Процессы брожения теста

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Физические процессы, протекающие в процессе брожения теста

Физико-механические процессы протекают при замесе под воздействием месильного органа, который перемешивает частицы муки, воду, дрожжевую суспензию и растворы сырья, обеспечивая взаимодействие всех составных компонентов рецептуры.

Брожение теста охватывает период времени момента его замеса до деления на куски. Цель брожения - разрыхление теста, придание ему определенных структурно - механических свойств, необходимых для последующих операций, а также накопление веществ, обусловливающих вкус и аромат хлеба, его окраску.

Комплекс процессов, одновременно протекающих на стадии брожения и взаимно влияющих друг на друга, объединяют общим понятием созревание теста. Созревание включает в себя микробиологические (спиртовое и молочнокислое брожение), коллоидные, физические и биохимические процессы. Спиртовое брожение вызывается дрожжами, в результате которого сахара превращаются в спирт и диоксид углерода. Дрожжи сбраживают сначала глюкозу и фруктозу, а затем сахарозу и мальтозу, которые предварительно превращаются в моносахариды. Источником сахаров являются собственные сахара зерна, перешедшие в муку, но главную массу составляет мальтоза, образовавшаяся в тесте при расщеплении крахмала. Скорость брожения зависит от температуры, кислотности среды, качества дрожжей и ускоряется при увеличении количества дрожжей повышении их активности, при достаточном содержании сбраживаемых сахаров, аминокислот, фосфорнокислых солей. Повышенное содержание соли, сахара, жира тормозит газообразование в тесте. Брожение ускоряется при добавлении в тесто амилолитических ферментных препаратов.

Молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями, которые попадают в тесто из воздуха с мукой и расщепляют глюкозу до молочной кислоты. Существует два вида молочнокислых бактерий: гомоферментативные, образующие молочную кислоту, и гетероферментативные, которые наряду с молочной кислотой вырабатывают другие кислоты (уксусную, янтарную, лимонную и пр.). При снижении влажности и температуры теста гетероферментативные молочнокислые бактерии развиваются с большей скоростью, в результате резко возрастает кислотность теста и ухудшается вкус хлеба. В пшеничном тесте преобладает спиртовое брожение. В результате нарастания кислотности ускоряется набухание белков, замедляется разложение крахмала до декстринов и мальтозы, что крайне важно при переработке пшеничной муки из проросшего зерна и ржаной муки, так как позволяет получить тесто с оптимальными структурно-механическими свойствами. Поэтому кислотность теста является признаком его созревания, а кислотность хлеба - один из показателей его качества, включенный в стандарт. Коллоидные процессы, начавшиеся на стадии замеса, продолжаются в процессе брожения.

В зависимости от свойств муки возможно ограниченное и неограниченное набухание белков. При ограниченном набухании белки только увеличиваются в размерах, а при неограниченном - меняется форма белковой молекулы. У муки с сильной клейковиной почти до конца брожения происходит ограниченное набухание, при этом свойства теста улучшаются. У муки со слабой клейковиной наблюдается неограниченное набухание и тесто разжижается, поэтому продолжительность брожения теста из такой муки должна быть сокращена. В результате физических процессов повышается температура теста на 1...2 °С и происходит увеличение его объема за счет насыщения диоксидом углерода.

2. Коллоидные процессы, протекающие в процессе брожения теста

Коллоидные, или процессы набухания, связаны с основными составными частями муки - белками и крахмалом. Белки пшеничной муки, поглощая влагу, резко увеличиваются в объеме и образуют клейковинный каркас, внутри которого находятся набухшие зерна крахмала и частицы оболочек. Слипание частиц в сплошную массу, происходящее в результате механического перемешивания, приводит к образованию теста. Физические свойства теста в основном определяются специфическими особенностями его белковой части. Они обусловливают упругость, пластичность и вязкость пшеничного и в определенной степени ржаного теста. Различие в том, что белки пшеничной муки образуют клейковину, а ржаной - не образуют. Однако чрезмерный замес может вызывать разрушение уже образовавшейся структуры теста, что может привести к ухудшению качества хлеба.

При брожении теста наряду с физическими процессами протекают коллоидные. 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 протеолиза, влаги, улучшителей и др. Один из наиболее важных факторов -- наличие кислот, которые интенсифицируют как набухание, так и пептизацию белковых веществ. Под действием кислот и спирта увеличивается гидрофильность коллоидов теста. 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 жирности теста и улучшению его физических свойств. Обминка теста из «сильной» муки способствует ускорению процессов набухания белков и улучшению физических свойств теста. В тесте из «слабой» муки белки теста структурно малопрочны, да к тому же они ослаблены протеолизом, поэтому набухание белков в таком тесте происходит очень быстро. Белки набухают неограниченно и частично пептизируются. Это приводит к быстрому увеличению доли жидкой фазы в тесте и к разжижению теста, что ухудшает его физические свойства.

Под действием кислот снижается масса отмываемой из теста клейковины, возрастает количество водорастворимого азота.

На клейковину муки свободные жирные кислоты муки оказывают сильное укрепляющее действие. С уменьшением длины углеродной цепочки жирных кислот и увеличением степени их непредельности укрепляющее действие на клейковину усиливается. Цис-изомеры ненасыщенных жирных кислот оказывают более сильное укрепляющее действие, чем транс-изомеры. Метиловые, этиловые и глицериновые эфиры жирных кислот укрепляющего действия на клейковину не оказывают.

