Хімія переробки зерна на млині

Переробка зерна на млині починається з очищення зерна в зерноочисному відділенні, де за допомогою сит, магнітних апаратів і аспірації відбирають і видаляють всякого роду домішки. Далі зерно поступає на обійні машини, в яких відбивається частина зародка і оболонок. Нарешті, воно зволожується або миється і після відлежування поступає на помел.

Помели бувають різних типів. Основні типи помелів наступні. По-перше, так званий разовий помел, при якому проводиться одноразовий пропуск зерна через жорна або молоткові дробарки. Разовий помел буває двох видів: разовий без відсіву висівок, або, як його називають, простий помел, і разовий з відсівом висівок.

Другий вид помелу – повторному (подвійному). При повторному (подвійному) помелі борошно виходить в результаті послідовного пропуску зерна і проміжних продуктів помелу крізь розмельні валки і розсівачі - спеціальні агрегати для просіювання.

Повторний помел буває двох видів: 1) простий повторний помел, при якому виходить борошно обійне з виходом 96-97 % від маси зерна, що потрапило на помел, і 2) складний повторний помел, при якому застосовуються вієчні машини для сортування проміжних продуктів помелу, так званих круп і дунстів. При сучасному складному повторному помелі проміжні продукти пропускаються через систему вальцових верстатів, розсівань і вієк. Весь сенс сучасного складного подвійного (повторительного) помелу полягає в тому, щоб якнайкраще відокремити чистий ендосперм від оболонок і зародка.

Крупи (манна крупа) і дунсти за своїм хімічним складом дуже близькі до ендосперма зерна. Так, наприклад, зольність круп близько 0,6 %, вміст клітковини складає від 0,12 до 0,24 %; за вмістом білка і крохмалю крупи також близькі до чистого ендосперма.

Відмінність хімічного складу цілісного пшеничного зерна від продуктів його помелу. Пшеничне борошно вищого ґатунку, що складається з чистого ендосперма, містить мінімальну кількість клітковини і пентозанів - не засвоюваних людиною речовин. Разом з тим борошно вищого ґатунку має найменшу зольність і містить найменшу кількість жиру. Воно найбільш багате на крохмаль, але містить найменшу кількість білка і клейковини. Чим більше в борошні частинок висівок, тим вище її зольність і тим більше в ній клітковини, пентозанів, жиру і білка, але тим менше в ній крохмалю.

Як указувалося раніше, зовнішні шари ендосперма пшеничного зерна набагато багатші на білок, ніж внутрішні. Шляхом застосування спеціальної системи аспірації і завдяки різній здібності до утримання в потоці повітря частинок борошна, що походять з різних шарів ендосперма, можна отримати борошно з підвищеним вмістом білка.

Хлібопекарські якості пшеничного борошна

Хлібопекарські якості борошна залежать від її хімічного складу і біохімічних процесів, що відбуваються під час приготування хліба. Академік А. Н. Бах вказував: «В умовах автоматизованого хлібопечення величезну роль представляє знання біохімічних процесів, що відбуваються при приготуванні тіста і випічці, і зараз з певністю можна сказати, що без цих знань неможливо раціонально управляти виробництвом».

Хлібопекарські якості пшеничного борошна залежать від двох груп чинників. Перша група чинників це ті, що ми називаємо об'єднаною назвою «Газотвірна здатність борошна і тіста». Друга група чинників, від яких залежать хлібопекарські якості пшеничного борошна, - «газоутримуюча здатність тіста».

У пшеничному тісті дріжджі викликають процес спиртового бродіння. Газотвірна здатність борошна і тіста визначається здатністю даного борошна, даного тіста утворювати певну кількість вуглекислого газу, що розпушує тісто і що додає пористість м’якушу хліба.

