книги из ГПНТБ / Зверева Л.Ф. Технология и технохимический контроль хлебопекарного производства учебник

Питательные вещества высших сортов муки лучше усваивают­ ся организмом, однако низшие сорта ее имеют большую вита­ минную и минеральную

ценность.

Мука в основном (на 90%) состоит из углево­ дов и белков.

УГЛЕВОДЫ

В углеводный комплекс муки входят высшие по­ лисахариды (крахмал, декстрины, клетчатка, гемицеллюлозы, слизи), сахароподобные полиса­ хариды (дисахариды,три­ сахариды) и небольшое количество простых саха­ ров (глюкоза, фруктоза).

Процесс образования углеводов из неорганических веществ в зеленых частях растений (фотосинтез углеводов) суммарно вы­ ражается уравнением:

В муке высших сортов содержится крахмала до 80%. Крахмал в растениях и в муке находится в виде зерен размером от 0,002 до 0,15 мм. Размер, форма, способность к набуханию и клейстеризации крахмальных зерен характерны для муки различных видов. Так, крахмальные зерна кукурузы многоугольные, в се­ редине зерен имеется звездчатая трещина, крахмальные зерна пшеницы округлые, на поверхности их щелей нет. Крупность и целость крахмальных зерен влияет на консистенцию теста, его влагоемкость и содержание в нем сахара. Мелкие и поврежден­ ные зерна крахмала быстрее осахариваются в процессе приго­ товления хлеба, чем крупные и плотные зерна.

В крахмальных зернах кроме собственно крахмала содер­ жится незначительное количество фосфорной, кремниевой и жирных кислот, а также других веществ.

Структура зерен крахмала кристаллическая, тонкопористая. Крахмал характеризуется значительной адсорбционной способ­ ностью, вследствие чего он может связывать большое количест­

20

во воды даже при обычных температурных условиях, например в тесте.

Крахмальное зерно неоднородно, оно состоит из двух поли­ сахаридов: амилозы, образующей внутреннюю часть крахмаль- -ного зерна, и амилопектина, составляющего его наружную часть. Количественные соотношения амилозы и амилопектина в крахмале различных злаков составляют 1 : 3 или 1 : 3,5.

Амилоза отличается от амилопектина меньшей молекуляр­ ной массой и более простым строением молекулы. Молекула амилозы состоит из 300—800 глюкозных остатков, образующих

а

Рис. 5. Схема строения амилозы (а) и амилопектина (б).

прямые цепи. Амилоза окрашивается йодом в синий цвет, в го­ рячей воде растворима, коллоидные растворы ее сравнительно быстро восстанавливаются. В молекуле амилопектина содер­ жится до 6000 глюкозных остатков, строение молекулы амило­ пектина разветвленное (рис. 5). йод окрашивает амилопектин в красно-фиолетовый цвет.

Крахмал в целом окрашивается йодом в синий цвет, так как окрашивание амилозы перекрывает окрашивание амилопекти­ на. При нагревании с водой амилопектин набухает, образуя клейстер. Подвергаясь клейстеризации, крахмальные зерна зна­ чительно увеличиваются в объеме, становятся рыхлыми и более податливыми для действия ферментов. Температура, при кото­ рой вязкость крахмального студня наибольшая, называется температурой клейстеризации крахмала. Температура клейсте­ ризации зависит от природы крахмала и от ряда внешних фак­ торов: pH среды, наличия в среде электролитов и др.

Температура клейстеризации, вязкость и скорость старения крахмального клейстера у крахмала различных видов неодина­

21

кова. Ржаной крахмал клейстеризуется при 50—55° С, пшенич­ ный при 62—65° С, кукурузный при 69—70° С. Такие особеннос­ ти крахмала имеют большое значение для качества хлеба.

На структуру крахмального зерна оказывает существенное влияние нагревание и до более низких температур, чем темпера­

его брожения, структура хлебного мякиша, вкус, аромат, пори­ стость хлеба, скорость черствения изделий. Крахмальные зерна при замесе теста связывают до 40% всего количества влаги. Особенно велика водопоглотительная способность механически поврежденных и мелких зерен крахмала, так как они имеют большую удельную поверхность. В процессе брожения и расстойки теста часть крахмала под действием ß-амилазы осахари­ вается, превращаясь в мальтозу. Образование мальтозы необхо­ димо для нормального брожения теста и качества хлеба, так как собственные сахара муки составляют всего —Vs часть уг­ леводов, сбраживаемых в производстве хлеба. При выпечке хле­ ба крахмал частично клейстеризуется (для полной клейстериза­ ции крахмальных зерен в тесте не хватает влаги). Плотный сту­ день клейстеризованного крахмала связывает до 80% влаги, находящейся в тесте, что обеспечивает образование сухого эла­ стичного мякиша хлеба. Во время хранения хлеба крахмальный клейстер подвергается старению (синерезису), что является ос­ новной причиной черствения хлебных изделий.