Такое действие кислот на клейковину объясняют наличием в их составе двойных связей, гидрофобным взаимодействием кислот с белками или окислением ненасыщенными жирными кислотами сульфгидрильных групп в соседних макромолекулах клейковинного белка, в результате чего возможно их «сшивание» через дисульфидные мостики, что усиливает жесткость всего клейковинного комплекса.

Белковые вещества под действием протеолитических ферментов муки, микроорганизмов и глутатиона дрожжей подвергаются протеолизу. Продукты гидролиза белковых веществ (полипептиды, пептиды, аминокислоты) необходимы для жизнедеятельности дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий, а также для протекания реакции меланоидинообразования.

Крахмальные зерна в муке имеют кристаллическую структуру, они нерастворимы в холодной воде, но могут обратно впитывать влагу и легко набухать. При повышении температуры увеличивается колебание крахмальных молекул, разрушаются межмолекулярные связи, что приводит к освобождению мест связывания для взаимодействия крахмала с молекулами воды через водородные связи. При дальнейшем нагревании (при приготовлении заварок, выпечке) в присутствии воды происходит переход крахмальных зерен из кристаллического состояния в аморфное и крахмальные зерна теряют четкие очертания. Температуру, при которой происходит разрушение внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. В процессе клейстеризации зерна крахмала набухают очень сильно. При набухании крахмальных зерен кривая резко поднимается вверх. Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дипептизируются, поэтому вязкость суспензии резко снижается.

Коллоидные процессы при брожении теста

Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов зависят также от присутствия в них таких веществ, как сахар, белки, жиры, пищевые кислоты и вода. Агенты, связывающие воду, тормозят клейстеризацию крахмала, поскольку они уменьшают количество воды, доступное для участия в клейстеризации. Жиры, образующие комплексы с амилазой, тормозят набухание крахмальных зерен. Моноацилглицериды жирных кислот (C16--C18) приводят к увеличению температуры клейстеризации. Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения с амилазой, а также с амилопектином (рис. 7.8). Образование этих комплексов препятствует доступу воды в крахмальные гранулы. Значение активной кислотности теста (pH) лежит в пределах 4-6, соответствующие концентрации H+ не оказывают значительного влияния на набухание крахмала и его клейстеризацию.

Для пшеничного теста большое значение имеет взаимодействие белка с крахмалом с точки зрения формирования структуры теста, которая, в свою очередь, связана с образованием клейковины, клейстеризацией крахмала и денатурацией белка.

3. Биохимические процессы, протекающие в процессе брожения теста

Биохимические процессы, протекающие в тесте, - один из важнейших, так как от них зависят и микробиологические, и коллоидные, и физические превращения. Суть биохимических процессов состоит в том, что под действием ферментов муки, дрожжей и микроорганизмов происходит расщепление составных компонентов муки, прежде всего белков и крахмала. При этом желательна определенная степень протеолиза, так как она ведет к получению достаточно упругого и эластичного теста, обладающего оптимальными свойствами для получения качественного хлеба. Кроме того, продукты разложения белков на стадии выпечки принимают участие в образовании цвета, вкуса и аромата хлеба. При интенсивном разложении белков, особенно в слабой муке, тесто расплывается, и хлеб получается неудовлетворительного качества. При расщеплении крахмала ферментами идет образование мальтозы (5...6 % к массе муки), которая расходуется на брожение теста и участвует в процессе выпечки, определяя вкус и аромат хлеба. Интенсивность протекания всех рассмотренных процессов зависит от температуры. Оптимальная температура для спиртового брожения в тесте около 35 °С, а для молочнокислого - 35...40 °С, поэтому повышение температуры теста влечет за собой усиление нарастания кислотности. Кроме того, с повышением температуры теста в нем усиливаются биохимические процессы, ослабляется клейковина, увеличиваются ее растяжимость и расплываемость. Оптимальная температура брожения 26...32 °С. Повышенную температуру можно рекомендовать для приготовления теста из сильной муки, тесто из слабой следует готовить при более низкой температуре. Таким образом, температура является основным фактором, регулирующим технологического процесса приготовления теста

При замесе теста протекают и биохимические процессы, вызываемые действием ферментов муки и дрожжей. Основные биохимические процессы - гидролитический распад белков под действием протеолитических ферментов (протеолиз) и крахмала под действием амилолитических ферментов (амилолиз). Вследствие этих процессов увеличивается количество веществ, способных переходить в жидкую фазу теста, что приводит к изменению его структурно-механических свойств.

Биохимические процессы, происходящие в тесте, - одни из важнейших, так как от них зависят и микробиологические, и коллоидные, и физические превращения. Суть биохимических процессов состоит в том, что под действием ферментов муки, дрожжей и молочнокислых бактерий происходит расщепление составных компонентов муки, прежде всего белков и крахмала. При этом желательна определенная степень протеолиза белка, так как она ведет к получению достаточно упругого и эластичного теста, обладающего оптимальными свойствами для получения качественного хлеба. Кроме того, продукты разложения белков на стадии выпечки принимают участие в образовании цвета корки, вкуса и аромата хлеба. При интенсивном разложении белков, особенно в слабой муке, тесто расплывается и хлеб получается неудовлетворительного качества. При расщеплении крахмала ферментами идет образование мальтозы, которая расходуется на брожение теста и участвует в процессе покоричневения корки в процессе выпечки (реакция меланоидинообразования), определяя вкус и аромат хлеба.

