Производство хлеба

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Дайте определение понятию «биотехнология» в хлебопечении

Биотехнология -- это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. К отраслям биотехнологии относятся генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяи?ственных растении? и животных, использование микроорганизмов в хлебопечении, виноделии, производстве лекарств и др.

Производство хлеба включает сложныи? цикл микробиологических и биохимических процессов, происходящих в тесте с момента смешивания муки с водои? и заканчивающихся выпечкои?. В сортах муки, используемои? для выпечки пшеничного и ржаного хлеба, входят компоненты, необходимые для развития многих микроорганизмов. Кроме крахмала в муке содержится до 0,7-1,8 % (в пересчете на сухое вещество) сбраживаемых сахаров - глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы, раффинозы, существенно влияющих на первые стадии брожения теста. Образующиеся при гидролизе крахмала амилолитическими ферментами муки углеводы (мальтоза и др.) - основные субстраты, обеспечивающие процесс брожения и хорошее газообразование при изготовлении теста. Азотсодержащие вещества муки состоят главным образом из белков. В незначительном количестве содержатся и небелковые азотистые вещества - свободные аминокислоты и амиды. Кроме того, протеиназы муки обогащают тесто водорастворимыми азотсодержащими соединениями. В состав муки входит до 2 % минеральных веществ, в том числе микроэлементы.

Мука всегда содержит значительное количество различных микроорганизмов. Вносятся они и с добавками к тесту. Важнеи?шую роль в брожении теста играют дрожжи и молочнокислые бактерии, для которых имеются все необходимые условия: влажность 40-50 %, незначительное содержание молекулярного кислорода и наличие питательных веществ. Микробиологические процессы и связанные с ними биохимические изменения в тесте определяют пористость, окраску, прочность среза и сохранение свежести хлеба, придают ему вкус и аромат.

2. Особенности спиртового брожения

Спиртовое брожение - микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов.

Суммарное уравнение реакции:

С₆Н₁₂О₆ -> 2СН₃СН2 ОН + 2СO₂.+ Е

глюкоза этиловый спирт

Как и любое брожение это сложный многоступенчатый процесс, который протекает при участии комплекса ферментов. Наряду со спиртом могут образовываться побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, яблочная кислоты, сивушные масла (смесь высших кислот).

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи рода Saccharomyces (cerevisiae). Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях.

Условия проведения спиртового брожения

1. Источники питания. В качестве источника углерода используют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалсодержащее сырье подвергают осахариванию при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10-15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей. В качестве источника азота используются аммонийные соли органических кислот и аминокислоты;

2. Анаэробные условия;

3. Температура. По отношению к температуре сахаромицеты делятся на низовые и верховые дрожжи. Дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 20-28 °С. При этом они всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. Низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение, которое ведут при 5-10°С;

4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, накапливающийся в среде, оказывает неблагоприятное действие на дрожжи. Угнетающее действие спирт оказывает уже при концентрации в среде 2-5 % об., а при 12-15 % об. брожение прекращается;

5. Активная кислотность среды (рН). Спиртовое брожение протекает в кислой среде (рН 4-4,5). При подщелачивании среды до рН 8 дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин. Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

2С₆Н₁₂О₆ -> 2СН₂₀НСНОНСН₂₀Н+СН₃СН₂₀Н+СН₃СООН+ 2СО₂+Е

глюкоза глицерин этиловый уксусная спирт кислота

Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, а также медицина.

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 -> 2С₂Н₅ОН + 2СO₂.+ 107 кДж/моль

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.

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.

? 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.

3. Особенности молочнокислого брожения

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 -> 2СН₃СНОНСООН+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.

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.

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.

4. Основные свойства пищевых веществ зерна и муки: белковые вещества

Химический состав муки

Химический состав муки зависит от состава зерна, из которого она изготовлена, и от ее сорта. Чем выше сорт муки, тем больше в ней содержится крахмала. Содержание остальных углеводов, а также жира, золы, белков и других веществ с понижением сортности муки увеличивается.

Особенности количественного и качественного состава муки определяют ее пищевую ценность и хлебопекарные свойства.

Азотистые и белковые вещества

Азотистые вещества муки в основном состоят из белков. Небелковые азотистые вещества (аминокислоты, амиды и др.) содержатся в небольшом количестве (2-3 % от общей массы азотистых соединений). Чем выше выход муки, тем больше содержится в ней азотистых веществ и небелкового азота.

