1.6. Теоретичні основи процесу черствіння та способи подовження термінів зберігання борошняних виробів

Пряникові вироби, як і хліб, після випікання мають характерну м'якушку. В процесі зберігання таких виробів, як і при зберіганні хліба, відбувається процес черствіння. Є велика кількість робіт, присвячених дослідженню процесу черствіння хліба. Робіт, присвячених розкриттю механізму процесу черствіння пряників дуже мало. Для дослідження і обгрунтування процесу черствіння пряникових виробів необхідно було ознайомитись з теоретичними основами процесу черствіння хліба.

Ряд дослідників вважають, що черствіння хліба протікає подібно процесам кристалізації високополімерних систем [90, 91]. Виходячи з положення, що процес черствіння хліба можна представити як кристалізацію високополімерів м'якушки, пояснюються зміни фізико-хімічних і гідрофільних її властивостей. Зниження м'якості м'якушки хліба порівнюється з підвищенням щільності полімеру при переході з аморфного стану в кристалічний. Зміна гідрофільних властивостей м'якушки при черствінні пояснюється упорядкуванням і ущільненням її структури, у результаті чого зменшується внутрішня енергія системи, що витрачається частково на кристалізацію. Ущільненням структури високополімерів хліба пояснюється також зменшення здатності речовин м'якушки (амілози й ін.) переходити у водний розчин .

Крохмаль борошна являє собою високомолекулярний поліцукрид, зерна якого, як показали рентгенографічні дослідження, мають кристалічну структуру [92]. При випіканні крохмальні зерна набухають і частково клейстеризуються з поглинанням води, що виділяється коагулюючими білками. Крохмаль при цьому переходить із кристалічного стану в аморфний. При зберіганні хліба відбувається зворотній перехід крохмалю в кристалічний стан. Це було уперше встановлено в 1902 р. Л. Лінді, який показав, що при зберіганні хліба відбувається зниження розчинності крохмалю його м'якушки. Ним було введене поняття про ретроградацію крохмалю, як про перехід крохмалю з аморфного стану в кристалічний при його старінні [90].

И. Р. Катц протягом ряду років (1910—1933) досліджував процес черствіння хліба за допомогою рентгенографії. Ним було встановлено, що рентгенограма свіжовипеченого хліба відрізняється від рентгенограми черствого хліба. Це розходження обумовлюється тим, що свіжовипечений хліб містить крохмаль в аморфному стані, а при зберіганні хліба відновлюється кристалічна структура крохмалю, таким чином відбувається явище ретроградації крохмалю. Характер рентгенограми залежить від вологості крохмального драглю. Швидкість утворення кристалічної структури також залежить від вологості драглю [90, 92, 93, 94].

На думку И. Максвелла і X. Цобеля [95], підвищення вологості крохмального драглю сповільнює ретроградацію крохмалю, що, очевидно, можна пояснити, якщо розглядати ретроградацію крохмалю як процес агрегації його структурних елементів, що протікає повільніше через роз'єднання крохмальних зерен в драглі при великій вологості. Після випікання хліба властивості його крохмалю змінюються – знижується відносна в'язкість крохмальних зерен.

На зміну водневих зв'язків гідроксильних груп в амілозній і амілопектиновій фракціях крохмалю при його ретроградації в процесі черствіння вказує Р. В. Керр [46]. Встановлено, що дві макромолекули крохмалю, що мають по три полярні групи ОН, утворюють між собою водневі зв'язки, у результаті чого виникають ассоціати. Тривалість існування ассоціатів залежить від зовнішніх умов.

Л. Я. Ауэрманом і Р. Г. Рахманкуловой [ 96] встановлено, що в процесі черствіння хліба відбуваються зміни в білковій фракції м'якушки, що приводить до ущільнення структури і зниження гідратаційної здатності. С. Ерландер [97] вважає, що на швидкість черствіння хліба впливає співвідношення крохмалю і білку і що структура крохмалю така, що черствіння буде протікати незалежно від того, скільки буде додано білку в тісто.

Е. Виллхофт [98, 99] висловлено припущення, що при зберіганні продовжуються процеси зміни гідратованих білків клейковини, що приводить до зниження гідратаційної здатності і віддачі вільної води. Ці зміни зв'язують зі збільшенням ступеня денатурації білка або зміною його конфігурації.

Розгляд приведених даних дозволяє відзначити, що при зберіганні хліба відбувається кристалізація крохмалю, зміна клейковини з виділенням вільної води і наступна денатурація клейковини, що сприяє збільшенню твердості м'якушки.

Ці дослідження показують, що черствіння хліба є складним процесом і для його розкриття потрібні подальші поглиблені дослідження.

В процесі зберігання пряникових виробів відбувається зміна їх структури внаслідок проходження процесу черствіння. Процес черствіння пряників зв’язаний з втратою вологи м’якушки.

