40

Введение

Хлеб - главный продукт питания, получаемый выпечкой раз­рыхленного дрожжевыми клетками и молочнокислыми бактериями теста, которое готовится из ржаной или пшеничной муки, воды, дрожжей, соли, с добавлением сахара или без него, жира и прочего сырья. Он обеспечивает организм человека питательны­ми веществами, пластическими и биологически активными ком­понентами, восполняя тем самым энергетические затраты и спо­собствуя формированию новых клеток, синтезу гормонов, фер­ментов и пищеварительных соков. С его помощью можно регу­лировать потребность в различных веществах, белках, витаминах, жирах и т.д.

Производство хлеба - это комплекс физических, коллоидных и биохимических процессов, происходящих в муке, тесте и хлебе.

Задачи курса «Физико-химические основы технологии хлебопе­карного производства»

показать взаимоотношения функциональных свойств сырья в полуфабрикатах в период формирования изделия,

научить управ­лять процессами,

прогнозировать качество хлеба по физико-химическим характеристикам сырья и полуфабрикатов.

Технология хлебопечения базируется на данных многих наук: физики, химии, биологии, микробиологии, математики и др. Физика и химия дают общие сведения о веществах, биология об организмах, их строении, метаболизме Микробиология лежит в основе процессов брожения, вызываемого дрожжевыми клетками и молочнокислыми бактериями (МКБ). Теория вероятности и математическая статистика используется при обработке данных наблюдений и экспериментов, а также для более точного форму­лирования закономерностей.

Цель хлебопекарной промышленности - выпуск качественной продукции. Сложность ее достижения заключается в том, что со­ответствие хлебопекарных свойств муки требованиям действую­щей нормативно-технической документации в течение года или нескольких лет практически невозможно. Поэтому инженер-технолог, определив свойства и показатели сырья, должен про­вести системный анализ, установив управляющие и управляемые параметры, и выбрать с помощью ЭВМ рациональный техноло­гический режим, регуляторы и улучшители процесса для каждой конкретной композиционной физико-химической структуры, учитывая при этом экономический уровень производства.

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КАЧЕСТВО ХЛЕБА

Качество хлеба:

Качество хлеба

Основной задачей хлебопекарных предприятий является выработка хлеба наилучшего качества. На решение этой важнейшей задачи направлены усилия всех работников предприятия. Показатели качества хлеба обязательно входят в ГОСТы на соответствующие виды изделий. Чтобы получить хлеб наилучшего качества, на предприятии должен осуществляться контроль партий поступающего сырья, полуфабрикатов, применяемых при производстве каждого вида изделий, и готовых изделий, которые направляются на реализацию.

Понятие качества хлеба и факторы его определяющие

Качество пищевых продуктов, в том числе хлеба, - это совокупность характеристик, которые обусловливают потребительские свойства пищевой продукции и обеспечивают ее безопасность для человека.

Пищевая ценность хлеба - комплекс свойств хлеба, обеспечивающих физиологические потребности человека в энергии и основных пищевых веществах (белках, жирах, углеводах, витаминах, минеральных веществах, пищевых волокнах).

Энергетическая ценность хлеба — количество энергии, высвобождаемой в организме человека из пищевых веществ хлеба для обеспечения его физиологических функций.

Биологическая ценность хлеба — показатель качества белков хлеба, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах для синтеза белка.

Биологическая эффективность — показатель качества жировых компонентов хлеба, отражающий содержание в них полиненасыщенных жирных кислот.

Безопасность хлеба — отсутствие опасности для жизни и здоровья людей нынешнего и будущих поколений, определяемое соответствием хлеба требованиям гигиенических нормативов.

Органолептические показатели качества хлеба определяются показателями вкуса, цвета, запаха и консистенции, характерными для каждого вида хлебопекарной продукции.

Физико-химические показатели качества хлеба регламентируются требованиями соответствующих ГОСТов или ТУ и определяются в соответствии с определенными методами.

Качество хлеба зависит от качества сырья, в первую очередь от хлебопекарных свойств муки, способов и режимов проведения от дельных стадий технологического процесса приготовления хлеба и применения специальных добавок, являющихся улучшителями качества хлеба.

К основному фактору прежде всего относят хлебопекарные свойства муки: газообразующую, газоудерживающую, формоудерживающую и водопоглотительную способности, автолитическую активность, крупность помола, а также цвет и способность к потемнению в процессе производства. Они зависят от биохими­ческих свойств крахмала и белков и активности находящихся в муке ферментов. Хлебопекарные свойства муки определяют био­технологические и физико-химические изменения в тесте в про­цессе замеса, брожения, разделки, расстойки и выпечки.

Роль биологических разрыхлителей, содержащих ферментативно активные дрожжевые клетки Saccharomyces cerevisiae раз­личных рас, чрезвычайно важна. В дрожжевой клетке происходят сложные биохимические процессы - процессы ассимиляции, свя­занные с усвоением клеткой питательных веществ, и диссимиля­ции, связанные с распадом соединением в ее организме. Реакции, протекающие в дрожжевой клетке, обеспечивают получение не­обходимых веществ в хлебопекарных полуфабрикатах.