Интенсивность протекания всех рассмотренных процессов зависит от температуры. Оптимальная температура для спиртового брожения в тесте около 35^oС, а для молочнокислого 35-40^oС, поэтому повышение температуры теста влечет усиление нарастания кислотности. Кроме того, с повышением температуры теста в нем усиливаются биохимические процессы, ослабляется клейковина, увеличиваются ее растяжимость и расплываемость. Оптимальная температура брожения теста 26-32^oС. Повышенную температуру можно рекомендовать для приготовления теста из сильной муки, тесто из слабой муки следует готовить при более низкой температуре. Таким образом, температура - основной фактор, регулирующий ход технологического процесса приготовления теста.

Протекают при брожении, оказывают большое влияние на качество теста и готового хлеба. Вещества, входящие в состав теста, претерпевают ряд превращений, обусловленных действием ферментов муки и продуктов, выделяемых дрожжами и кислотообразующими бактериями теста. В результате непрерывно изменяется углеводно-амилазный комплекс теста. Собственные сахара муки довольно быстро сбраживаются дрожжами. Одновременно из крахмала муки под влиянием р - амилазы (в муке из непроросшего зерна) непрерывно образуется мальтоза, которая может быть гидролизована мальтазой муки и дрожжей в глюкозу. Содержание редуцирующих Сахаров в простом по рецептуре тесте должно повыситься до 5...6%. Около половины сбраживаемых Сахаров расходуется дрожжами и другими микроорганизмами при брожении и расстойке теста, остальные (не менее 3 %) должны сохраниться для образования нужной окраски корок и формирования вкуса и аромата хлеба при выпечке.

Чрезмерная активность амилаз, и особенно а-амилазы (в муке из проросшего зерна), может привести к излишне большому накоплению мальтозы и образованию декстринов При этом хлеб получается с более темной коркой, заминающимся, непропеченным на ощупь мякишем. В процессе брожения претерпевает изменение и белково-протеиназный комплекс. Белки теста под влиянием протеолитических ферментов подвергаются гидролизу. Небольшой гидролиз белка с образованием 2...3% свободных аминокислот необходим. Аминокислоты расходуются на питание дрожжей и бактерий, при выпечке принимают участие в реакции меланоидинообразования, от которой зависит окраска корок.

В тесте из сильной муки протеолиз несколько ослабляет клейковину, делает ее более растяжимой, что улучшает структуру мякиша хлеба. На тесто из слабой муки протеолиз оказывает неблагоприятное воздействие, дезагрегируя структурно-непрочные белки и приводя их к неограниченному набуханию и пептизаиии В результате несоразмерно увеличивается жидкая фаза, тесто становится липким, мало пригодным для механической обработки при разделке и формовке. При расстойке и выпечке такое тесто сильно расплывается, давая хлеб недостаточного объема. Протеолизом белков теста в определенной степени можно управлять. Замедлению или усилению протеолиза способствует введение раз­личных добавок-улучшителей соответственно окислительного и восстано­вительного действия.

Известны разные способы интенсификации созревания теста. Ускорение брожения достигается:

- при повышении количества прессованных или жидких дрожжей;

- предварительной активации прессованных дрожжей;

- применении более активных рас и штаммов бродильных микроорганизмов (дрожжей и кислотообразующих бактерий);

- повышении температуры теста или полуфабрикатов до оптимальной;

- введении в тесто подкисляющих веществ (молочная кислота, сыворотка, закваска);

- интенсивном замесе теста.

брожение тесто молочнокислый бактерия

4. Микробиологические процессы, протекающие в процессе брожения теста: спиртовое брожение

Спиртовое брожение вызывается дрожжами, в результате сахара превращаются в спирт и диоксид углерода. Дрожжи сбраживают сначала глюкозу и фруктозу, а затем сахарозу и мальтозу, которые предварительно превращаются в моносахариды. Источником сахаров являются собственные сахара зерна, перешедшие в муку, но главную массу составляет мальтоза, образовавшаяся в тесте при расщеплении крахмала. Скорость брожения зависит от температуры, кислотности теста, качества дрожжей и ускоряется при увеличении количества дрожжей и повышении их активности при достаточном содержании сбраживаемых сахаров, аминокислот, фосфорнокислых солей. Повышенное содержание соли, сахара, жира тормозит газообразование в тесте. Брожение также ускоряется при добавлении в тесто амилолитических ферментных препаратов, т. е. препаратов, содержащих в активном состоянии а-амилазу.

Брожение начинается с момента замеса и продолжается в период нахождения теста в бродильных емкостях (дежах, бункерах, корытах) и при последующих технологических операциях.

Цель брожения--накопление в полуфабрикатах и тесте вкусовых и ароматических веществ и приведение теста по газообразующей способности и физическим свойствам в наилучшее состояние для разделки и выпечки. На завершающих этапах производства -- расстойке тестовых заготовок и выпечке-- основной задачей брожения является разрыхление теста углекислым газом и создание мякиша с хорошо развитой тонкостенной пористостью. Совокупность всех процессов, обусловливающих оптимальные свойства теста для разделки и выпечки, принято называть созреванием теста.

