Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биотехнологические основы хлебопекарного производства. Учебное пособие
.pdf
31
вредных для спиртового брожения и ухудшающих качество хлебопекарных и жидких дрожжей.
В воздухе часто встречаются бактерии родов Bacillus sub-
tilis, Bacillus mesentericus, Bacillus megatherium, Bacillus mycoides,
Pseudomonas, сарцины (Sarcina lutea), споры плесневых грибов
родов Penicillium и Aspergillus, дрожжеподобные грибы рода
Candida и редко – молочнокислые бактерии.
2.2. Биохимические процессы, протекающие
в полуфабрикатах хлебопекарного производства
Традиционная технология хлебобулочных изделий является
отдельной отраслью пищевой биотехнологии . В основе хлебопекарного производства лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении микроорганизмов в анаэробных
условиях. В производстве хлеба из пшеничной высокосортной
муки для процессов брожения и кислотообразования применяют
как чистые культуры микроорганизмов – дрожжевые клетки
Saccharomyces cerevisia e (дрожжи хлебопекарные прессованные),
так и дикие формы молочнокислых бактерий, содержащиеся в
значительном количестве в муке, дрожжах и другом сырье, которые начинают размножаться при создании благоприятных условий, или специально размноженные в процессе приготовления
заквасок или жидких дрожжей.
Производство пшеничного хлеба складывается из технологических этапов (рис. 4), в которых основную роль играют белковые вещества, крахмал, ферменты муки и микроорганизмы –
дрожжевые клетки и молочнокислые бактерии муки, дрожжей,
опары или закваски и другого рецептурного сырья.
Объединяющим началом всех традиционных способов приготовления теста является спиртовое и молочнокислое брожение,
которые обеспечиваются метаболизмом дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий.
32
а) б) в)
Рис. 4. Технологическая схема хлебобулочных изделий:
безопарным (а), опарным (б) способами и на КМКЗ (в)
В процессе брожения в тесте протекают физические, коллоидные, биохимические и микробиологические процессы.
Физические процессы. К физическим процессам, проте-
кающим в тесте, относятся процессы смешивания, растворения,
коагуляции, увеличения объема. При брожении теста после
33
замеса до разделки оно приобретает оптимальные структурномеханические свойства, в нем накапливаются водорастворимые
(аминокислоты, сахара и др.), ароматические и вкусовые вещества (спирты, кислоты, альдегиды).
При брожении теста дрожжи, добавляемые при замесе,
сбраживают сахар с образованием этанола и диоксида углерода.
Последний, разрыхляя тесто, растягивает клейковинный каркас,
при этом объем теста увеличивается. Интенсивность протекания
физических процессов при брожении зависит от температуры
теста, которая повышается на 1-2 ºС по сравнению с начальной,
измеряемой после замеса. Это обусловлено тем, что спиртовое
брожение сопровождается положительным тепловым эффектом
(+117,3 кДж). Кроме того, адсорбционное связывание влаги веществами муки – клейковинными белками и крахмалом при замесе также сопровождается экзотермическим эффектом.
Масса теста к концу брожения уменьшается. Так, при приготовлении теста на густых опарах затраты на брожение составляют 2-3 %. Это происходит за счет затрат сухих веществ теста,
обеспечивающих метаболизм дрожжевых клеток в нем. Тесто
разрыхляется, значительно увеличивается в объеме. Процессы
брожения протекают также при разделке, расстойке и в начале
выпечки до тех пор, пока по температурным условиям возможна
жизнедеятельность биоразрыхлителей.
Коллоидные процессы. При брожении теста наряду с физическими протекают коллоидные процессы. В тесте после замеса
продолжается интенсивное набухание коллоидов, набухание и
пептизация белковых веществ муки.
Состояние белковых веществ значительно изменяется под
действием кислот, спирта, ферментов, активаторов или ингибиторов протеолиза, влаги, улучшителей и др. Наличие кислот в
тесте интенсифицирует как набухание, так и пептизацию белковых веществ. Набухание белков теста может происходить с различной интенсивностью в зависимости от силы муки. В тесте из
сильной муки этот процесс протекает медленно, белки набухают
ограниченно и к концу брожения практически прекращают набухать. Ограниченное набухание белков в тесте приводит к уменьшению доли жидкости в тесте и к улучшению его физических
34
свойств. В тесте из слабой муки белки теста структурно малопрочны, к тому же ослаблены протеолизом, поэтому набухание
белков в таком тесте происходит быстро и они частично пептизируются. Это приводит к быстрому увеличению доли жидкой фазы
в тесте и к его разжижению.