Газотвірна здатність борошна і тіста залежить перш за все від активності дріжджів, від їх якості. Якщо дріжджі хороші, інтенсивність бродіння, швидкість, з якою в тесті утворюється СО₂, залежить від кількості цукру, наявного в борошні і тісті. В зерні пшениці і в пшеничному борошні міститься від 1 до 2,5 % цукру, головним чином сахарози, яка дуже легко розщеплюється, інвертується під впливом сахарази, що виділяється дріжджами. Суміш глюкози і фруктози, що виходить, легко зброджується дріжджами. Таким чином, як це показали Р. Гийеме і А. Островський, на перших етапах бродіння тіста дріжджі зброджують цукри борошна, тобто сахарозу. Проте цієї кількості цукру недостатньо, щоб процес бродіння тіста йшов до кінця. Власний цукор борошна використовується тільки на найперших етапах бродіння тіста, а потім його вже не вистачає. На наступних етапах на перший план виступає мальтоза, що утворюється завдяки дії амілази. У тісті під дією амілази крохмаль розщеплюється з утворенням мальтози. У свою чергу мальтоза під дією ферменту мальтази, що виділяється дріжджами, розщеплюється, утворюючи дві молекули глюкози, яка зброджується дріжджами. Якщо борошно має низьку амілолітичну активність, в тесті не утворюватиметься достатня кількість мальтози і глюкози, бродіння не відбуватиметься достатньо інтенсивно і вийде хліб поганої якості, з недостатньо пористим, недостатньо розпушеним, щільним м’якушем. Борошно з низькою активністю b-амілази дає тісто, в якому утворюється мало цукрів, і тому виходить хліб з блідою кіркою. Таке борошно практики називають «міцним на жар».

Саме таким чином відбувається процес бродіння в пшеничному тісті, що готується на пресованих дріжджах. Пшеничне тісто можна також готувати на заквасці або на так званих рідких дріжджах. Закваска і рідкі дріжджі застосовуються для приготування як пшеничного, так і житнього тіста. Житнє готується майже виключно на заквасці або на рідких дріжджах. У тісті, приготованому на заквасці або на рідких дріжджах, разом з процесом спиртового бродіння відбувається також процес молочнокислого бродіння. Таким чином, в тісті, приготованому на заквасці або на рідких дріжджах, разом з етиловим спиртом і вуглекислим газом накопичуються також молочна кислота і деяка кількість оцтової. Отже, кінець кінцем, газотвірна здатність будь-якого тіста залежить від кількості і швидкості утворення в ньому СО₂.

Газоутримуюча здатність тіста залежить, перш за все, від властивостей білків, що містяться в тісті, від кількості і якості білків клейковини. У пшеничному тісті вони утворюють той розтяжний, еластичний каркас, в якому накопичуються бульбашки СО₂, що піднімають тісто. Цей білковий каркас під час бродіння тіста поступово розширюється. Коли тісто ставлять в піч, то під впливом високої температури, що досягає всередині м'якуша 97-99 °С, відбувається коагуляція, згортання білків, утворюється білковий каркас готового хліба, і досягнутий в результаті бродіння об'єм тіста при цьому як би фіксується, закріплюється.

Газоутримуюча здатність житнього тіста також залежить від білків, від їх кількості і фізичних властивостей.

Якість хліба контролюється, по-перше, за зовнішнім видом і за кольором кірки. Кірка повинна бути рум'яна, піджарена, не підгоріла, але і не бліда. По-друге, якість хліба контролюється лабораторією по кислотності. Хліб повинен відповідати певним нормам стандарту по кислотності. Далі, якість хліба визначається за якістю м'якуша, по структурі пористості. Існує певна шкала пористості, по якій визначають якість хліба. Вона повинна бути достатньо рівномірною. Важливим показником якості хліба є еластичність м'якуша, його клейкість. Якщо м'якуш клейкий, якщо він недостатньо еластичний, хліб поганий. Його якість контролюється також за вологістю м'якуша - це дуже важливий показник. Вологість м’якуша повинна відповідати певним нормам стандарту. Так, наприклад, вологість м'якуша у житнього хліба з обійного борошна повинна бути не вище 51 %.