При брожении теста происходят различные сложные процессы: микробиологические, вызывающие спиртовое и кислотообразующее брожение, коллоидные, физические и биохимические.

Спиртовое брожение. Этот вид брожения вызывается дрожжами, зимазный комплекс которых переводит моносахара в спирт и углекислый газ по схеме анаэробного дыхания:

С₆Н₁₂О₆ -> 2С₂Н₅OН + 2СO₂.

При этом выделяется 107 кДж/моль тепла. Образующийся углекислый газ и является разрыхлителем теста. Однако при накоплении углекислого газа может затормозиться жизнедеятельность дрожжей. Поэтому бродящее пшеничное тесто подвергают кратковременной одно- или двукратной обминке (перемешиванию), углекислый газ удаляется, структура теста при этом улучшается.

Дрожжи в первую очередь сбраживают собственные сахара муки (глюкозу, фруктозу, сахарозу), а затем уже с помощью зимазного комплекса ферментов переводят мальтозу, образующуюся в тесте при гидролизе крахмала, в глюкозу и сбраживают ее. Поэтому на ход брожения существенное влияние оказывает сахарообразующая способность муки, т. е. способность амилолитических ферментов гидролизовать крахмал в мальтозу. При недостаточной активности этих ферментов брожение замедляется. Тогда технологическими приемами повышают атакуемость крахмала амилазами, например, путем превращения части крахмала муки в клейстеризованное состояние воздействием на муку горячей водой или методом электроконтактного прогрева водно-мучной смеси.

На интенсивность брожения влияет и ряд других фактов: температура и кислотность среды, содержание в тесте соли, сахара и т. д. Оптимальными являются температура 28-30°С, кислотность по показателю рН от 4 до 6. Соль и сахар, вносимые в тесто, задерживают брожение вследствие повышения осмотического давления среды.

Кислотообразующее брожение. Такое брожение вызывается различными бактериями, название которых обычно совпадают с наименованием кислоты, которую они продуцируют (молочнокислые, уксуснокислые и т. д.). В выброженных полуфабрикатах из пшеничной муки накапливаются молочная, уксусная, янтарная, муравьиная, лимонная, иногда масляная и некоторые другие кислоты. Главную роль в брожении пшеничного теста играет молочная кислота, на долю которой приходится до 70% общего содержания кислот, на втором месте стоит уксусная кислота, остальные кислоты составляют примерно десятую часть от общего количества. В полуфабрикатах из ржаной муки роль молочной и уксусной кислот примерно одинакова, а других органических кислот -- менее существенна.

В пшеничном и ржаном тесте молочную и частично уксусную кислоту продуцируют молочнокислые нетермофильные бактерии, имеющие температурный оптимум около 35°С. В полуфабрикатах из ржаной муки доля уксусной кислоты значительно выше, чем в пшеничных, в связи с присутствием в них уксуснокислых бактерий.

В пшеничные полуфабрикаты кислотообразующие бактерии поступают в основном с мукой и частично с остатками в бродильных емкостях полуфабрикатов предыдущего приготовления.

В полуфабрикаты из ржаной муки кислотообразующие бактерии вносятся с заквасками.

Накопление органических кислот в тесте имеет большое значение. Вкус и аромат хлеба в значительной степени обусловлены накоплением в тесте кислот и взаимодействием их со спиртами и другими веществами. Молочная кислота предохраняет тесто от проникновения нежелательных микроорганизмов, в том числе патогенных. Молочная кислота придает хлебу приятный вкус, а уксусная -- резкий кислый привкус.

Кислоты ускоряют гидратацию и пептизацию белковых веществ, регулируют действие ферментов. Конечная кислотность теста (в град) следующая: из пшеничной муки I сорта 3,0-3,5, II сорта 4,5-5,0, обойной 5,5-6,5; из ржаной муки обойной 11,5-12,0.

Коллоидные процессы. К коллоидным процессам при брожении теста относится продолжающееся осмотическое набухание белков, в то время как адсорбционное связывание влаги всеми компонентами теста, в том числе и белками, в основном завершено в стадии замеса теста. Набухание белков в тесте из слабой муки завершается относительно быстро, а пептизация продолжается на всем протяжении брожения вследствие протеолитической дезагрегации белков. Тесто в связи с этим разжижается, его физические свойства ухудшаются. Иначе ведут себя белки в тесте из сильной муки: осмотическое набухание продолжается до конца брожения, пептизация белков незначительна.

С целью ограничения пептизации белков в тесте из слабой муки процесс брожения ведут при повышенной кислотности.

Физические процессы. К физическим процессам при брожении теста относится изменение температуры и структурно - механических характеристик теста.

Температура теста (заквасок и опары) к концу брожения повышается на 1-2°С. Этот прирост температуры на ход и результат брожения заметного влияния не оказывает.

Структурно-механические характеристики изменяются под влиянием двух факторов: в результате механического воздействия на тесто при его обминке клейковинный остов упрочняется, а в результате ферментативного протеолиза клейковинный остов ослабляется.

Биохимические процессы. Биохимические изменения обусловлены сложной системой взаимосвязанных превращений компонентов теста, вызываемых спиртовым и молочнокислым брожением и взаимодействием ферментов муки, дрожжей и кислотообразующих бактерий.