Крахмальные зерна в муке имеют кристаллическую структуру, они нерастворимы в холодной воде, но впитывают влагу и
набухают. При повышении температуры увеличивается колебание крахмальных молекул, разрушаются межмолекулярные связи, что освобождает места связывания для взаимодействия крахмала с молекулами воды через водородные связи. При дальнейшем нагревании (приготовлении заварок, выпечке) в присутствии
воды происходит клейстеризация крахмальных зерен, в процессе
которой они из кристаллического состояния преобразуются в
аморфное. Температуру, при которой происходи т разрушение
внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. В процессе клейстеризации набухшие крахмальные зерна разрываются, поэтому вязкость суспензии резко
снижается. Температура клейстеризации крахмала и изменение
вязкости крахмальных суспензий зависят от наличия в них сахаров, белков, жиров, пищевых кислот и воды. Агенты, связывающие воду, тормозят клейстеризацию крахмала, поскольку они
уменьшают массу воды, участвующей в этом процессе.
Жиры, образующие комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен. Моноацилглицериды жирных кислот
(С16-С18) приводят к увеличению температуры клейстеризации.
Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения с амилозой, а также с
амилопектином (рис. 5). Эти комплексы препятствуют доступу
воды в крахмальные гранулы.
Рис. 5. Образование комплексов амилозы с жирными кислотами
35
Активная кислотность теста рН 4-6 не оказывает значительного влияния на набухание крахмала.
Для пшеничного теста большое значение имеет взаимодействие белков с крахмалом в формировании структуры теста, которая, в свою очередь, связана с образованием клейковины, клейстеризацией крахмала и денатурацией белков.
Биохимические процессы. Спиртовое и молочнокислое
брожение – это результаты многих сложных биохимических превращений, протекающих под действием ферментов муки, дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий.
Крахмал при брожении теста частично осахаривается,
образуя под действием
a
-глюкозидазой дрожжевых клеток гидролизуется на две моле-
b
-амилазы муки мальтозу, которая
кулы глюкозы. Под действием зимазного комплекса дрожжей
глюкоза гидролизуется до этанола и диоксида углерода. Высокомолекулярные пентозаны под действием пентозаназ муки также
подвергаются гидролизу.
Белковые вещества муки под действием протеолитических
ферментов гидролизуются до полипептидов, пептидов и аминокислот. Протеолиз в тесте из муки со средними хлебопекарными
свойствами идет медленно, и в основном изменению подвергаются четвертичная и третичная структуры белковых молекул. В тесте из сильной муки слабый гидролиз способствует улучшению
реологических свойств теста. Наличие продуктов протеолиза
белков в тесте необходимо для обеспечивается протекания реакции меланоидинообразования при выпечке. Интенсивность протеолитических процессов должна быть минимальной при переработке слабой муки. Дезагрегация белков, в том числе клейковинных, слабой муки приводит к их неограниченному набуханию и
пептизации. Доля жидкой фазы в тесте увеличивается, в результате тесто разжижается и механическая его разделка и формование затруднено. Тестовые заготовки из такого теста расплываются, что отрицательно сказывается на качестве изделий. Для снижения активности протеолитических ферментов при переработке
слабой муки необходимо применять ингибиторы протеаз, в качестве которых используются улучшители окислительного
36
действия. Определенную роль в ингибировании протеаз играет
пищевая поваренная соль.
Липиды претерпевают превращения под действием фермента липазы с последующим окислением продуктов их гидролиза липоксигеназой до пероксидов в присутствии кислорода воздуха. Глубина и интенсивность этих процессов зависят от химического состава липидов, рецептурных компонентов, массовой доли
влаги, активности ферментов, наличия кислорода воздуха и др.
Микробиологические процессы. Основные микробиологиче-
ские процессы, вызываемые микроорганизмами теста – это спиртовое и молочнокислое брож ение.
Спиртовое брожение является одним из наиболее важных
видов брожения, лежащим в основе технологии различных пищевых производств. Спиртовое брожение применяют в промышленности для производства спирта, глицерина, вина, пива. Оно
используется в хлебопечении, совместно с молочнокислым брожением применяется при получении кисломолочных продуктов
(кумыса, кефира) и при квашении овощей.
Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи,
некоторые плесневые грибы, особенно из рода мукоровых. Наиболее часто в различных производствах используются дрожжи
вида Saccha romyces cerevis iae. Для производства спирта выбира-
ют расы дрожжей, обладающие высокой энергией брожения.