Белки пшеничной муки. В муке преобладают простые белки-- протеины. Белки муки имеют следующий фракционный состав (в %): проламины 35,6; глютелины 28,2; глобулины 12,6; альбумины 5,2. Среднее содержание белковых веществ в пшеничной муке 13-16%, нерастворимого белка 8,7%.

Проламины и глютелины различных злаков имеют свои особенности в аминокислотном составе, различные физико-химические свойства и разные названия.

Проламины пшеницы и ржи называются глиадинами, проламин ячменя -- гордеином, проламин кукурузы -- зеином, а глютелин пшеницы -- глютенином.

Следует учитывать, что альбумины, глобулины, проламины и глютелины -- не индивидуальные белки, а только белковые фракции, выделяемые различными растворителями.

Технологическая роль белков муки в приготовлении хлебных изделий очень велика. Структура белковых молекул и физико-химические свойства белков определяют реологические свойства теста, влияют на форму и качество изделий. От соотношения дисульфидных и сульфгидрильных группировок во многом зависит характер вторичной и третичной структуры молекулы белка, а также технологические свойства белков муки, особенно пшеничной.

При замесе теста и других полуфабрикатов белки набухают, адсорбируя большую часть влаги. Большей гидрофильностью отличаются белки пшеничной и ржаной муки, способные поглотить до 300 % воды от своей массы.

Оптимальная температура для набухания белков клейковины 30 °С. Глиадиновая и глютелиновая фракции клейковины, выделенные отдельно, различаются по структурно-механическим свойствам. Масса гидратированного глютелина коротко растяжимая, упругая; масса глиадина жидкая, вязкая, лишенная упругости. Клейковина, образованная этими белками, включает в себя структурно-механические свойства обеих фракций. При выпечке хлеба белковые вещества подвергаются тепловой денатурации, образуя прочный каркас хлеба.

Среднее содержание сырой клейковины в пшеничной муке 20-30%. В различных партиях муки содержание сырой клейковины колеблется в. широких пределах (16-35%).

Состав клейковины. Сырая клейковина содержит 30-35 % сухих веществ и 65-70 % влаги. Сухие вещества клейковины на 80-85 % состоят из белков и различных веществ муки (липидов, углеводов и др.), с которыми глиадин и глютенин вступают в реакцию. Белки клейковины связывают около половины всего количества липидов муки. В состав клейковинного белка входит 19 аминокислот. Преобладает глютаминовая кислота (около 39%), пролин (14 %) и лейцин (8 %). Клейковина разного качества имеет одинаковый аминокислотный состав, но разную структуру молекул. Реологические свойства клейковины (упругость, эластичность, растяжимость) в значительной степени определяют хлебопекарное достоинство пшеничной муки. Распространена теория о значении дисульфидных связей в молекуле белка: чем больше дисульфидных связей возникает в молекуле белка, тем выше упругость и ниже растяжимость клейковины. В слабой клейковине дисульфидных и водородных связей меньше, чем в крепкой.

Белки ржаной муки. По аминокислотному составу и свойствам белки ржаной муки отличаются от белков пшеничной муки. Ржаная мука содержит много водорастворимых белков (около 36 % от общей массы белковых веществ) и солерастворимых (около 20%). Проламиновая и глютелиновая фракции ржаной муки значительно ниже по массе, в обычных условиях клейковину не образуют. Общее содержание белковых веществ в ржаной муке несколько ниже, чем в пшеничной (10-14%). В особых условиях из ржаной муки можно выделить белковую массу, напоминающую по эластичности и растяжимости клейковину.

Гидрофильные свойства ржаных белков специфичны. Они быстро набухают при смешивании муки с водой, причем значительная часть их набухает неограниченно (пептизируется), переходя в коллоидный раствор. Пищевая ценность белков ржаной муки выше, чем у белков пшеницы, так как в них содержится больше незаменимых в питании аминокислот, особенно лизина.

Ферменты

В зернах хлебных злаков содержатся разнообразные ферменты, сосредоточенные главным образом в зародыше и периферийных частях зерна. Ввиду этого в муке высоких выходов ферментов содержится больше, чем в муке низких выходов.

Ферментная активность у разных партий муки одного и того же сорта различна. Она зависит от условий произрастания, хранения, режимов сушки и кондиционирования зерна перед помолом. Повышенная активность ферментов отмечена у муки, полученной из несозревшего, проросшего, морозобойного или пораженного клопом-черепашкой зерна. Высушивание зерна при жестком режиме снижает активность ферментов, при хранении муки (или зерна) она также несколько уменьшается.