Дуже важливим показником якості хліба є його об'єм, розрахований на 100 г взятого для випічки борошна. Чим об'єм хліба більший, тим хліб пористіший, тим краще він просочується травними соками, тим краще засвоюється організмом. Важливий показник, що має велике значення для подового хліба, тобто для хліба, який випікається не у формі, - це відношення висоти хліба до його діаметру: H/D. Якщо борошно погане і хліб виходить низький, плоский, то відношення висоти до діаметру буде дуже низьке.

При визначенні якості хліба дуже велике значення мають його смак і аромат. Аромат хліба залежить від дуже складного комплексу різних речовин, що утворюються під час бродіння тіста і в процесі випічки хліба. Цей комплекс включає різні альдегіди, органічні кислоти, складні ефіри і інші речовини.

Особливо важливу роль серед речовини, від яких залежить аромат хліба, грають різні альдегіди, зокрема фурфурол і оксиметилфурфурол:

Фурфурол Оксиметілфурфурол

Фурфурол має запах яблук, він утворюється в процесі випічки хліба з пентоз, що піддаються дегідратації (відняттю води) відповідно до рівняння:

С₅Н₁₀О₅ - 3Н₂О ® С₅Н₄О₂

Оксиметілфурфурол утворюється при випічці хліба аналогічним чином шляхом дегідратації гексоз. Оксиметілфурфурол має запах меду.

Окрім фурфуролу і оксиметилфурфурола велике значення мають також інші альдегіди, як, наприклад, ізовалеріяновий:

> СН—СН2—СОН

Він має типовий запах житньої хлібної кірки.

Багато альдегідів, подібних ізовалеріяновому, утворюються в результаті того, що в хлібі, особливо в кірці, під час випічки під впливом високої температури відбувається так звана реакція Майара - взаємодія між відновлючими цукрами (гексозами і пентозами), а також що утворюються з них фурфуролом і оксиметилфурфуролом, з одного боку, і амінокислотами або білками - з іншою.

Цей процес взаємодії цукрів, фурфуролу і оксиметилфурфурола з амінокислотами і білками можна зобразити у вигляді наступної схеми:

Гексози і пентози + амінокислоти →t^oC→ фурфурол і оксиметилфурфурол (з цукрів) +

+ інші альдегіди (наприклад ізовалеріановий, + меланоідини (темнозабарвлені про-

що утворюється з амінокислот приймаючих дукти взаємодії цукрів і амінокис-

участь в цій реакції) лот)

Як видно зі схеми, в результаті цієї складної взаємодії утворюються не тільки різні альдегіди, що входять до складу ароматичних речовин хліба, але і так звані меланоідини речовини, що додають темне забарвлення кірці хліба.

У створенні смаку і аромату хліба велике значення мають також органічні кислоти: молочна, оцтова, яблучна і лимонна. У житньому хлібі окрім молочної і оцтової кислот міститься також помітна кількість мурашиною, яка утворюється в результаті розкладання оксиметилфурфурола під дією високої температури.

За допомогою методів паперової і газової хроматографії в хлібі знайдено близько 70 різних з'єднань, від яких залежить його аромат.

Аромат хліба - дуже важливий показник його якості. Тому і у нас і за кордоном багато працюють над тим, щоб розробити способи ароматизації хліба. Для ароматизації житніх сортів хліба, таких, як московський або бородинський, застосовують добавки червоного житнього солоду. Для його отримання жито пророщують, потім його «тушкують» (томат), причому воно розігрівається до 60 °С і набуває червоно-коричневого кольору і прекрасного аромату. Отриманий таким чином червоний житній солод висушується, розмелюється в борошно і додається в тісто при приготуванні деяких сортів житнього хліба.

Для визначення хлібопекарських якостей борошна користуються методами лабораторної випічки. На всіх крупних хлібозаводах і млинах є лабораторії, в яких по строго певній рецептурі проводяться пробні випічки хліба. Існує ряд методів пробних випічок. Всі вони розділяються на дві групи.