Теоретичним питанням процесу черствіння пряників приділялася особлива увага вітчизняних вчених. Головні негативні фактори, що обумовлюють зміну структури м’якушки пряника, пов’язуються з кристалізацією цукрози та ретроградацією крохмалю борошна у процесі зберігання виробів. Основними біополімерами, що впливають на створення структури пряників є білково-протеїназний та вуглеводно-амілазний комплекси борошна, редукуючі та нередукуючі цукри сировинних інгредієнтів [4, 5].

Дослідження фізико-хімічних процесів, які відбувалися при приготуванні пряникового тіста та виявлення основних факторів, що впливають на зберігання якості виробів проводилися вітчизняними та закордонними вченими [4, 5, 87, 88, 89].

В Україні науковою школою під керівництвом професора А.М. Дорохович досліджувався вплив різноманітних технологічних чинників на зберігання борошняних кондитерських виробів. За результатами цих досліджень вперше був науково обґрунтований механізм черствіння пряників. За допомогою рентгенофазового аналізу та вивчення змін теплоємності за методом Кальве встановлено, що домінуючим фактором черствіння сирцевих пряників є кристалізація цукрози, що зумовлено втратою вологи пряниковими виробами в процесі зберігання [4, 5]. Встановлено, що при черствінні м'якушка пряників набуває кристалічної структури. Зменшення вологості на 3 – 5% сприяє переходу розчинів цукрози з насиченого у перенасичений стан, який і супроводжується процесом її кристалізації. Дослідження показали, що використання фруктози в кількості 5 – 10 % до маси цукру дозволило подовжити терміни зберігання сирцевих пряників в 1,3 – 1,5 рази, повна заміна цукру на фруктозу – в 2 рази. Використання сорбіту в кількості 10 % від маси цукру дозволяє подовжити термін зберігання в 1,2 рази, а повна заміна цукру на сорбіт – в 1,5 рази. За результатами проведення досліджень особливостей структури тіста сирцевого та за­варного пряника на цукрі та вплив заварки на структурно-механічні характеристики тіста та на збереженість готових виробів у процесі зберігання за допомогою рентгенофазового аналізу було встановлено суттєву різницю у особливості їх черствіння.

При аналізі дифрактограм м'якушки черствого сирцевого пряника на цукрі встановлено, що домінуючу роль у процесі їх черствіння відіграє кристалізація цукрози, тоді як на дифрактограмі м'якушки черствого заварного пряника на цукрі кристалізація цукрози не спостерігалась, але була яскраво виражена ретроградація крохмалю.

Таким чином був зроблений висновок, що механізм черствіння сирцевих пряників дуже складний, бо пов'язаний з одночасним протіканням процесів ретроградації крохмалю та кристалізації цукрози. Процес заварювання борошна при приготуванні тіста для заварних пряників сприяє уповільненню процесу черствіння пряників у процесі зберігання, оскільки домінуюча роль у механізмі черствіння буде належати ретроградації крохмалю [4, 5, 87, 88, 89].

На основі аналізу даних про механізм черствіння хліба та сирцевих і заварних пряників можна зробити висновок, що для уповільнення цього процесу при зберіганні вищеназваних виробів необхідно застосовувати методи і прийоми, що стримують зміни в крохмалі і білкових речовинах і зменшують втрату вологи.

Висновки до розділу 1.

• Аналітичний огляд літератури показав, що великим попитом у споживачів користуються заварні пряники, але традиційна технологія їх тривала, а вироблені за прискореною технологією пряники швидко черствіють, тому технологія заварних пряників потребує удосконалення, спрямованого на скорочення процесу ферментації заварки і забезпечення якості протягом терміну зберігання готових виробів.

• Для розробки нових технологій заварних пряників доцільно використовувати цукристі речовини з підвищеними вологоутримуючими властивостями (наприклад, інвертний сироп), продукти переробки солоду (солодове борошно, солодові екстракти). Особливу увагу необхідно приділити розробленню оптимальних технологічних режимів виробництва пряникових виробів з використанням суміші пшеничного та житнього борошна.

• Питання про ферментацію завареного тіста недостатньо вивчено, тому воно потребує подальшого дослідження. 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.

• В зв’язку з тим, що прогресивним способом формування пряникових напівфабрикатів є методи екструзії та ко-екструзії і ці процеси для заварного пряникового тіста досліджувались недостатньо, виникає необхідність при створенні рецептурних композицій та технологічних режимів приготування тіста встановити оптимальні структурно-механічні характеристики тістових мас відповідно вимогам формуючого обладнання.

• Для заварних пряників, виготовлених з суміші пшеничного та житнього борошна, процес термообробки вивчений недостатньо, тому виникає необхідність проведення досліджень процесу тепломасообміну з метою визначення тривалості випікання та режимів термічної обробки.

• Оскільки при проведенні аналітичного огляду літератури не знайдено даних відносно особливостей процесу охолодження пряників до і після процесу глазурування виникає необхідність дослідження впливу процесу глазурування на розподіл вологи в процесі зберігання.