільки незначно знижує свою активність 37.

Інтенсивність гідролізу крохмалю в сировині, що переробляється, як уже відзначалося раніше, визначається взаємодією багатьох факторів. Це, насамперед, стан амілаз дозрілого зерна і можливість переходу частини латентної форми у вільний стан. Це і стан субстрату, його доступність дії ферменту (атакуємість субстрату). Велике значення має і фракційний склад крохмальних гранул, співвідношення дрібних і великих зерен, а також вміст ушкоджених зерен крохмалю, що легше піддаються дії ферментів [37, 38, 60, 68, 69, 70].

Як було встановлено останнім часом , важлива роль у цьому процесі належить протеолітичним ферментам. Протеази, здійснюючи обмежене розщеплення білків, сприяють звільненню амілаз зі зв'язаного стану, а також гідролізують ту частину запасних білків, що міцно зв'язана з поверхнею крохмальних гранул, полегшуючи тим самим доступ ферменту до субстрату [ 37, 58 ].

Крім ферментативного гідролізу крохмалю в харчовій промисловості кислотний гідроліз крохмалю (наприклад, при виробництві карамельної патоки). При гідролізі крохмалю під дією кислот спочатку має місце ослаблення і розрив асоціативних зв'язків між макромолекулами амілози й амілопектину. Це супроводжується порушенням структури крохмальних зерен і утворенням гомогенної маси. Далі йде розрив α -D-(l,4)- і α -(1,6)-зв'язків із приєднанням за місцем розриву молекули води. У процесі гідролізу наростає число вільних альдегідних груп, зменшується ступінь полімеризації. Внаслідок гідролізу і наростання редукуючих (відновлюючих) речовин вміст декстринів зменшується, глюкози – збільшується, концентрація мальтози, три- і тетрацукрів спочатку збільшується, потім їх кількість знижується. Кінцевим продуктом гідролізу є глюкоза. На проміжних стадіях утворюються декстрини, три- і тетрацукри, мальтоза. Визначеному значенню глюкозного еквіваленту відповідає визначене співвідношення цих продуктів, і, варіюючи тривалістю гідролізу й умовами його проведення, можна одержувати різні співвідношення окремих продуктів гідролізу при тій чи іншій величині глюкозного еквіваленту [37, 46, 58, 60, 71].

У зв’язку з тим , що процес гідролізу крохмалю може бути присутнім при ферментації заварки, викликає інтерес застосування ферментативно-активних солодових продуктів для його інтенсифікації. Досліджень особливостей процесу гідролізу крохмалю при ферментації заварок для пряникового тіста в літературних джерелах не знайдено.