Вода играет основную роль в формировании физических свойств теста, обеспечивает протекание биохимических, коллоид­ных и микробиологических процессов и влияет на их интенсив­ность при созревании теста.

Соль поваренная пищевая придаёт вкус хлебу, влияет на реоло­гические свойства теста и показатели качества готового продукта при оценке его формоустойчивости и окраске корки.

Хлебопекарное тесто представляет собой сложную гетероген­ную коллоидную дисперсную систему. Начиная с замеса и про­должаясь при выпечке тестовых заготовок, в нём происходят сложные физико-химические и биохимические процессы. Знание этих процессов, их зависимости от различных технологических параметров, соотношения рецептурных компонентов позволяет контролировать качество полуфабрикатов и готовой продукции.

Значительное влияние на формирование потребительских по­казателей готовых изделий оказывают условия и сроки хранения сырья, при которых протекает комплекс процессов, улучшающих или ухудшающих его технологические свойства. При хранении муки в благоприятных условиях протекают раз­нообразные химические, биохимические, физические процессы, приводящие к изменениям всех структурных составляющих -белков, липидов, крахмала и т.д., обеспечивая улучшения хлебо­пекарных свойств. Процессом созревания муки можно управлять, создавая условия и режимы, ускоряющие превращения в струк­турных элементах муки.

При хранении дрожжей хлебопекарных прессованных часто наблюдается ухудшение их качества из-за протекания в летке об­менных процессов. Процессы синтеза, осуществляемые в момент роста, уступают место процессам диссимиляции, глубина и ско­рость протекания которых зависят от ряда факторов, например, температуры, а при хранении дрожжевого молока - и от рН сре­ды. Стойкость дрожжей при хранении зависит от деятельности протеолитических ферментов, катализирующих гидролиз белка и наличия трипептида глютатиона. Последний играет особую роль в регулировании окислительно-восстановительных процессов в дрожжевой клетке и протекании ферментативных реакций как при хранении дрожжей так и при приготовлении полуфабрика­тов.

Особое место в формировании потребительских свойств хле­бобулочных изделий отводится улучшителям и добавкам; первые применяют, если мука имеет пониженные хлебопекарные свойст­ва, вторые - для повышения пищевой и биологической ценности. В качестве улучшителей используют различные окислители, эмульгаторы, восстановители, консерванты, красители, аромат-содержащие вещества, ферментные препараты; в качестве доба­вок - белоксодержащие компоненты, витамины, минеральные соли, различные пюре и пасты.

Качество хлебобулочных изделий в большой степени зависит от выбора технологии приготовления теста, ее аппаратурного оформления, соблюдения технологических режимов, квалифика­ции кадров. Так, повышение температуры и увеличение продол­жительности брожения вызывает избыточное накопление ки­слотности в тесте, вызывая перекисание. Изменение рН среды приводит к затуханию или активированию определенных процес­сов. Нарушение технологических режимов при выпечке является частой причиной выработки брака, что связано с нарушением ус­ловий тепло - и массообмена.

Из вышеприведенного видно, что главными факторами, опре­деляющими качество хлеба, являются свойства сырья: муки, во­ды, соли и дрожжей, а также процессы, связанные с подготовкой сырья к производству, замесу, брожению теста, выпечкой и хра­нением хлеба.

ВОДА В ОБЪЕКТАХ ХЛЕБОПЕКАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В состав хлеба входят две группы веществ - неорганические (вода и минеральные или зольные элементы) и органические (белки, жиры, углеводы, целлюлоза). Последние разделяются на нерастворимые и растворимые в воде. К нерастворимым органи­ческим веществам относятся целлюлоза, гемицеллюлоза, крах­мал, жирорастворимые витамины, липиды и липидоподобные соединения, красящие вещества. Растворимые органические ве­щества включают сахара (глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, лактозу и др.), многоатомные спирты (маннит, сорбит, инозит), водорастворимые пентозаны, органические кислоты (яблочную, лимонную, винную, молочную, уксусную и др.), азотистые веще­ства (водорастворимые белки, аминокислоты, амиды аминокис­лот, нитраты и др.), полифенолы и ароматические соединения, водорастворимые ферменты. Вода - это реакционно-способное соединение, отличающееся от других жидкостей составом и свойствами.

Вода и продукты ее ионизации - ионы Н⁺ и ОН⁻ оказывают большое влияние на свойства многих важных компонентов клет­ки, таких как ферменты, белки, нуклеиновые кислоты и липиды. Например, каталитическая активность ферментов в значительной мере зависит от концентрации ионов Н⁺ и ОН⁻.

Гидратацию можно рассматривать как химическую реакцию, приводящую к образованию координационного соединения электроны кислорода внедряются в электронную сферу катиона, и возникает координационная связь.