Ферменты активны только при достаточной влажности среды, поэтому при хранении муки влажностью 14,5 % и ниже действие ферментов проявляется очень слабо. После замеса в полуфабрикатах начинаются ферментативные реакции, в которых участвуют гидролитические и окислительно- восстановительные ферменты муки. Гидролитические ферменты (гидролазы) разлагают сложные вещества муки на более простые водорастворимые продукты гидролиза.

Протеолиз в пшеничном тесте активизируется веществами, содержащими сульфгидрильные группы, и другими веществами с восстанавливающими свойствами (аминокислота цистеин, тиосульфат натрия и др.).

Вещества с противоположными свойствами (со свойствами окислителей) значительно тормозят протеолиз, укрепляют клейковину и консистенцию пшеничного теста. К ним относятся перекись кальция, бромат калия и многие другие окислители. Воздействие окислителей и восстановителей на процесс протеолиза сказывается уже при очень малых дозировках этих веществ (сотые и тысячные доли % от массы муки). Существует теория, что влияние окислителей и восстановителей на протеолиз объясняется тем, что они меняют соотношение сульфгидрильных групп и дисульфидных связей в молекуле белка, а возможно и самого фермента. Под действием окислителей за счет групп образуются дисульфидные связи, укрепляющие структуру белковой молекулы. Восстановители разрывают эти связи, что вызывает ослабление клейковины и пшеничного теста. Химизм действия окислителей и восстановителей на протеолиз окончательно не установлен.

Автолитическая активность пшеничной и особенно ржаной муки служит важнейшим показателем ее хлебопекарного достоинства. Автолитические процессы в полуфабрикатах при их брожении, расстойке и выпечке должны протекать с определенной интенсивностью. При повышенной или пониженной автолитической активности муки в худшую сторону изменяются реологические свойства теста и характер брожения полуфабрикатов, возникают различные дефекты хлеба. Для того чтобы регулировать автолитические процессы, необходимо знать свойства важнейших ферментов муки. К основным гидролитическим ферментам муки относятся протеолитические и амилолитические ферменты.

Протеолитические ферменты. Действуют на белки и продукты их гидролиза.

Наиболее важная группа протеолитических ферментов -- протеиназы. Протеиназы типа папаин содержатся в зерне и муке разных злаков. Оптимальными показателями для действия зерновых протеиназ являются рН 4-5,5 и температура 45-47 °С

При брожении теста зерновые протеиназы вызывают частичный протеолиз белков.

Интенсивность протеолиза зависит от активности протеиназ и от податливости белков действию ферментов.

Протеиназы муки, полученной из зерна нормального качества, мало активны. Повышенная активность протеиназ наблюдается у муки, приготовленной из проросшего зерна и особенно из зерна, пораженного клопом-черепашкой. Слюна этого вредителя содержит сильные протеолитические ферменты, проникающие при укусе в зерно. Во время брожения в тесте, приготовленном из муки нормального качества, происходит начальная стадия протеолиза без заметного накопления водорастворимого азота.

В процессе приготовления пшеничного хлеба регулируют протеолитические процессы, меняя температуру и кислотность полуфабрикатов и добавляя окислители. Протеолиз несколько тормозит поваренная соль.

Амилолитические ферменты. Это р- и а-амилазы. р-Амилаза обнаружена как в проросших зернах хлебных злаков, так и в зернах нормального качества; а-амилаза содержится только в проросших зернах. Однако заметное количество активной а-амилазы обнаружено в ржаном зерне (муке) нормального качества. а-Амилаза относится к металлопротеинам; в состав ее молекулы входит кальций, р- и а-амилазы находятся в муке главным образом в связанном с белковыми веществами состоянии и после протеолиза расщепляются. Обе амилазы гидролизуют крахмал и декстрины. Наиболее легко разлагаются амилазами механически поврежденные зерна крахмала, а также оклейстеризованный крахмал.

Работами И.В. Глазунова установлено, что при осахаривании декстринов р-амилазой образуется в 335 раз больше мальтозы, чем при осахаривании крахмала. Нативный крахмал гидролизуется р-амилазой очень медленно. р-Амилаза, действуя на амилозу, превращает ее полностью в мальтозу. При воздействии на амилопектин р-амилаза отщепляет мальтозу только от свободных концов глюкозидных цепочек, вызывая гидролиз 50-54 % количества амилопектина. Высокомолекулярные декстрины, образующиеся при этом, сохраняют гидрофильные свойства крахмала. а-Амилаза отщепляет ответвления глюкозидных цепочек амилопектина, превращая его в низкомолекулярные декстрины, не окрашиваемые йодом и лишенные гидрофильных свойств крахмала. Поэтому при действии а-амилазы субстрат значительно разжижается. Затем декстрины гидролизуются а-амилазой до мальтозы. Термолабильность и чувствительность к рН среды у обеих амилаз различны: а-амилаза по сравнению с (3-амилазой более термоустойчива, но более чувствительна к подкислению субстрата (снижению рН). р-Амилаза наиболее активна при рН среды -4,5-4,6 и температуре 45-50 °С. При температуре 70 °С р-амилаза инактивируется.