Декстрины (СбНюОз)*. Это первичные продукты гидролиза крахмала, коллоидные вещества, образующие с водой клейкие растворы. Молекулярная масса и свойства декстринов зависят от степени гидролиза крахмала. Принято различать следующие группы декстринов:

а м и л о д е к с т р и н ы — соединения, близкие по структуре

ккрахмалу, окрашиваются йодом в фиолетовый цвет;

эр и т р о д е к с т р и н ы — соединения с меньшей молекуляр­ ной массой, окрашиваются йодом в красный цвет.

Наиболее простые декстрины ( а х р о д е к с т р и н ы и м а л ь - т о д е к с т р и н ы ) йодом не окрашиваются. В пшеничной муке, полученной из проросшего зерна, содержится около 3—5% декстринов. Декстрины плохо связывают воду, поэтому при по­ вышенном содержании их в тесте мякиш хлеба становится лип­ ким и неэластичным.

Клетчатка и гемицеллюлозы. Клетчатка (целлюлоза) имеет общую эмпирическую формулу с крахмалом (СбН10О5)х, но зна­

чительно отличается от него строением молекулы и физико­ химическими свойствами.

22

Молекула клетчатки образована нитевидной цепочкой глюкозных остатков. Молекулы соединены в пучки за счет дополни­ тельных валентностей и образуют мицеллы. Молекулы клетчат­ ки состоят из 1500 и более глюкозных остатков. Клетчатка не­ растворима в холодной и горячей воде. Она гидролизуется кисло­ тами с большим трудом, чем крахмал. В растениях клетчатка играет роль опорного вещества, из нее состоят оболочки расти­ тельных клеток. Одеревеневшая клетчатка, находящаяся в обо­ лочках зерна, практически не усваивается организмом человека и поэтому снижает пищевую ценность муки. В муке высших сор­

клетчатку в растениях. Они состоят из пентозанов (C5H804)a; и гексозанов (СбНюОб)*. Гемицеллюлозы в воде нерастворимы, но растворяются в щелочах. Они гидролизуются легче клетчат­ ки. При гидролизе гемицеллюлоз образуются ксилоза, арабино­ за, глюкоза, фруктоза и другие сахара. В муке в зависимости от ее сорта содержится 2—8% гемицеллюлоз.

Гемицеллюлозы, как и клетчатка, являются балластными ве­ ществами муки. Организм человека гемицеллюлозы не усваи­ вает.

Углеводные слизи. Пшеничная и ржаная мука содержит (в

так как эти вещества дают очень вязкие, слизеобразные раство­ ры. В пшеничной муке содержится 0,8—2,0% слизей, а в ржаной почти в два раза больше. Слизи ржаной муки отличаются более высокой степенью полимеризации и дают более вязкие раство­ ры, чем слизи пшеничной муки. Для слизей характерна высокая гидрофильность. При пептизации слизей в воде их объем возра­ стает в 8 раз. 4%-ный раствор слизей имеет плотную конси­ стенцию.

В последние годы усиленно изучаются свойства слизей пше­ ничной и ржаной муки. Доказано, что слизи повышают водопог­ лотительную способность муки и укрепляют консистенцию те­ ста. Слизи образуют комплексы с крахмалом и белковыми ве­ ществами муки. Такие комплексы оказывают влияние на техноло­ гические свойства белков, например, мешают образованию клейковины в ржаном тесте. При действии окислителей вязкие водные растворы слизей превращаются в прочные студни, что укрепляет консистенцию теста.

Сахара. Общее содержание сахаров зависит от сорта муки и от качества зерна. В зерне несозревшем, морозобойном или проросшем сахаров содержится значительно больше, чем в зер­ не нормального качества.

Общее содержание сахаров в пшеничной муке составляет

0,8—1,8%, а в ржаной — 4—6,5%.

