Биохимические процессы, происходящие в выпекаемой тестовой заготовке

Биохимические процессы, происходящие в выпекаемой тестовой заготовке. 

В тесте ВТЗ, а затем и в мякише, образующемся из него, наблюдаются следующие биохимические процессы и изменения.

Брожение, вызываемое дрожжами и кислотообразующими бактериями, длится при выпечке до тех пор, пока температура отдельных слоев ВТЗ не достигнет уровня, при котором жизнедеятельность этих бродильных микроорганизмов прекращается. Поэтому в начальном периоде выпечки в тесте и мякише ВТЗ продолжают образовываться незначительные количества спирта, С0₂ , молочной и уксусной кислоты

и других продуктов брожения.

При выпечке содержащийся в ВТЗ крахмал, прошедший первые стадии процесса клейстеризации, частично гидролизуется. В результате этого содержание крахмала в ВТЗ при выпечке в известной степени снижается.

До той поры, пока амилазы теста еще не инактивированы вследствие повышения температуры теста, они вызывают гидролиз крахмала.

В ВТЗ атакуемость крахмала амилазами возрастает. Объясняется это тем, что крахмал даже в начальных стадиях его клейстеризации во много раз легче гидролизуется β-амилазой.

В пшеничном тесте из сортовой муки при относительно невысокой его кислотности инактивация амилаз происходит при температуре, значительно более высокой, чем полагали раньше. Так, β-амилаза полностью инактивируется примерно при 82-84 ’С, а α-амилаза способна сохранять известную активность до 97-98 “С, т. е. в готовом хлебе.

Поэтому при выпечке пшеничного хлеба из муки высшего, I и II сортов гидролиз крахмала в тесте и мякише ВТЗ в основном (а возможно и целиком) обусловлен действием амилаз теста.

Иначе изменяется крахмал при выпечке хлеба из ржаной обойной муки. Ржаное тесто имеет кислотность, в 3-4 раза более высокую, чем тесто из пшеничной сортовой муки. Вследствие этого инактивация амилаз при прогреве ржаного теста происходит при более низких температурах.

Так, например, было установлено, что в процессе выпечки ржаного хлеба из обойной муки, из теста обычной для этого вида хлеба кислотности, β-амилаза полностью инактивируется при 60 °С, а α-амилаза — при 71 «С. В то же время было установлено, что накопление в мякише ржаного хлеба продуктов гидролитического распада крахмала продолжается до самого конца вьшечки и даже в первые часы хранения еще горячего хлеба. Это значит, что в ржаном хлебе гидролиз крахмала продолжается и после инактивации амилаз.

Опытами но прогреву водных паст ржаного крахмала, подкисленных смесью молочной и уксусной кислот до уровня, обычного-для ржаного теста, было установлено, что в этих условиях происходит кислотный гидролиз крахмала. Отсутствие в крахмальной пасте амилаз было предварительно проверено.

Исходя из этого, можно полагать, что в ржаной ВТЗ после инактивации ее амилаз происходит кислотный гидролиз крахмала. Вероятно, именно поэтому содержание водорастворимых веществ и углеводов и содержание декстринов в ржаном хлебе выше, чем в пшеничном, несмотря на значительно более раннюю инактивацию амилаз при прогреве ВТЗ из ржаного теста.

α-амилаза в процессе выпечки инактивируется при значительно более высокой температуре, чем β-амилаза. В интервале времени выпечки, когда β-амилаза уже инактивирована, а α -амилаза еще активна, в мякише хлеба накапливается значительное количество низкомолекулярных декстринов, придающих мякишу липкость и сыроватость на ощупь.

Этому способствует и то, что действие α -амилазы на крахмал понижает его водоудерживающую способность.

В связи с этим при выпечке хлеба из пшеничной муки, смолотой из проросшего зерна, следует повышать кислотность теста, снижающую температуру инактивации α -амилазы. Ржаная мука даже из не проросшего зерна содержит известное количество активной α -амилазы, поэтому ржаное тесто и готовится при более высокой кислотности.

Если выпекать хлеб из ржаного теста с кислотностью около 4 град, то α -амилаза также способна сохранять известную активность до конца выпечки, т, е. до температуры выше 96 °С. Поэтому действие амилолитических ферментов в ВТЗ при выпечке существенно влияет на качество хлеба. Сахара, образующиеся в ВТЗ в результате амилолиза крахмала, в первой части периода выпечки частично расходуются на брожение.

Показано, что в процессе выпечки происходит также частичный гидролиз высокомолекулярных пентозанов ржаного теста, превращающихся в ВТЗ в водорастворимые, относительно низко молекулярные пентозаны.

Таким образом, в процессе выпечки хлеба резко увеличивается количество водорастворимых углеводов, в основном обусловливающее увеличение общего содержания в хлебе водорастворимых веществ.

Белково-протеиназный комплекс ВТЗ в процессе выпечки также претерпевает ряд изменений, связанных с ее прогревом.

В ВТЗ до определенной степени ее прогрева происходит протеолиз. Ранее принято было полагать, что протеиназа пшеничной муки имеет оптимум pH от 4 до 5,5 и температурный оптимум около 45 °С.