Спиртовым брожением называют процесс разложения глюкозы микроорганизмами с образованием этилового спирта и углекислого газа. Этот процесс можно представить уравнением:
С6Н12О
глюкоза этилов ый спирт
→ 2СН
6
ОН + 2СО2+ 2АТФ.
3СН2
В зависимости от условий протекания брожения в его продуктах преобладает либо этиловый спирт и углекислый газ, либо
глицерин и уксусная кислота (при проведении спиртового брожения в щелочной среде или при добавлении в бродящую среду
бисульфита или сульфита натрия).
Спиртовое брожение протекает под воздействием сложного
комплекса ферментов микроорганизмов в несколько этапов. Первым этапом является гликолитическое расщепление глюкозы до
37
пировиноградной кислоты. На втором этапе протекают две последующие реакции.
Пировиноградная кислота под действием фермента декарбоксилазы декарбоксилируется с отщеплением углекислого газа и
образованием уксусного альдегида:
2СН
СОСООН → 2СН3СНО + 2СО2.
пировиноградная кислота уксусный альдегид
Уксусный альдегид взаимодействует с НАД∙Н
3
, в результа-
2
те чего он восстанавливается в этиловый спирт, а НАД∙Н2 окисляется в НАД. Эта реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой:
2СН
СНО + 2НАД∙Н2 ↔ 2СН
3
уксусный альдегид этил овый спирт
ОН + 2НАД.
3СН2
В процессе спиртового брожения образуется четыре моля
АТФ, два из которых расходуется на фосфорилирование гексозы,
таким образом, запасается две молекулы АТФ. Кроме главных
продуктов брожения (этанола и углекислого газа), образуются и
другие вещества: янтарная кислота, сивушные масла (амиловый и
изоамиловый спирт), уксусный альдегид, глицерин.
Спиртовое брожение протекает нормально в анаэробных
условиях, создающихся в процессе самого брожения. В присутствии кислорода спиртовое брожение прекращается, и дрожжи получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности, путем
кислородного дыхания. При этом дрожжи тратят сахар значительно экономнее, чем в анаэробных условиях. Прекращение
брожения под влиянием кислорода получило название эффекта
Пастера.
Спиртовое брожение может осуществляться ферментами
дрожжей Saccharomyces cerevisiae и дрожжеподобных микроорганизмов (Monilinia, Oidium и др.). Этот сложный процесс протекает в несколько стадий. При спиртовом брожении, вызываемом
дрожжевыми клетками, утилизируются гексозы – глюкоза и
фруктоза; манноза и галактоза сбраживаются значительно труднее. Высокомолекулярные полисахариды (крахмал, инулин,
гемицеллюлозы, целлюлоза) и продукты их неполного гидролиза
не сбраживаются дрожжевыми клетками Saccharomyces
cerevisiae, поскольку они не способны проникать через клеточ-
38
ные мембраны, а сами дрожжи не синтезируют экзоферменты,
которые выделяются в окружающую среду и могли бы осуществить гидролиз этих полисахаридов до сбраживаемых сахаров.
Брожение начинается при замесе теста. В первые 1,0-1,5 ч
дрожжи ассимилируют собственные сахара муки – глюкозу,
фруктозу, сахарозу, а потом переключаются на сбраживание
мальтозы, накапливающейся в результате гидролиза крахмала
под действием β-амилазы муки и гидролизованной
α-глюкозидазой дрожжевых клеток до двух молекул глюкозы.
При опарном способе приготовления теста дрожжевые
клетки проявляют свой метаболизм в опаре, в которой сбраживаемыми сахарами служат собственные сахара муки, а также образующаяся и подвергнутая гидролизу мальтоза. После замеса
теста на опаре дрожжевые клетки уже адаптированы к брожению,
поэтому газообразование в тесте идет равномерно.
Интенсивность спиртового брожения зависит от массы
дрожжей в полуфабрикате и их бродильной активности, температуры теста, его рецептуры, влажности, степени обработки. Так, с
повышением температуры с 26 до 35 ºС интенсивность газообразования возрастает в 2 раза. Интенсивный замес теста ускоряет
брожение на 20-60 %. На процесс брожения оказывает наличие в
полуфабрикатах растворимых форм азота, минеральных соединений и витаминов, необходимых дрожжевым клеткам. Оптимум
рН спиртового брожения 4,8-5,2.