23

Сахара муки состоят из моносахаридов (глюкоза, фруктоза), дисахаридов (мальтоза, сахароза) и трисахаридов (раффиноза, мелибиоза). В муке содержится также и глюкофруктозан (левозин), при гидролизе он распадается на одну молекулу глюко­ зы и девять молекул фруктозы. Собственные сахара муки сбра­ живаются в первые 1,5—2 ч брожения полуфабрикатов, на весь цикл брожения теста их не хватает.

БЕЛКИ

Общее понятие о белках. Азотистые вещества муки состоят в основном (на 90%) из белков. К небелковым азотистым вещест­ вам относятся аминокислоты, пептоны, амиды и некоторые глюкозиды. В муке низших сортов небелковых азотистых веществ содержится больше, чем в муке высших сортов.

Белками называют высокомолекулярные полимеры амино­ кислот. Бесчисленное множество природных белков образовано

структуру. Первичной структурой белковой молекулы являются полипептидные цепи, состоящие из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями (RCO—NHRi).

Полипептидные нити образуют в пространстве спиралевид­ ные цепочки, витки которых соединяются при помощи водород­ ных связей. Такие цепочки рассматриваются как вторичная структура молекулы белка. Наиболее распространенной вто­ ричной структурой молекулы белка является спиральная. Спира­ ли полипептидных цепей свернуты в компактную глобулу, кото­ рая представляет собой третичную белковую структуру. Третич­ ная структура молекулы белка образуется вследствие возникно­ вения дисульфидных (—S—S—), водородных (—ОН—О—), эфирных (—СО—О—) и солевых связей между боковыми це­

белков придается дисульфидным связям, возникающим между полипептидными цепями со свободными сульфгидрильными группами (—SH ). Такие связи образуются между полипептидны­ ми цепями при действии окислителей по следующей схеме:

RSH RS

+ 0-> I + Н 20.

RiSH RXS

От соотношения дисульфидных и сульфгидрильных группи­ ровок зависит во многом характер вторичной и третичной струк­ туры молекулы белка, а также физические и технологические свойства белков муки. Чем больше возникает дисульфидных связей в белковой молекуле, тем плотнее будет ее структура,

24

тем больше упругость и меньше растяжимость клейковины и, следовательно, тем выше сила муки.

Коллоидно-химические свойства белков имеют важное тех­ нологическое значение в производстве хлеба. Белки представля­ ют собой лиофильные. коллоиды, способные к сильному набуха­ нию. Большой гидрофильностью отличаются белки пшеничной и ржаной муки, они поглощают при набухании до 300% воды от своей массы. Способность к набуханию зависит от природных свойств белка и от внешних условий (температуры, наличия в среде солей и липоидов, pH среды и других факторов). Частицы белка обладают значительной адсорбционной способностью, на поверхности молекулы белка могут адсорбироваться различные газообразные, жидкие и твердые вещества. Так, белки пшенич­ ной клейковины адсорбируют до 10% различных веществ от сво­ ей массы.

Под влиянием кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, ультрафиолетовых лучей и нагревания свойства белка необра­ тимо изменяются (белки денатурируются). Денатурированный белок теряет способность к растворению и к гидратации, изме­ няется гидролизуемость белка и форма белковой глобулы. Большая часть белков муки денатурируется при нагревании до 60—70° С. Частичная денатурация белков муки может происхо­ дить при сушке и кондиционировании зерна, полностью денатурируются белки во время выпечки теста, образуя прочный каркас хлеба. Гидролиз белка происходит при нагревании рас­ творов его с кислотами или щелочами, а также при действии протеолитических ферментов. Протеолитические процессы, про­ исходящие в тесте, существенно влияют на качество хлеба.

Белки делят на две группы: протеины (или простые белки, состоящие только из аминокислот) и протеиды (или сложные белки). Молекула сложного белка состоит из белковой части, соединенной с каким-либо небелковым веществом (нуклеиновые кислоты, углеводы, липоиды и другие компоненты).

По условной классификации протеины в зависимости от их растворимости делят на несколько групп. Растворимые белки вследствие большого размера их молекул образуют только кол­

держатся в зародыше зерна, поэтому они находятся главный об­ разом в муке низших сортов.

В муке обнаружены следующие фракции протеинов: альбу­ мины — белки, растворимые в чистой воде, глобулины — белки, растворимые в слабых растворах нейтральных солей, проламины — белки, растворимые в 60—80%-ном растворе спирта, глютелины — белки, растворимые в слабых растворах щелочей

( 0,2 % ) .