Перша група - це методи, при яких будь-яке борошно випробовують в строго певних стандартних умовах, по строго певній рецептурі. Таким чином, ця група методів заснована на тому, що борошно різної якості ставлять в абсолютно однакові умови приготування тіста і випічки. Проте може бути, що дана партія борошна, яку випробовують за строго стандартних умов випічки, не може в цьому випадку виявити своїх потенційні можливості. Можливо, що це борошно дасть хліб кращої якості при деякій зміні рецептури випічки. Тому існують методи пробних випічок, які дозволяють визначити потенційні можливості борошна, що досягається шляхом зміни рецептури випічки, наприклад шляхом додавання до борошна цукру, білого активного солоду, бромату калію або інших речовин. Припустимо, що дана партія борошна бідна амілазою. Тому в тісті дуже поволі йде процес бродіння, утворюється недостатньо СО₂. Для поліпшення такого борошна до нього додають білий активний солод, багатий амілазою, внаслідок чого бродіння йде набагато краще і виходить хліб високої якості. Хлібопекарські якості пшеничного борошна залежать від виходу борошна, від того, яка кількість висівок міститься в борошні. Так, наприклад, при порівнянні об'єму хліба з борошна різного виходу, отриманої з одного і того ж зерна, борошно першого сорту (вихід 70 %) дає хліб з об'ємом 460 мл, а борошно другого сорту - лише 346 мл.

На хлібопекарські якості пшеничного борошна дуже сильно впливає вміст в ньому білка. Відомо з практики, що борошно особливо високої якості дає пшениця з високою склоподібністю, що пов'язане з високим вмістом в зерні білка. Тому мірошники дуже цінують пшеницю, що має високу скловидність. Проте зі збільшенням вмісту білка в зерні і в борошні об'єм хліба підвищується тільки до певної межі: поки вміст білка буде не вищий 17 %. Якщо ж пшениця і борошно містять більше 17 % білка, хлібопекарські якості починають явно погіршуватися, хліб виходить з дуже щільним, недостатньо розпушеним і недостатньо еластичним м'якушем. Борошно з твердих пшениць дуже цінується при виготовленні макаронних виробів, оскільки має дуже пружну клейковину і тому при пресуванні макаронів тісто добре утримує форму макаронної трубки. Проте борошно з твердих пшениць, взяте в чистому вигляді, дає поганий хліб з недостатньою пористістю, недостатнім об'ємом. Це відбувається тому, що хлібопекарські якості пшеничного борошна залежать не тільки від вмісту в ньому білків, але і від їх властивостей, від якості клейковини, її фізичних властивостей, еластичності і розтяжності. Борошно з твердих пшениць має дуже «міцну» клейковину.

Хлібопекарські якості борошна досить істотно залежать також від фізико-хімічних властивостей крохмалю, що міститься в борошні, і швидкості його розщеплення амілазами. Бувають випадки, коли властивості крохмалю, що міститься в борошні, справляють особливо великий вплив на хлібопекарські якості борошна. Це буває у випадку, якщо пшеничне борошно в процесі помелу піддається дуже енергійному, дуже інтенсивному перетиранню на валках розмельних апаратів.

В результаті інтенсивного перетирання, що викликає зайві механічні пошкодження крохмальних зерен, виходить борошно з дуже високою амілолітичною активністю. Цукроутворююча здатність борошна вищого ґатунку, виражена в міліграмах мальтози, залежно від числа пропусків через валки складає:

без пропуску.. І47 триразовий пропуск . . 247

одноразовий пропуск 205 чотириразовий . . 268

дворазовий пропуск 226 п'ятиразовий . 788

Це пояснюється не збільшенням активності амілази, а тим, що різко підвищується атакуємість крохмальних зерен амілазою.

В результаті того, що в тісті накопичуються значні кількості декстрину, борошно, що має таку величезну цукроутворюючу здатність, дає поганий хліб з липким м’якушем.

Найбільш надійним способом визначення хлібопекарських якостей борошна є дослідна випічка. Проте часто бувають випадки, коли потрібно провести визначення якості борошна швидшим способом, без випічки. У селекційній практиці при виведенні нових сортів пшениці, коли зерна ще дуже мало і не можна отримати достатню кількість борошна, щоб зробити пробну випічку, користуються методами, які дають можливість непрямим чином визначити хлібопекарські якості борошна в малих наважках зерна і борошна.