Оптимальная температура а-амилазы 58-60 °С, рН 5,4-5,8. Влияние температуры на активность а-амилазы зависит от реакции среды. При снижении рН снижается как температурный оптимум, так и температура инактивации а-амилазы.

По мнению некоторых исследователей, а-амилаза муки инактивируется в процессе выпечки хлеба при температуре 80-85 °С, однако некоторые работы показывают, что в пшеничном хлебе а-амилаза инактивируется только при температуре 97-98 °С.

Активность а-амилазы значительно снижается в присутствии 2 % хлористого натрия или 2 % хлористого кальция (в кислой среде).

р-Амилаза теряет свою активность при воздействии веществ (окислителей), превращающих сульфгидрильные группы в дисульфидные. Цистеин и другие препараты с протеолитической активностью активизируют р-амилазу.Слабое нагревание водно-мучной суспензии (40-50° С) в течение 30-60 мин повышает активность р-амилазы муки на 30-40%. Подогрев до температуры 60-70 °С снижает активность этого фермента.

Технологическое значение обеих амилаз различно.

Во время брожения теста р-амилаза осахаривает некоторую часть крахмала (в основном механически поврежденные зерна) с образованием мальтозы. Мальтоза необходима для получения рыхлого теста и нормального качества изделий из муки пшеничной сортовой (если сахар не входит в рецептуру изделия).

Осахаривающее влияние р-амилазы на крахмал значительно возрастает при клейстеризации крахмала, а также в присутствии а-амилазы.

Декстрины, образуемые а-амилазой, осахариваются р-амилазой значительно легче, чем крахмал.

При действии обеих амилаз крахмал может быть гидролизован полностью, в то время как одна р-амилаза гидролизует его примерно на 64 %.

Оптимальная температура для а-амилазы создается в тесте при выпечке из него хлеба. Повышенная активность а-амилазы может привести к образованию значительного количества декстринов в мякише хлеба. Низкомолекулярные декстрины плохо связывают влагу мякиша, поэтому он становится липким и заминающимся. Об активности а-амилазы в пшеничной и ржаной муке судят обычно по автолитической активности муки, определяя ее по числу падения или по автолитической пробе. Кроме амилолитических и протеолитических ферментов на свойства муки и качество хлеба оказывают влияние другие ферменты: липаза, липоксигеназа, полифенолоксидаза.

Липаза. Липаза расщепляет жиры муки при хранении на глицерин и свободные жирные кислоты. В зерне пшеницы активность липазы невысока. Чем больше выход муки, тем выше сравнительная активность липазы. Оптимум действия зерновой липазы находится при рН 8,0. Свободные жирные кислоты -- основные кислореагирующие вещества муки. Они могут подвергаться дальнейшим превращениям, влияющим на качество муки -- теста -- хлеба.

Липоксигеназа. Липоксигеназа относится к окислительно-восстановительным ферментам муки. Она катализирует окисление кислородом воздуха некоторых ненасыщенных жирных кислот, превращая их в гидроперекиси. Наиболее интенсивно липоксигеназа окисляет линолевую, арахидоновую и линоленовую кислоты, которые входят в состав жира зерна (муки). Точно так же, но более медленно, действует липоксигеназа в составе нативных жиров на жирные кислоты. Оптимальными параметрами для действия липоксигеназы является температура 30-40 °С и рН среды 5-5,5.

Гидроперекиси, образовавшиеся из жирных кислот под действием липоксигеназы, сами являются сильными окислителями и оказывают соответствующее влияние на свойства клейковины. Липоксигеназа содержится во многих злаках, в том числе в зернах ржи и пшеницы.