Альбумины и глобулины находятся в алейроновом слое зер­ на, а проламины и глютелины в эндосперме; следовательно,

белки сортовой муки представлены главным образом глютелинами и проламинами. Соотношение отдельных фракций белка в зерне зависит от условий произрастания и стадии созревания

зерновой культуры.

Содержание белковых веществ в различных образцах муки одного и того же сорта подвержено значительным колебаниям, кроме того, содержание белковых веществ зависит и от сорта муки. В муке низших сортов содержится больше белковых ве­ ществ, чем в муке высших, однако пищевая и технологическая ценность белков высших сортов муки более значительна.

Белки пшеничной муки. Содержание белковых веществ в зерне пшеницы может колебаться в пределах 7—26% в зависи­ мости от сорта зерна, а главное — от условий его произрастания.

ково. Проламиновая и глютелинов^я фракции белков при заме­ се и отлежке теста образуют клейковину — упругоэластичный гель, получаемый промыванием теста в воде. Глиадиновая и глютениновая фракции клейковины неодинаковы по молекуляр­ ной массе и физическим свойствам. Глютенин отличается от глиадина большей молекулярной массой, большей упру­ гостью и плотностью. Глиадиновая фракция белков вязкая и текучая.

В течение многих лет глиадин и глютенин считались индиви­ дуальными белками, однако последние исследования показали, что такое представление о белках клейковины весьма условно. Применяя различные растворители, можно разделить белковую часть клейковины и на другие фракции.

Первичная структура белков муки определяется сортом зер­ на, вторичная и третичная структура белковых веществ форми­ руется под влиянием внешних условий (условия произрастания зерна, режим его высушивания и другие).

Белки ржаной муки. Общее содержание белков в ржаной муке несколько ниже, чем в пшеничной (в среднем 10—14%). В ржаной муке водо- и солерастворимых белков почти в два раза больше, чем в пшеничной, содержание спирторастворимых бел­ ков (глиадинов) в 3 раза ниже. Технологические свойства бел­ ков ржаной муки иные, чем белковых веществ пшеницы. Отли­ чительная особенность белков ржаной муки — способность бы­ стро набухать в воде, причем, значительная часть их набухает неограниченно (пептизируется), переходя в коллоидный ра­ створ. По аминокислотному составу и характеру отдельных фракций ржаные белки сходны с белками пшеничной муки.

Значительный удельный вес в ржаных белках имеет глиади­ новая и глютениновая фракции, которые, однако, в обычных ус­

26

ловиях клейковину не образуют. Многочисленные опыты пока­ зали, что если эти фракции изолированы от других компонентов ржаной муки (слизи и др.), то из них удается получить клейко­ вину, напоминающую по свойствам клейковину пшеницы.

липиды

Липидами называются жиры и жироподобные вещества (липо­ иды). Все липиды нерастворимы в воде, они растворяются в ор­ ганических растворителях. Липиды муки на 3/4 состоят из нейт­

2,7%, а в пшеничной муке 1,6—2,0%. В муке липиды находятся как в свободном состоянии, так и в виде комплексов с белка­ ми (липопротеиды) и углеводами (гликолипиды). Считают, что доля связанных липидов составляет около Уз от их массы. По­ следние исследования показали, что связанные с белками клей­ ковины липиды значительно влияют на ее физические свойства.

Жиры. Жиры являются сложными эфирами глицерина и вы­ сокомолекулярных жирных кислот. В пшеничной и ржаной муке различных сортов содержится 1—2% жира. Жир, находящийся в муке, имеет жидкую консистенцию. Он состоит в основном из глицеридов ненасыщенных жирных кислот: олеиновой, линолевой

ролиз жира во время хранения муки и дальнейшие превращения свободных жиров кислот существенно влияют на кислотность и вкус муки и на свойства клейковины.

Липоиды. К липоидам муки относятся ф о с ф а т и д ы — сложные эфиры глицерина и жирных кислот, содержащие фосфорную кислоту, соединенную с каким-либо азотистым ос­ нованием. Схема строения молекулы фосфатида:

1-----------------жирная кислота

Глицерин-------------жирная кислота

------------------фосфорная кисло­ та

азотистое основа ние

Вмуке содержится от 0,4 до 0,7% фосфатидов, относящихся

кгруппе лецитинов, в которых азотистым основанием является холин. Лецитины и другие фосфатиды характеризуются высокой пищевой ценностью и имеют большое биологическое значение. Они легко образуют соединения с белками (липопротеидные

27

воде.