Молочнокислое брожение вызывается бактериями родов
Lactobacillus и Lactococcus. Эти микроорганизмы представляют
собой факультативные анаэробы. Молочнокислое брожение – это
анаэробное превращение сахара в молочную кислоту под действием молочнокислых бактерий. По характеру брожения различают две группы молочнокислых бактерий. Гомоферментативные
бактерии образуют в основном молочную кислоту:
С6Н12О
→ 2СН3СНОНСООН + энергия.
6
Гетероферметативные бактерии образуют, кроме молочной,
также уксусную и янтарную кислоты, этиловый спирт, углекислый газ, водород и другие соединения:
39
2С6Н12О6 → СН
глюкоза мо лочная кислота янтарная кислота
+ СН3СООН + СН
уксусная кислота этиловый спирт
СНОНСООН + СООНСН
3
ОН + СО2 + Н2 + энергия.
3СН2
2СН2
СООН +
Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочнокислых бактерий протекает по
тому же пути, что и спиртовое брожение. Однако ввиду отсутствия у этих бактерий фермента пируватдекарбоксилазы пировиноградная кислота не подвергается расщеплению, а при участии
фермента лактикодегидрогеназы восстанавливается в молочную
кислоту:
СН
СОСООН + НАД∙Н
3
пировиноградная ки слота молочная кислота
→ СН
2
СНОНСООН + НАД.
3
Превращение глюкозы гетероферментативными бактериями происходит по иному, так как они обладают своеобразным
комплексом ферментов. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы. После
фосфорилирования гексоза окисляется и декарбоксилируется,
превращаясь в пентозофосфат, который расщепляется на фосфоглицериновый альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый
альдегид превращается в пировиноградную кислоту, которая затем восстанавливается в молочную кислоту. Ацетилфосфат дефосфорилируется и превращается в уксусную кислоту или восстанавливается в этиловый спирт.
Известны две группы молочнокислых бактерий – гомо- и
гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии образуют
до 90 % молочной кислоты от количества всех продуктов брожения. Большое количество молочной кислоты накапливают термофильные бактерии, например, Termobacterium cereale. Микроорганизмы второй группы (гетероферментативные), кроме молочной, образуют уксусную кислоту, этанол и диоксид углерода.
Молочнокислые бактерии в природных условия они встречаются на растениях, растительных остатках, пищевых продуктах, являются обитателями желудочно-кишечного тракта человека и животных. В пшеничных полуфабрикатах хлебопекарного
производства применяют мезофильные молочнокислые бактерии
с температурой их действия 30-37 ºС.
40
Молочнокислое брожение протекает в тесте из ржаной муки более интенсивно, чем в тесте из пшеничной муки. Благодаря
тому, что в ржаной закваске наряду с молочнокислыми бактериями присутствуют дрожжевые клетки (причем эти микроорганизмы проявляют свою жизнедеятельность в условиях симбиоза),
в ржаном тесте протекает также и спиртовое брожение.
На интенсивность молочнокислого брожения в пшеничном
тесте влияют температура и влажность полуфабрикатов, введение
ингредиентов, содержащих молочнокислые бактерии, состав кислотообразующей микрофлоры, интенсивность замеса теста.
В процессе брожения титруемая кислотность полуфабрикатов
возрастает. В пшеничное тесто молочнокислые бактерии попадают с мукой, дрожжами, молочной сывороткой и другим сырьем.
Активная кислотность (рН) пшеничного теста в конце брожения равна 4,8-5,6 (у ржаного – 3,5-4,5) и ограничивается кислотностью изделий, которая не должна превышать норму, предусмотренную стандартом. Кислотность – объективный показатель готовности полуфабрикатов.
В пшеничном тесте доля молочной кислоты составляет
65-70 %, а летучих кислот (уксусная, муравьиная и пропионовая)
– 35-30 % от общего количества кислот. В небольшом количестве
образуются и другие кислоты: масляная, валериановая, яблочная,
винная. Летучие кислоты наряду с другими соединениями придают хлебу аромат и вкус.
В ржаном тесте доля молочной кислоты составляет 60-65, а
летучих – около 40-35 %, так как более интенсивно идет гетероферментативное брожение. При низком содержании летучих кислот хлеб кажется пресным, при повышенном – кислым.
При брожении пшеничных полуфабрикатов часть гексоз затрачивается на увеличение дрожжевой массы при размножении
дрожжей в опаре. На интенсивность размножения дрожжей влияют исходное количество дрожжей, консистенция полуфабриката,
его температура, массовая доля влаги и содержание питательных
веществ, необходимых клетке. Чем меньше начальное количество
дрожжей, тем быстрее идет их размножение. В густых полуфабрикатах дрожжи размножаются медленнее, чем в жидких.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]