В бродящих полуфабрикатах происходит непрерывное расходование сахара и одновременное пополнение мальтозы за счет амилолиза крахмала. Наряду с коллоидными изменениями белков непрерывно протекает их протеолиз под воздействием протеолитических ферментов муки и их активаторов, выделяемых в среду дрожжами (глютатион).

Накопление в тесте мальтозы необходимо для поддержания самого процесса брожения. Протеолиз белков в пшеничном тесте также необходим для достижения оптимальных структурно- механических свойств теста, от которых зависит характер пористости мякиша. Кроме того, продукты распада белков при взаимодействии с редуцирующими сахарами образуют меланоидины, играющие важную роль в аромате хлеба и обусловливающие специфический цвет корки хлебобулочных изделий. Однако интенсивность протеолиза регулируется с учетом силы муки. Например, при переработке слабой пшеничной муки применяют улучшители окислительного действия, снижающие активность протеолитических ферментов и укрепляющих клейковину благодаря окислению в молекуле белка сульфгидрильных групп.

Способы интенсификации созревания теста. Ускорение брожения достигается следующими способами:

? повышением температуры полуфабрикатов и теста до оптимального значения;

? увеличением дозировки дрожжей;

? предварительной активацией дрожжей или подбором более активных рас и штаммов микроорганизмов при приготовлении жидких дрожжей или жидких заквасок.

? электрофизическая обработка дрожжевой суспензии,

? внесении в тесто минеральных солей для питания дрожжей,

? замена прессованных дрожжей их плазмолизатом и др.

Интенсивное механическое воздействие на тесто вызывает ускорение его созревания.

Применение химических улучшителей существенно влияет на процесс созревания теста. Среди улучшителей этой группы можно назвать следующие:

1. поверхностно - активные вещества, влияющие на структурно-механические свойства теста;

2. улучшители окислительного (бромат, иодат калия и др.) и восстановительного (цистеин) действия, изменяющие окислительно - восстановительный потенциал теста и благодаря этому способные направленно изменять структурно - механические свойства теста: окислители укрепляют, а восстановители ослабляют тесто;

3. органические кислоты, добавляемые с целью ускорения достижения оптимальной кислотности теста;

4. ферментные препараты амилолитические и протеолитические, вносимые в тесто для активации амилолиза и протеолиза.

В настоящее время не существует объективных методов определения готовности теста. Обычно о готовности выброженного теста к последующей обработке судят по истечении времени брожения теста, предусмотренного для данного сорта, по титруемой кислотности и внешнему виду теста.

Устройства для брожения. Эти устройства предназначены для осуществления брожения закваски, опары и теста. Брожение протекает при температуре окружающего воздуха 28-32°С и относительной влажности его 75-80%. Все устройства для брожения разделяются на две группы: устройства для непрерывнопоточного брожения и устройства для порционного брожения. В устройствах первого типа бродящие полуфабрикаты перемещаются в емкостях под действием массы или механического побудителя. Для поддержания оптимальных параметров среды эти емкости закрываются крышками или оборудованы обогревающими рубашками. Бродильные камеры снабжены кондиционерами, поддерживающими оптимальные параметры воздуха

5. Микробиологические процессы, протекающие в процессе брожения теста: молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями. В пшеничные полуфабрикаты кислотообразующие бактерии попадают в основном с мукой и частично с остатками в бродильных емкостях полуфабрикатов предыдущего приготовления. В полуфабрикаты из ржаной муки их вносят с заквасками. Существует два вида молочнокислых бактерий: гомоферментативные, образующие молочную кислоту, и гетероферментативные, которые наряду с молочной кислотой вырабатывают другие кислоты (уксусную, янтарную, лимонную и пр.). При снижении влажности и температуры теста гетероферментативные молочнокислые бактерии развиваются с большей скоростью, в результате резко возрастает кислотность теста и ухудшается вкус хлеба. В пшеничном тесте преобладает спиртовое, а в ржаном тесте - молочнокислое брожение.

Накопление органических кислот в тесте имеет большое значение. Вкус и аромат хлеба в значительной степени обусловлен накоплением в тесте кислот и взаимодействием их со спиртами и другими веществами теста. Молочная кислота, кроме того, играет роль санитарного кордона, предотвращающего развитие в тесте нежелательных микроорганизмов, в том числе патогенных. Она придает хлебу приятный вкус, тогда как уксусная кислота сообщает ему резкий кислый привкус.

В результате нарастания кислотности ускоряется набухание белков, замедляется разложение крахмала до декстринов и мальтозы, что крайне важно при переработке пшеничной муки из проросшего зерна и ржаной муки, так как позволяет получить тесто с оптимальными структурно-механическими свойствами. Поэтому кислотность теста - признак его созревания, а кислотность хлеба - один из показателей его качества, включенный в стандарт готовой продукции.

Молочнокислое брожение - процесс превращения углеводов молочнокислыми бактериями в молочную кислоту.

Возбудители молочнокислого брожения подразделяются на 2 группы: гомоферментативные и гетероферментативные, которые в свою очередь вызывают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение. В основу этого деления положены конечные продукты, образуемые при гомо- и гетероферментативном молочнокислом брожении.

Гомоферментативное молочнокислое брожение и его возбудители. При гомоферментативном молочнокислом брожении образуется преимущественно молочная кислота.