Одним з таких методів є метод бродіння шроту (шротом називається грубе борошно, отримане на лабораторному млині). Цей метод був запропонований П. Пельсхенке в Германії в 1930 р. і Ж Катлером и В. Ворчелла в США в 1931 р., згодом були модифіковані Прописи цих методів відрізняються величиною наважок шроту і кількістю дріжджів, але їх суть одна і та ж. Метод бродіння шроту, по Катлеру і Ворчелла, полягає в наступному. З 10-15 г шроту замішують на дріжджах кульку тіста, який занурюють у воду і залишають в ній при певній температурі. В тісті починається процес бродіння, і кулька, врешті-решт, спливає на поверхню води, а потім завдяки бродінню, що відбувається усередині, розвалюється на шматочки. Якщо клейковина дуже хорошої якості, дуже еластична і хлібопекарські якості борошна високі, кулька спливає досить швидко, але довго не розвалюється на шматочки. Якщо ж клейковина поганої якості, недостатньо еластична і розтяжна, кулька спливає поволі і досить швидко розвалюється. Визначають час, необхідний для спливання кульки тіста, і час, протягом якого кулька розвалюється. Чим довше кулька не розпадається на шматочки, тим краще клейковина, тим краще пшениця, тим вище хлібопекарські якості даного борошна. Метод бродіння шроту досить широко застосовується в селекційній практиці.

Інший метод непрямого визначення хлібопекарських якостей борошна заснований па вимірюванні набухання клейковини в слабкій молочній кислоті. Якість клейковини виражають так званим числом набухання.

Для характеристики якості пшеничного борошна (спочатку у Франції), дуже широко застосовується апарат, який носить назву альвеограф, або, інакше, экстензиметр М. Шопена.

Принцип роботи альвеографа полягає в тому, що пластинка тіста певної товщини, затиснута по краях між столиком приладу і металевим диском, які мають широкі отвори в центрі, тиском повітря, що нагнітається знизу, розтягується в міхур, який, поступово збільшуючись і згодом проривається. Зміна тиску повітря при роздуванні тіста в тонкостінний міхур реєструється чутливим самописним приладом у вигляді кривої, яка називається альвеограмою.

Альвеограф складається з тістомішалки, власне альвеографа і реєструючого манометра.

Робота альвеографа здійснюється таким чином:

1) приготування тіста і заміс тіста з подальшим відлежуванням;

2) випробування тіста на альвеографі, отримання альвеограми.

На малюнку буквою Р позначена висота альвеограми. Вона характеризує пружність тесту. Чим тісто більш пружне, чим клейковина «міцніша», тим більше величина Р. Якщо клейковина дуже погана, як, наприклад, у разі борошна із зерна, пошкодженого клопом-черепашкою, тісто буде дуже слабке і альвеограма - дуже низька.

Друга важлива характеристика альвеограми - відстань (L) від початку запису альвеограми до тієї крапки, в якій відбувається обпадання пера. Ця величина характеризує розтяжність тіста.

Третя характеристика альвеограм - питома робота деформації тіста, виражена в ергах на 1 г тіста. Чим більш пружна клейковина, чим «міцніше» тісто, тим більше питома робота деформації тіста.

Інший прилад, широко вживаний для об'єктивного визначення якості пшеничного борошна, - фаринограф Брабендера. Він складається з маленької тістомішалки, в яку завантажується певна кількість борошна і води і відбувається заміс тіста. Вал тістомішалки пов'язаний з самозаписуючим приладом, який записує коливання, що відбуваються під час замісу тіста. Крива, що виходить, називається фаринограммою.

Фарінограмма характеризується шириною розмаху пера самописця і стабільністю фаринограмми, тобто часом, протягом якого зберігається повний розмах пера самописця і фаринограмма не «обпадає».

Окрім альвеографа і фаринографа існують і інші прилади для визначення фізичних властивостей тесту і хлібопекарських якостей борошна. Так, наприклад, в Угорщині застосовується неолаборограф, а в США і в Англії - екстензограф.