Полифенолоксидаза (тирозиназа) катализирует окисление аминокислоты тирозина с образованием темноокрашенных веществ -- меланинов, вызывающих потемнение мякиша хлеба из сортовой муки. Полифенолоксидаза содержится главным образом в муке высоких выходов. В пшеничной муке II сорта наблюдается большая активность этого фермента, чем в муке высшего или I сорта. Способность муки к потемнению в процессе переработки зависит не только от активности полифенолоксидазы, но и от содержания свободного тирозина, количество которого в муке нормального качества незначительно. Тирозин образуется при гидролизе белковых веществ, поэтому мука из проросшего зерна или пораженного клопом-черепашкой, где протеолиз идет интенсивно, имеет высокую способность к потемнению (почти в два раза выше, чем у нормальной муки). Кислотный оптимум полифенолоксидазы находится в зоне рН 7-7,5, а температурный -- при 40--50 °С. При рН ниже 5,5 полифенолоксидаза неактивна, поэтому при переработке муки, имеющей способность к потемнению, рекомендуется повышать кислотность теста в необходимых пределах.

5. Основные свойства пищевых веществ зерна и муки: углеводы муки

В углеводном комплексе муки преобладают высшие полисахариды (крахмал, клетчатка, гемицеллюлоза, пентозаны). В небольшом количестве мука содержит сахароподобные полисахариды (ди- и трисахариды) и простые сахара (глюкоза, фруктоза).

Крахмал -- важнейший углевод муки, содержится в виде зерен размером от 0,002 до 0,15 мм. Размер, форма, способность к набуханию и клейстеризации крахмальных зерен различны для муки различных видов. Крупность и целость крахмальных зерен влияет на консистенцию теста, его влагоемкость и содержание в нем сахара. Мелкие и поврежденные зерна крахмала быстрее осахариваются в процессе приготовления хлеба, чем крупные и плотные зерна.

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

Структура зерен крахмала кристаллическая, тонкопористая. Крахмал характеризуется значительной адсорбционной способностью, вследствие чего он может связывать большое количество воды даже при температуре 30 °С, т. е. при температуре теста. Крахмальное зерно неоднородно, оно состоит из двух полисахаридов: амилозы, образующей внутреннюю часть крахмального зерна, и амилопектина, составляющего его наружную часть. Количественные соотношения амилозы и амилопектина в крахмале различных злаков составляют 1 : 3 или 1 : 3,5.

Амилоза отличается от амилопектина меньшей молекулярной массой и более простым строением молекулы. Молекула амилозы состоит из 300--800 глюкозных остатков, образующих прямые цепи. Молекулы амилопектина имеют разветвленное строение и содержат до 6000 глюкозных остатков. При нагревании крахмала с водой амилоза переходит в коллоидный раствор, а амилопектин набухает, образуя клейстер. Полная клейстеризация крахмала муки, при которой его зерна теряют форму, осуществляется при соотношении крахмала и воды 1 : 10.

Подвергаясь клейстеризации, крахмальные зерна значительно увеличиваются в объеме, становятся рыхлыми и более податливыми действию ферментов. Температура, при которой вязкость крахмального студня наибольшая, называется температурой клейстеризации крахмала. Температура клейстеризации зависит от природы крахмала и от ряда внешних факторов: рН среды, наличия в среде электролитов и др.

Температура клейстеризации, вязкость и скорость старения крахмального клейстера у крахмала различных видов неодинакова. Ржаной крахмал клейстеризуется при температуре 50-55 °С, пшеничный при 62-65 °С, кукурузный при 69-70 °С. Такие особенности крахмала имеют большое значение для качества хлеба. Присутствие поваренной соли значительно повышает температуру клейстеризации крахмала.

Технологическое значение крахмала муки в производстве хлеба очень велико. От состояния крахмальных зерен во многом зависит водопоглотительная способность теста, процессы его брожения, структура хлебного мякиша, вкус, аромат, пористость хлеба, скорость черствения изделий. Крахмальные зерна при замесе теста связывают значительное количество влаги. Особенно велика водопоглотительная способность механически поврежденных и мелких зерен крахмала, так как они имеют большую удельную поверхность. В процессе брожения и расстойки теста часть крахмала под действием 3-амилазы осахаривается, превращаясь в мальтозу. Образование мальтозы необходимо для нормального брожения теста и качества хлеба.

При выпечке хлеба крахмал клейстеризуется, связывая до 80 % влаги, находящейся в тесте, что обеспечивает образование сухого эластичного мякиша хлеба. Во время хранения хлеба крахмальный клейстер подвергается старению (синерезису), что является основной причиной черствения хлебных изделий.