Химизм процесса:

С₆Н₁₂О₆ -> 2 СН₃СНОНСООН+Е

глюкоза молочная кислота

К гомоферментативным молочнокислым бактериям относятся молочнокислые стрептококки: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus thermophilus, а также молочнокислые палочки: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus acidophilus, Lactobacilus bulgaricus, Lactobacillus ptantarum.

Гетероферментативное молочнокислое брожение и его возбудители. Конечными продуктами при этом брожении являются не только молочная кислота, но и побочные продукты: уксусная кислота, этиловый спирт, янтарная кислота, диоксид углерода, водород. Суммарное уравнение процесса имеет вид:

С₆Н₁₂О₆ -> СН₃СНОНСООН+СООНСН₂СН₂СООН+СН₃СООН+ СН₃СН₂ОН+СО₂+Н₂+Е

глюкоза молочная кислота янтарная кислота уксусная кислота

К гетероферментативным молочнокислым бактериям относятся бактерии рода Streptococcus: Streptococcus diacetilactis, Streptococcus acetoinicus; бактерии рода Lactobacillus: Lactobacillus brevis, Lactobacillus helveticus, а также бактерии рода Leuconostoc: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc cremoris.

Характеристика молочнокислых бактерий

Все молочнокислые бактерии грамположительные, факультативные анаэробы. Среди молочнокислых бактерий есть мезофилы (предпочитают температуру около 30 °С) и термофилы (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus), оптимальной температурой для которых является температура около 40-50 °С.

Молочнокислые бактерии отличает высокая требовательность к питательной среде: они нуждаются в полном наборе готовых аминокислот, в витаминах группы В12, в компонентах нуклеиновых кислот, что и определяет их распространение в природе.

Молочнокислые бактерии обитают, в основном, на растениях, плодах, овощах, в желудочно-кишечном тракте, в молоке и молочных продуктах, а также в местах разложения растительных остатков.

В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу.

Оптимальное значение рН для развития молочнокислых бактерий около 4. Молочнокислые бактерии образуют от 1 до 3,5 % молочной кислоты.

Практическое значение молочнокислого брожения

Оно находит широкое применение при изготовлении кисломолочных продуктов, сливочного масла, маргарина, используется в хлебопечении, при квашении овощей, силосовании кормов и производстве молочной кислоты.

Многие мезофильные гетероферментативные молочнокислые бактерии и лейконосток являются вредителями в производстве спирта, пива, вина, безалкогольных напитков, сахара и др.

Молочнокислое брожение идет особенно интенсивно в тесте из ржаной муки. В пшеничное тесто молочнокислые бактерии попадают случайно с мукой, дрожжами, молочной сывороткой и др. Ржаное тесто готовится на заквасках, в которых созданы специальные условия для размножения молочнокислых бактерий. Отмечено, что молочнокислое брожение протекает более интенсивно в полуфабрикатах густой консистенции. В процессе брожения кислотность полуфабрикатов возрастает.

Поскольку кислотность готовых изделий не должна превышать стандартную норму, то и кислотность полуфабрикатов в конце брожения также должна быть ограничена (табл. 36). Кислотность теста должна быть равна кислотности мякиша готовых изделий, требуемой стандартами, +0,5 Град.

Кислотность -- наиболее объективный показатель готовности полуфабрикатов в процессе брожения. Состав и количество кислот теста влияют на состояние белковых веществ, активность ферментов, жизнедеятельность бродильной микрофлоры, вкус и аромат хлеба. В пшеничном тесте доля молочной кислоты составляет около 70, а летучих кислот -- около 30% от общей массы кислот.

6. Микробиологические процессы, протекающие в процессе брожения теста: спиртовое брожение

Основные микробиологические процессы -- это спиртовое и молочнокислое брожение.

Спиртовое брожение. Осуществляется дрожжами Saccharomyces cerevisiae и дрожжеподобными микроорганизмами (Moni)inia, Oidium и др.), а также некоторыми микромицетами. В технологии хлеба этот сложный процесс протекает в несколько стадий, под воздействием Saccharomyces ccrevisiae при участии многочисленных ферментов. Превращение пирувата в этанол идет в двух последовательных реакциях. В первой происходит его декарбоксилирование:

Микробиологические процессы при брожении теста

Реакция необратима, она катализируется пируватдекарбоксилазой, содержащей в качестве кофермента тиаминпирофосфат (ТРР). Декарбоксилирование пирувата осуществляется через ряд промежуточных реакций. На последнем этапе оксиэтильная группа отщепляется от TPP в виде свободного aцетальдегида. Вторая реакция заключается в восстановлении ацетальдегида в этанол за счет восстановления никотинамидадениндинуклеотида (NADH):

Микробиологические процессы при брожении теста

Суммарная реакция спиртового брожения имеет вид:

C6H12O6 + 2Pi + 2ADP ЃЁ 2C2H5OH +2„RO2+2„@„S„Q + 2„N2O.

В это уравнение не входят NADH и NAD+, так как образованный в процессе гликолиза NADH вновь превращается в NAD+ в результате восстановления уксусного альдегида в этанол. Tакая регенерация NAD+ поддерживает в анаэробных условиях непрерывное течение гликолитического процесса. Если бы этого не происходило, то гликолиз не мог бы идти дальше образования глицеральдегид-3-фосфата и, следовательно, невозможно было бы образование ATP.