Однако исследованиями И. А. Попадич и 3. Ф. Фалуииной было показано, что в условиях теста из пшеничной муки влажностью 48% и при pH, в конце брожения равном 5,85, температурный оптимум для накопления в тесте водорастворимого азота значительно выше. При длительности прогрева 30 мин он лежит около 60 °С, а при 15 мин прогрева — около 70 °С. Повышение влажности водно-мучной среды до 70% снижало этот оптимум до 50 ºС.

Примечательно, что атакуемость белков того же теста протеолитическими ферментами препарата, полученного из Asp. oryzae, изменялась в зависимости от температуры теста совсем по-другому. Было установлено, что повышение температуры путем 15-минутного прогрева до 70 °С приводило к снижению атакуемости белков теста нротеолитическими ферментами препарата Asp. oryzae примерно в 4 раза. Повышение же температуры прогрева до 80-90 °С приводило к известному возрастанию атакуемости белков теста по сравнению с атакуемостыо их после прогрева при 70°С. Одновременно было установлено, что протеолитические ферменты препарата Asp. oryzae, вносимые в тесто (с конечным pH 5,85 и влажностью 48%), сохраняли известную активность после 15 мин. прогрева даже при 90-100 °С, в то время как прогрев водного раствора этих ферментов инактивировал их полностью уже при 60 °С.

Этим еще раз подтверждается значение влажности водно-мучных полуфабрикатов или продуктов как фактора, от которого зависят температуры оптимума и инактивации в них ферментов.

Установлено, что растворимость водонерастворимых белков прогреваемого пшеничного теста в 0,1 н. растворе уксусной кислоты начинает резко снижаться при температуре прогрева теста, равной 70 °С. Это свидетельствует о том, что, начиная с 70 °С, белки прогреваемого пшеничного теста подвергаются термической денатурации.

Было установлено, что в тесте влажностью 51% некоторая активность протеиназы сохранялась даже после 15 мин прогрева при 95 “С.

Следует также отметить, что температура инактивации ферментов в ВТЗ зависит от скорости ее прогрева: чем быстрее происходит прогрев, тем выше температура, при которой инактивируются ферменты. Изучалось и изменение атакуемости белков теста протеолитическими ферментами в процессе прогрева ВТЗ. Было установлено, что атакуемость папаином белков пшеничного теста, имевшего влажность 48% и pH в конце брожения 5,85, при 15-минутной длительности прогрева значительно возрастала по мере повышения температуры прогрева с 50 до 80 °С.

Даже после прогрева при 90 °С атакуемость белков теста папаином хотя и была несколько ниже, чем после прогрева при 80 °С, но все же почти в 7 раз выше атакуемости белков непрогревавшегося теста.

Изучалось и влияние длительности выпечки тестовых заготовок из пшеничной и ржаной обойной муки на атакуемость белка выпеченного хлеба препаратами таких протеолитических ферментов, как пепсин и трипсин.

Было установлено, что атакуемость белков теста этими ферментами возрастала в ВТЗ и тем в большей степени, чем длительнее была выпечка.

В ряде работ было показано, что количество водорастворимых азотсодержащих веществ в результате выпечки существенно (на 50-70%) снижается по сравнению с их количеством в тесте перед выпечкой.

Потемнение мякиша ржаного хлеба по сравнению с цветом ржаного теста в основном вызвано действием полифенолоксидазы (тирозипазы) на тирозин. При длительной выпечке ржаного хлеба цвет его мякиша становится темнее. Возможно, что это в какой-то мере обусловлено и образованием меланоидинов —продуктов взаимодействия непосредственно восстанавливающих сахаров теста с продуктами распада белков.

Биохимические процессы, происходящие при выпечке хлеба в его корке, также весьма существенно влияют на качество хлеба. В корке содержится значительно больше водорастворимых веществ и декстринов.

Следует, однако, отметить, что ферментативный гидролиз не играет в этом ведущей роли.

Корка и поверхностные слои ВТЗ, из которых она образуется, прогреваются очень быстро, в связи с чем и ферменты инактивируются очень скоро.

Накопление декстринов и вообще водорастворимых веществ в корке ВТЗ в значительной мере объясняется термическим изменением крахмала и, в частности, его термической декстринизацией (температура поверхности корки достигает 180 “С, а середины корки 130 °С).

Большое значение в оценке качества хлеба имеет окраска его корки. Ранее окраску корки пшеничного хлеба связывали, и не без основания, с количеством остаточных, несброженных сахаров в тесте к моменту выпечки.

Как уже отмечалось, для нормальной окраски корки пшеничного хлеба в тесте перед выпечкой должно содержаться не менее 2-3% несброженных сахаров. Чем выше сахаро- и газообразующая способность муки, тем интенсивнее окраска корки пшеничного хлеба. Поэтому пекари-практики издавна называют муку с низкой сахаро- и газообразующей способностью мукой «крепкой на жар».