Клетчатка (целлюлоза) находится в периферийных частях зерна и потому в большом количестве содержится в муке высоких выходов. В обойной муке содержится около 2,3 % клетчатки, а в муке пшеничной высшего сорта 0,1-0,15 %. Клетчатка не усваивается организмом человека и снижает пищевую ценность муки. В отдельных случаях высокое содержание клетчатки полезно, так как ускоряет перистальтику кишечного тракта.

Гемицеллюлозы. Это полисахариды, относящиеся к пентозанам и гексозанам. По физико-химическим свойствам они занимают промежуточное положение между крахмалом и клетчаткой. Однако организмом человека гемицеллюлозы не усваиваются. Пшеничная мука в зависимости от сорта имеет различное содержание пентозанов -- основной составной части гемицеллюлозы.

В муке высшего сорта содержится 2,6 % всего количества пентозанов зерна, а в муке II сорта -- 25,5%. Пентозаны делятся на растворимые и нерастворимые. Нерастворимые пентозаны хорошо набухают в воде, поглощая воду, в количестве, превышающем их массу в 10 раз.

Растворимые пентозаны или углеводные слизи дают очень вязкие растворы, которые под влиянием окислителей переходят в плотные гели. Пшеничная мука содержит 1,8-2% слизей, ржаная -- почти в два раза больше.

6. Основные свойства пищевых веществ зерна и мук: липиды

Липидами называются жиры и жироподобные вещества (липоиды). Все липиды нерастворимы в воде и растворимы в органических растворителях.

Общее содержание липидов в целом зерне пшеницы около 2,7 %, а в пшеничной муке 1,6--2 %. В муке липиды находятся как в свободном состоянии, так и в виде комплексов с белками (липопротеиды) и углеводами (гликолипиды). Последние исследования показали, что связанные с белками клейковины липиды значительно влияют на ее физические свойства.

Жиры -- сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В пшеничной и ржаной муке различных сортов содержится 1-2 % жира. Жир, находящийся в муке, имеет жидкую консистенцию. Он состоит в основном из глицеридов ненасыщенных жирных кислот: олеиновой, линолевой (преимущественно) и линоленовой. Эти кислоты имеют высокую пищевую ценность, им приписывают витаминные свойства. Гидролиз жира во время хранения муки и дальнейшие превращения свободных жирных кислот существенно влияют на кислотность, вкус муки и на свойства клейковины.

Липоиды. Относятся фосфатиды -- сложные эфиры глицерина и жирных кислот, содержащие фосфорную кислоту, соединенную с каким-либо азотистым основанием. В муке содержится 0,4-0,7 % фосфатидов, относящихся к группе лецитинов, в которых азотистым основанием является холин. Лецитины и другие фосфатиды характеризуются высокой пищевой ценностью и имеют большое биологическое значение. Они легко образуют соединения с белками (липопротеидные комплексы), играющие важную роль в жизни каждой клетки. Лецитины -- гидрофильные коллоиды, хорошо набухающие в воде.

Являясь поверхностно-активными веществами, лецитины также хорошие пищевые эмульгаторы и улучшители хлеба.

Пигменты. К растворимым в жирах пигментам относятся каротиноиды и хлорофилл. Цвет каротиноидных пигментов муки желтый или оранжевый, а хлорофилла -- зеленый. Каротиноиды обладают провитаминными свойствами, так как способны в животном организме превращаться в витамин А.

Наиболее известные каротиноиды представляют собой ненасыщенные углеводороды. При окислении или восстановлении каротиноидные пигменты переходят в бесцветные вещества. На этом свойстве основан процесс отбеливания пшеничной сортовой муки, применяющийся в некоторых зарубежных странах. Во многих странах отбеливание муки запрещено, так как оно снижает ее витаминную ценность. Жирорастворимым витамином муки является витамин Е, остальные витамины этой группы в муке практически отсутствуют.

Минеральные вещества

Мука состоит в основном из органических веществ и небольшого количества минеральных (зольных). Минеральные вещества зерна сосредоточены главным образом в алейроновом слое, оболочках и зародыше. Особенно много минеральных веществ в алейроновом слое. Содержание минеральных веществ в эндосперме невелико (0,3-0,5%) и повышается от центра к периферии, поэтому зольность служит показателем сорта муки.

Большая часть минеральных веществ муки состоит из соединений фосфора (50%), а также калия (30%), магния и кальция (15 %).

В ничтожных количествах содержатся различные микроэлементы (медь, марганец, цинк и др.). Содержание железа в золе разных сортов муки 0,18-0,26%. Значительная доля фосфора (50-70 %) представлена в виде фитина -- (Са -- Mg -- соль инозитфосфорной кислоты). Чем выше сорт муки, тем меньше в ней находится минеральных веществ.