При спиртовом брожении, вызываемом дрожжами, используются гексозы; пентозы не сбраживаются. Легче всего дрожжи сбраживают глюкозу и фруктозу, значительно труднее -- маннозу и особенно галактозу. Сахароза и мальтоза сбраживаются только после предварительного гидролиза до гексоз, осуществляемого (V фруктофуранозидазой и б-глюкозидазой соответственно. Лактозу сбраживают только особые дрожжи Saccharoinyces fragilis, содержащие в-галактозидазу, которая гидролизует этот дисахарид с образованием глюкозы и галактозы. Дрожжи сбраживают весьма высокие концентрации сахара, достигающие 60 %, и накапливают в среде 10-15% этанола. Высокомолекулярные полисахариды (крахмал, инулин, гемицеллюлозы, целлюлоза) и продукты их неполного гидролиза не сбраживаются дрожжами, поскольку они не способны проникать через клеточные мембраны, а сами дрожжи не синтезируют ферменты, которые могли бы выделиться в окружающую среду и осуществить гидролиз этих полисахаридов до сбраживаемых сахаров.

Брожение начинается уже при замесе теста. В первые 1-1,5 ч дрожжи сбраживают собственные сахара муки -- глюкозу, фруктозу; пентозы не сбраживаются. Мальтозу, которая образуется под воздействием фермента в-амилазы на крахмал, дрожжи сбраживают после гидролиза ее ферментом дрожжей -- б-глюкозидазой -- на 2 молекулы глюкозы. Установлено, что пока концентрация глюкозы в среде не упадет до 0,2...0,6 %, мальтоза дрожжами не сбраживается. Глюкоза активирует «мальтозимазнук» репрессивную систему, ингибирующую синтез мальтазы (б-глюкозидазы). Сбраживание мальтозы начинается, как правило, только после лаг-периода; дисахарид проникает в клетку с помощью пермеаз.

Наличие лаг-периода обусловлено тем, что индуцирование фермента б-глюкозидазы требует некоторого времени. Гаков характер спиртового брожения в безопарном тесте.

При опарном способе приготовления теста дрожжевые клетки начинают свою жизнедеятельность в опаре -- полуфабрикате, в котором сбраживаемыми сахарами служат собственные сахара муки и образующаяся мальтоза. Следовательно, создаются условия, обеспечивающие индукцию фермента б-глюкозидазы в дрожжевой клетке. После замеса теста на опаре дрожжи уже адаптированы и имеют повышенную мальтазную активность, поэтому газообразование в тесте идет равномерно (рис. 1.).

Рис. 1

Микробиологические процессы при брожении теста

Интенсивность спиртового брожения зависит от количества дрожжей и их бродильной активности, температуры, рецептуры, влажности теста, степени обработки теста, дозировки и вида улучши гелей. Так, с повышением температуры с 26 до 35 °С интенсивность газообразования возрастает в 2 раза. Интенсивный замес теста ускоряет брожение на 20-60 %.

Значительное влияние на процесс брожения оказывает наличие в полуфабрикатах растворимых форм азота, минеральных соединений и витаминов, необходимых дрожжам. Оптимум pH спиртового брожения 4-6.

7. Микробиологические процессы, протекающие в процессе брожения теста: молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение. Отличается от спиртового тем, что пируват не декарбоксилируется, как при спиртовом брожении, а непосредственно восстанавливается лактатдегидрогеназой при участии NADH. Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые бактерии родов Lactobacillus и Lactococcus. Они представляют собой факультативные анаэробы, т. е. способны осуществлять свою жизнедеятельность в присутствии кислорода воздуха. В их клетках отсутствуют цитохромы и каталаза.

Известны две группы этих бактерий. В одну из них входят гомоферментативные бактерии, которые образуют только молочную кислоту. Некоторые бактерии образуют ее не менее 90 % от количества всех продуктов брожения. Особенно большое количество молочной кислоты накапливают термофильные бактерии, например Termobacterium cereale. Микроорганизмы второй группы (гетероферментативные) кроме молочной кислоты образуют уксусную кислоту, этанол и диоксид углерода. При гетероферментативном брожении катаболизм глюкозы до глицеральдегид-3-фосфата протекает по фосфоглюконатному пути. Глицеральдегид-3-фосфат превращается в пируват, а затем в молочную кислоту. Брожение сопровождается образованием ацетил фосфата. Образовавшийся ангидрид уксусной и фосфорной кислот превращается в уксусную кислоту или восстанавливается в этанол:

Микробиологические процессы при брожении теста

В пшеничных полуфабрикатах хлебопекарного производства наиболее активны мезофильные молочнокислые бактерии с температурой их действия 30-37 °С.

Молочнокислое брожение особенно интенсивно протекает в тесте из ржаной муки. При созревании ржаного теста основным видом брожения является молочнокислое, при котором накапливается как молочная, так и уксусная кислоты. Благодаря тому что в ржаной закваске наряду с молочнокислыми бактериями присутствуют и дрожжевые клетки (причем эти микроорганизмы проявляют свою жизнедеятельность в условиях симбиоза % в ржаном тесте протекает также и спиртовое брожение.

На интенсивность, молочнокислого брожения влияют температура и влажность полуфабрикатов, дозировка закваски или других продуктов, содержащих MКБ, состав кислотообразующей микрофлоры, интенсивность замеса теста. Отмечено, что молочнокислое брожение протекает более интенсивно в полуфабрикатах густой консистенции, В процессе брожения кислотность полуфабрикатов возрастает.