Помимо ионных соединений в воде растворяется огромное число незаряженных молекул, содержащих полярные группы не­органических соединений (кислород, диоксид углерода) или ор­ганических (спирты, альдегиды, кетоны, сахара). Растворимость этих веществ в воде объясняется их способностью образовывать водородные мостики с функциональными полярными группами, такими как гидроксильные группы cахаров и спиртов, карбо­нильные группы альдегидов и кетонов.

Соединения, содержащие только неполярные гидрофобные группы, в воде практически нерастворимы. Существует ряд биохимически важных соединений, содержащих как гидрофобные (водоотталкивающие), так и гидрофильные группы.

В хлебе из муки различиях видов и сортов органические и не­органические вещества находятся в разном соотношении. Наи­большая доля приходится на углеводы и воду.

При тестоприготовлении вода играет важную роль, т.к. от ее количества, состояния, свойств и активности зависит интенсив­ность физико-химических микробиологических и биохимических процессов.

Структура и физико-химические свойства воды

Химическая формула вода Н₂0 применима только к водяным парам при высокой температуре, так как в жидком состоянии во­да - это полимер, состоящий из конгломератов молекул, соеди­ненных водородными связям между атомами водорода одной мо­лекулы и атомом кислорода другой. Прочность водородных свя­зей составляет 17-33 кДж/моль, т.е. в 15-20 раз слабее ковалентной и превосходит энергию вандерваальсовского взаимодействия (4 кДж/моль). Водородные связи могут возникать и между неод­нородными молекулами, обусловливая специфику водных рас­творов. Массовые доли водорода и кислорода в воде составляют соответственно 11,19 % и 88,81 %, относительная молекулярная масса 18,0153.

Растворенные в воде вещества стремятся разрушить водород­ные связи между молекулами воды. Присутствие в воде веществ ионной природы, таких как NaCI, приводит к заметному измене­нию структуры воды. Это обусловлено тем, что каждый ион (Na⁺ и С Г) окружен гидратной оболочкой, состоящей из дипольных молекул воды, причём геометрия таких гидратированных ионов несколько отличается от геометрии и свойств ассоциатов, обра­зуемых молекулами воды за счет водородных связей.

Водородные связи могут образовываться между водой и кар­боксильной, гидроксильной и другими полярными группами. Важнейшие полярные группы: гидроксильная (-ОН-), карбок­сильная (-СООН-), карбонильная (-СО-), амидная (-NH₂-), имидная (-NH-), сульфгидрильная (-SH-).

В молекуле имеется 10 электронов (5 пар): одна пара внутрен­них электронов находится вблизи ядра кислорода, а две пары внешних электронов расположены попарно между каждым из протонов и ядром кислорода; две остальные пары внешних элек­тронов направлены к противоположным от протонов вершинам тетраэдра. Таким образом, в молекуле воды существует четыре полюса зарядов, распределяемых по вершинам тетраэдра: два от­рицательных, обусловленных избытком электронной плотности в местах расположения неподелённых пар электронов, и два поло­жительных, созданных недостатком ее в местах нахождения про­тонов. Электрический момент диполя 6,2 ∙10^-30 Кл ∙ м, потенциал ионизации 12,56 В. Энергия диссоциации

Н₂0→Н+0+Н- 916,5

Н₂0→Н+ОН- 493,2

Теплота электролитической диссоциации при 20° С

Н₂0→Н⁺+ОН^- 57150

Вода относится к типу веществ с трехмерной решетчатой сис­темой водородных связей. Она имеет самое большое (кроме рту­ти) поверхностное натяжение, высокую степень смачивания по­верхностей многих тел, обладает большой удельной теплоемко­стью, которая более чем вдвое превышает удельную теплоем­кость любого химического соединения.

Центры положительных и отрицательных зарядов в молекуле поды сильно смещены один относительно другого. Этим объяс­няется ее высокая диэлектрическая проницаемость ( ε, ). Так, при 20°С она составляет 81,8. Благодаря ей вода является одним из универсальных и сильнейших растворителей.

Вода сама способна к диссоциации: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды две из них диссоциируют по уравнению

2Н₂0↔ Н₃0⁺+ОН⁻

Ион гидроксония Н₃0⁺ называют ионом водорода, так как при отщеплении электрона от атома во­дорода в первую очередь образуется ион Н⁺ (протон). Однако об­разовавшийся протон всегда присоединяет молекулу воды:

Н⁺+Н₂0 → Н₃0⁺. Эта особенность играет большую роль в биоло­гических объектах. В зерне и муке, тесте вода содержит раство­ренные компоненты той или иной концентрации и состава или связана различными силами с их структурными элементами. Во­дородные и гидроксильные ионы воды во многих химических реакциях, протекающих при созревании теста, выполняют роль катализаторов. Механизм этих реакций описывается теорией ки­слотно-основного катализа.

Вода имеет наименьшую летучесть, наибольшую плотность при 3,98° С, высокую теплоту плавления и удельную теплоем­кость. Вязкость уменьшается с повышением давления при 0-30° С, ее теплоемкость с повышением температура непоследователь­но изменяется. Эти свойства объясняются наличием водородных связей, которые возникают за счет стяжения водорода одной мо­лекулы воды с кислородом другой.