7. Токсичные микроорганизмы зерна и продуктов его переработки

Микрофлора муки состоит преимущественно из микрофлоры зерна, поэтому количественный и качественный состав микрофлоры муки зависит от степени зараженности зерна, способов помола и очистки. Общая бактериальная обсемененность составляет 2 - 3 млн. КОЕ \ 1 г, но варьирует в зависимости от содержания влаги, качества помола, продолжительности хранения и др. В микрофлоре муки преобладает травяная палочка (Еrwinia herbicola). Это - грамотрицательные неспорообразующие палочки, факультативные анаэробы. Не должно быть кокковых форм бактерий, которые развиваются при повышенной влажности муки.

В микрофлоре муки нормируется содержание спорообразующих бактерий, особенно Вас. subtilis . При наличии до 200 спор \ 1г мука оценивается как высококачественная; 200 - 400 спор - удовлетворительного качества; до 1000 спор - сомнительного качества; свыше 1000 - плохого.

В муке встречаются также молочнокислые бактерии, уксуснокислые палочки, ложные дрожжи, споры плесневых грибов.

Микроорганизмы не развиваются, если влажность муки не превышает 14%, они находятся в состоянии анабиоза. При увлажнении муки микробы активизируются и вызывают порчу муки.

Виды порчи муки:

? прокисание, вызываемое молочнокислыми бактериями;

? прогоркание, которое вызывают плесневые грибы и некоторые бактерии, продуцирующие протеолитические и липолитические ферменты;

? плесневение - развивается при высокой влажности муки, опасно возможностью накопления афлотоксинов;

? самосогревание, наблюдаемое при влажности муки более 20%.

Источниками посторонней микрофлоры являются и другие виды сырья.

Основным источником микроорганизмов являются почва, пыль и насекомые. В 1 кг зерновой массы можно обнаружить от нескольких десятков до сотни тысяч микроорганизмов. Существенное увеличение их происходит при обмолоте зерна.

На долю микроорганизмов приходится от 2 % до 2,5 % потерь сухой массы зерна при хранении. Содержание микроорганизмов зависит от культуры, состояния поверхности зерна.

Видовой состав и количество микроорганизмов зависит от климатических условий и условий хранения. За период хранения микрофлора зерна может изменяться. В процессе хранения в зерновой массе больше появляются спорообразующих бактерий. Микроорганизмы зерновой массы представлены аэробами.

В свежеубранном зерне более 95 % общей численности микрофлоры представлены типичными эпифитными бактериями, не образующими спор. Данные бактерии обитают на поверхности зерна. При благоприятных условиях они интенсивно размножаются и выделяют значительное количество тепла. В результате чего в зерновой массе происходит самосогревание.

Другие 5% микроорганизмов представлены споровыми, молочнокислыми бактериями, плесневыми грибами и дрожжами.

Классификация микроорганизмов зерновой массы.

Микроорганизмы подразделяются на эпифитные (развиваются на поверхности зерна) и субэпидермальные (располагаются внутри зерна).

По образу жизни и воздействию на зерно микрофлору делят на 3 группы: сапрофиты - бактерии, плесневые грибы, актиномицеты, дрожжи - они питаются органическими веществами зерна и могут их разрушить частично или полностью.

В свежеубранном и здоровом зерне всегда присутствуют Ervinea и Pseudomonas.

Ervinea herbicola - наиболее распространена. Она составляет 92-95 % от всей микрофлоры зерновой массы. Оптимальная температура для её развития 27…30 °С. Наличие этих бактерий говорит о здоровье зерна и о его свежести, т.е. цвета, блеска, запаха и вкуса. По наличию этих бактерий можно судить о продолжительности хранения зерна.

Pseudomonas fluorescens - эти бактерии обладают флюоренсцирующими свойствами

Bacillus mesentericus - картофельная палочка - в зерне встречается единично, т.к. приводят к порче зерна, оказывают влияние на хлеб (тягучий хлеб). Они способны выдерживать температуру 100 °С в течении 45 мин.

В зерновой могут встречаться молочнокислые и маслянокислые бактерии.

Кроме бактерий в зерновую массу попадают плесневые грибы. Они составляют десятые доли процентов. Плесневые грибы снижают качество и уменьшают массу зерна. Они выделяют ядовитые вещества-метаболиты (вещества их жизнедеятельности). Они не требовательны к условиям обитания. Плесневые грибы представлены двумя видами: Aspergillus и Penicillium. Их еще называют плесенью хранения.