В пшеничное тесто молочнокислые бактерии попадают с мукой, дрожжами, молочной сывороткой и др.

Активная кислотность (pH) пшеничного теста в конце брожения равна 4,8-5,6 (у ржаного -- 3,5-4,5). Кислотность готовых изделий не должна превышать норму, предусмотренную стандартом.

Кислотность -- объективный показатель готовности полуфабрикатов,

В пшеничном тесте доля молочной кислоты составляет около 70%, а летучих кислот (уксусная, муравьиная и пропионовая) -- 30% от общего количества кислот. В результате брожения в небольшом количестве образуются и другие кислоты: масляная, валериановая, яблочная, винная. Летучие кислоты наряду с другими соединениями формируют аромат хлеба и его вкус.

В ржаном тесте доля молочной кислоты составляет 60, а летучих -- около 40 %, 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 и заквасках. 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, гак как обмен веществ в густой среде затруднен. Период генерации дрожжей в хлебопекарных полуфабрикатах составляет 2,0--2,5 ч. При содержании в тесте 2 % дрожжей и более размножения дрожжей практически не происходит.

8. Чистые культуры бактерий и дрожжей для хлебопекарного производства

Под «чистой культурой» подразумевается потомство микроорганизмов, полученных из одной клетки без примеси посторонних микробов. Расами или штаммами называют отдельные разновидности микроорганизмов в пределах одного вида, различающиеся между собой по некоторым признакам, необходимым для конкретного технологического процесса. Расовая особенность культур - устойчивость к повышению температуры, высоким концентрациям соли или высокой кислотности среды. В зависимости от этого микроорганизмы относят к той или иной расе.

В хлебопекарной отрасли, перерабатывающей нестерильное сырье, чистые культуры имеют исключительное значение. Мука, как известно, содержит чрезвычайно богатую и разнообразную микрофлору, в которой дрожжи Sacch. cerevisiae и МКБ составляют незначительную часть, поэтому нужное направление процесса брожения возможно лишь при внесении в закваску или тесто специфических микроорганизмов.

В отделе микробиологических исследований НИИ хлебопекарной отрасли ведется и постоянно обновляется музей чистых культур хлебопекарных микроорганизмов - дрожжей и молочнокислых бактерий для приготовления жидких дрожжей, пшеничных и ржаных заквасок с управляемым культивированием микроорганизмов, синтезирующих пребиотические и биологически активные веществами - витамины, органические кислоты, бактерицидные вещества - ингибиторы развития картофельной болезни и плесневения хлеба.

Чистые культуры дрожжей и МКБ, внесенные в достаточном количестве, обеспечивают быструю надежную стабилизацию доминирующей микрофлоры, нормальное брожение, что особенно важно в связи с автоматизацией и механизацией хлебозаводов.

Кроме того, подбор культур позволяет активно воздействовать на качество готовых изделий. Таким образом, с помощью чистых культур можно сознательно управлять работой микроорганизмов и использовать их деятельность в заданном направлении.

Для производства густых ржаных заквасок используют Ленинградские штаммы МКБ: А6, В8, В27, А63, В5, В78 Штаммы А63 и А6 отнесены к виду L. plantarum; В8, В27, В5, В78 - L. brevis.

Технологические испытания Ленинградских штаммов МКБ А63, В5 и В78, а также кислотоустойчивого штамма Sacch. minor показали, что данная комбинация культур способствует получению хлеба наилучшего качества на густых заквасках. Для жидкой ржаной закваски без заварки применяются те же штаммы МКБ и дополнительно штамм В81.

Штамм МКБ L. delbruckii-76 применяется для изготовления заварных сортов хлеба типа «Рижского». Данный набор культур МКБ, рекомендованный для приготовления хлеба, не ограничивается перечисленными выше штаммами. В технологии могут также использоваться штаммы: С2, С7, культуры И30, И35, а также Чешские - РL6, L. brevis-13.

Для приготовления мезофильной пшеничной закваски используют штамм L.fermenti -27.

Для приготовления жидких заквасок по Джамбульской схеме используется Джамбульская-1, обладающая большой скоростью размножения в средах с активной кислотностью 4,7-4,9.

Для приготовления жидких дрожжей используют чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий: дрожжи - гибриды 69, 576, 512, Московская-23, Б-14; термофильные молочнокислые бактерии - 30-1, 30-2, 40, Д-30, Э-1 и др.

9. Сохранение чистых культур

В отделе микробиологических исследований НИИ хлебопекарной отрасли ведется и постоянно обновляется музей чистых культур хлебопекарных микроорганизмов - дрожжей и молочнокислых бактерий для приготовления жидких дрожжей, пшеничных и ржаных заквасок с управляемым культивированием микроорганизмов, синтезирующих пребиотические и биологически активные веществами - витамины, органические кислоты, бактерицидные вещества - ингибиторы развития картофельной болезни и плесневения хлеба. С 1946 г. в СПбФ ГосНИИХП существует коллекция чистых культур молочнокислых бактерий и дрожжей для хлебопекарной отрасли, насчитывающая свыше 200 производственных и типовых штаммов молочнокислых бактерий и дрожжей. Культуры поддерживаются в активном состоянии и рассылаются по запросам заинтересованных учреждений.

Размещено на Allbest.ru

...