Являясь поверхностно-активными веществами, лецитины слу­ жат хорошими пищевыми эмульгаторами и признанными улучшителями хлеба.

К растворимым в жирах п и г м е н т а м относятся каротино­ иды и хлорофилл. Цвет каротиноидных пигментов муки желтый или оранжевый, а хлорофилла — зеленый. Каротиноиды обла­ дают провитаминными свойствами, так как способны в живот­ ном организме превращаться в витамин А.

Наиболее известные каротиноиды представляют собой нена­ сыщенные углеводороды. При окислении или восстановлении каротиноидные пигменты переходят в бесцветные вещества. На этом свойстве пигментов основана отбелка пшеничной сортовой муки, применяющаяся в некоторых зарубежных странах. Во многих странах отбелка муки запрещена, так как она снижает ее витаминную ценность. Жирорастворимым витамином муки является витамин Е, остальные витамины этой группы в муке практически отсутствуют.

ФЕРМЕНТЫ

Ферменты — белковые вещества с каталитическими свойствами. Большинство реакций в живых организмах происходит с участи­ ем ферментов. Ферменты образуются в любой живой клетке. Бел­ ковая природа ферментов объясняет их лабильность к условиям среды и многие другие общие свойства. Ферменты весьма чувст­ вительны к температуре (термолабильны), нагревание до 80°С и более необратимо разрушает ферменты. Температурный опти­ мум для действия большинства ферментов 35—50° С. Ферменты проявляют максимальную активность при оптимальном значении pH среды, которое для разных ферментов колеблется в широком диапазоне. На активность большинства ферментов влияет со­ держание определенных химических веществ. Некоторые веще­ ства активируют ферменты (активаторы), другие инактивируют их (ингибиторы ферментов). Большинство ферментов раствори­ мо в воде.

Действие ферментов специфично. Чаще всего наблюдается групповая специфичность, которая заключается в том, что каж­ дый фермент катализирует только одну реакцию для группы ве­ ществ определенной химической структуры.

В зависимости от условий реакции ферменты ускоряют пря­ мое или обратное течение ее. Во время созревания зерна фер­

28

собна разложить 1 000 000 частей крахмала с образованием мальтозы. По мнению большинства исследователей, механизм ферментативного процесса сводится к образованию временного комплекса фермента с веществом, на которое он действует

(рис. 6).

Классификация ферментов, установленная комиссией по ферментам Международного биохимического союза в 1961 г., основывается на катализируемых ими реакциях. По этому приз­ наку ферменты делят на шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы.

1 2 3 4 S S

Рис. 6. Схема образования и распада комплекса фермент — субстрат:

j — фермент; 2 — субстрат; 3 — комплекс фермент—субстрат; 4—активированный комплекс; б — фермент; 6 — продукты реакции.

В зерне содержится разнообразный комплекс ферментов. В муке находятся все ферменты зерна, но в иных количествах. Низшие сорта муки отличаются большим содержанием и актив­ ностью ферментов, чем высшие, так как ферменты сосредоточе­ ны в зародыше и периферийных частях зерна.

Ферментная активность отдельных партий муки одного и того же сорта зависит от многих факторов: от условий произра­ стания, хранения и сушки зерна, от режима кондиционирования зерна, продолжительности хранения зерна или муки и др. По­ вышенная ферментная активность наблюдается у муки, полу­ ченной из зерна недозревшего, мороэобойного, проросшего или пораженного клопом-черепашкой, а пониженная — у муки, по­ лученной из зерна, чрезмерно перегретого при сушке. При хра­ нении зерна (муки) активность ферментов несколько снижа­ ется.

Хлебопекарные свойства муки и качество хлеба значительно зависят от активности ферментов, содержащихся в муке. Фер­ ментативные процессы в полуфабрикатах при их брожении или выпечке должны протекать с определенной скоростью в зависи­ мости от микробиологических процессов, качества муки и режи­ ма приготовления теста. При повышенной или пониженной по сравнению с обычным значением ферментной активности муки осложняется ведение технологического процесса, а иногда по­ являются дефекты хлеба.

В технологическом процессе производства хлеба наиболее важны ферменты, гидролизующие основные вещества муки,—• белки и крахмал. Интенсивность, с которой сложные вещества

29