Актиномицеты - это почвенные плесени. Их численность не велика.

Дрожжи - являются одной из причин возникновения амбарного запаха зерна.

Фитопатогенные микроорганизмы - бактерии, грибы, вирусы. В эту группу входят микроорганизмы, вызывающие заболевания у растений (бактериозы, микозы, фузариозы, головня, спорынья).

Фитопатогенные микроорганизмы не оказывают существенного влияния на сохранность зерновой массы. Их учитывают только при оценке качества зерна при продаже и при покупке.

Зерна, пораженные головней, спорыньей и фузариозом могут быть ядовитыми, поэтому они нормируются ГОСТом микроорганизмы патогенные для животных и человека - они являются нежелательными спутниками зерновой массы. К ним относятся возбудители туберкулеза, сибирской язвы, брутулеза.

Условия, ограничивающие развитие активных микробиологических процессов

Основные факторы, влияющие на развитие микроорганизмов:

1. Относительная влажность воздуха и влажность компонентов.

Влажность зерновой массы - это основной фактор определяющий стойкость при хранении.

Микроорганизмы по потребности во влажности делятся на 3 группы:

- гидрофиты - бактерии, которые развиваются при условиях повышенной влажности. Оптимальная влажность воздуха 100 %.

- мезофиты - оптимальная влажность воздуха для их существования 100%, но могут развиваться при влажности воздуха 80-90 %.

- ксерофиты - оптимальные условия их существования 90-95 %, могут жить и при влажности воздуха 70-80 %.

Все бактерии и дрожжи относятся к гидрофитам. Грибы - ксерофиты и мезофиты. Плесневые грибы развиваются на зерне с влажностью чуть выше критической (15-15,5 %).

2. Температура.

В зависимости от отношения к температуре микроорганизмы делятся на:

A. Психрофильные. Минимальная температура существования 0…8 °С, максимальная 25…30 °С, оптимальная 10…20 °С.

B. Термофильные. Минимальная температура при которой они развиваются 25…40 °С, максимальная 70…80 °С, оптимальная 50…60 °С.

C. Мезофильные - минимальная температура 10…15 °С, максимальная 40…45 °С, оптимальная 20…40 °С. Эти микроорганизмы в зерновой массе наиболее многочисленны.

3. Степень аэрации.

Все микроорганизмы делят на:

- факультативно анаэробные

- облигатно анаэробные

Проветривание и продувание зерновой массы, а также снижение влажности и температуры приводит к снижению бактериальной микрофлоры, но при этом происходит развитие плесневых грибов (т.к. они являются аэробами).

А такие факторы развития микроорганизмов как свет и реакция среды имеют вторичное значение.

4. Целостность и состояние покровных тканей зерна.

На поврежденном зерне количество микроорганизмов больше.

5. Количество и видовой состав примесей.

30-65 % микрофлоры находятся на примеси.

Под действием микроорганизмов существенно изменяются цвет, блеск, запах и вкус зерна.

Изменение цвета сопровождается запахом разложения - плесневый и затхлый. Это происходит при развитии грибов рода Penicillium. При полной порче зерно приобретает гнилостный запах.

Плесневение зерна сопровождается снижением всхожести, т.к. клетки зародыша отравляются продуктами метаболизма плесневых грибов.

Развитие плесневых грибов рода Penicillium и Aspergillus сопровождается образованием микотоксинов. Микотоксины - это продукты метаболизма плесени, которые токсичны для животных и человека.

Известно около 200 токсичных веществ, выделяемые плесневыми грибами.

Афлатоксины - это ядовитые вещества, вырабатываемые плесневым грибом Aspergillus. Известны группы А, В1, G1, G2. Все эти вещества являются потенциальными канцерогенами.

Существенное снижение качества твердой и сильной пшеницы происходит в результате развития фузариоза (грибы и рода Fusarium). Возникает явление «пьяный хлеб». Микотоксины выделяемые возбудителем этой болезни оказывают вредное влияние на здоровье животных и человека (заболевает алейкией, приводящей к резкому снижению в крови лейкоцитов).

Профилактические меры, предупреждающие развитие микроорганизмов:

- максимальная очистка свежеубранных партий зерна от всех видов примесей в максимально сжатые сроки;

- снижение влажности зерна до критической и ниже путем сушки;

- солнечная сушка зерна (УФ лучи) - погибает более 90 % микрофлоры;

- достаточная гидроизоляция хранилищ;

...