Принято было считать, что продуктами, обусловливающими окраску корки пшеничного хлеба, являются коричневатоокрашенпые продукты карамелизации или первичной дегидратации остаточных, несброженных к моменту выпечки сахаров теста, Карамелизацию и дегидратацию сахаров в корке объясняли ее высокой температурой. Некоторые исследователи считают, что существенную роль в окраске корки играют также окрашенные продукты термической декстринизации крахмала и термического изменения белковых веществ корки.

Однако изучение влияния режимов сушки зерна пшеницы на его хлебопекарные свойства (Л. Я. Ауэрман, В. Л. Кретович и др.) позволило установить несостоятельность изложенных выше взглядов на природу процессов, обусловливающих окраску корки пшеничного хлеба.

Зерно пшеницы Мильтурум 553 частично (проба 11) было высушено на воздухе, а другая его часть (проба 12) сушилась на сушилке ≪Кузбасс≫ при температуре теплоносителя 150°С до влажности 11,7%. Конечная температура зерна при этом была равна 50°С. Оба образца зерна были подвергнуты размолу с выходом муки 70%.

Данные анализа этих образцов муки и результаты пробных выпечек из них, приведенные в таблице, свидетельствуют о резком изменении белково-протеиназного комплекса муки из зерна, сушившегося при высокой температуре теплоносителя (проба 12). Снизилось количество водорастворимого азота, количество сырой клейковины, ее водопоглотительная способность, расплываемость и растяжимость. Существенно отметить практически полную инактивацию протеиназ в муке из этого образца зерна. Одновременно следует отметить весьма незначительное снижение сахаро- и газообразующей способности муки в результате сушки образца зерна при высокой температуре теплоносителя. Резкое снижение объема и пористости хлеба из муки пробы 12 легко объясняется ухудшающим влиянием перегрева зерна на его белково-протеиназный комплекс и на газоудерживающую способность муки из такого зерна.

Однако необъяснимой с точки зрения изложенных выше представлений является совершенно бледная окраска корки хлеба из муки пробы 12.

Содержание сахаров в корке хлеба из муки проб 11 и 12 практически одинаково, хотя корка в одном случае нормально окрашена, а в другом — совершенно бледная.

Из этого следует, что окраска корки пшеничного хлеба обусловливается не окрашенными продуктами термической карамелизации и первичной дегидратации сахаров, а окрашенными продуктами другой природы.

Участие остаточных сахаров теста в образовании этих продуктов несомненно, поскольку во всех случаях их недостаточности корка хлеба бледно окрашена.

Исходя из работ В. Л. Кретовича и сотрудников в области химизма процесса меланоидинообразования и выявления роли меланоидинов в образовании цвета и аромата красного ржаного солода и хлеба, а также из факта отсутствия активной протеиназы в пробе муки 12, было высказано предположение, что окраска корки хлеба обусловлена продуктами взаимодействия при образовании корки остаточных восстанавливающих сахаров теста и продуктов гидролитического распада белков (аминокислот, полипептидов и пептонов).

С этой точки зрения хорошо объясняется получение из пробы муки 12 хлеба с совершенно бледной коркой, несмотря на достаточное содержание в тесте и корке хлеба остаточных сахаров. Отсутствие в этой муке активной протеиназы приводит к отсутствию в тесте и продуктов протеолиза, которые могли бы в результате реакции с сахарами привести к образованию темноокрашенных меланоидинов, обусловливающих окраску корки хлеба.

Для экспериментального подтверждения правильности этого нового представления были проведены дополнительные опыты, заключавшиеся в выпечке из этой же муки (пробы 12) хлебцев с добавлением в тесто различных сахаров и аминокислоты глицина. Интенсивность окраски корки этих хлебцев оценивалась по пятибалльной шкале. Результаты опытов приведены в следующей таблице:

Данные таблицы подтверждают необоснованность прежних представлений о том, что решающая роль в образовании корки хлеба принадлежит продуктам термического изменения сахаров и крахмала. Дополнительное добавление 2% мальтозы и сахарозы почти не сказалось на окраске корки. Весьма незначительно, хотя и более заметно, сказалось и добавление 2% фруктозы.

При добавлении же глицина корка хлеба окрасилась нормально. Одновременное добавление глицина и мальтозы (или фруктозы или сахарозы) дополнительно увеличило интенсивность окраски корки.

Хотя сахароза не образует с аминокислотами меланоидинов, окрашивание корки хлеба при одновременном добавлении ее с глицином легко объяснимо. Сахароза в тесте под действием сахарозы (β-фруктофуранозидазы) дрожжей инвертируется, а образующиеся при этом глюкоза и фруктоза могут участвовать в меланоидинообразовании.

Исходя из изложенного, можно считать, что интенсивность окраски корки пшеничного хлеба в основном обусловлена образованием в ней темноокрашенных продуктов окислительно-восстановительного взаимодействия остаточных, несброженных восстанавливающих сахаров теста и содержащихся в тесте продуктов протеолиза белков, т. е. меланоидинов.

Роль меланоидинообразования в окраске корки хлеба была подтверждена и в других работах. Реакцию меланоидинообразоваиия при взаимодействии аминокислот и восстанавливающих сахаров впервые еще в 1912 г. описал французский исследователь Майяр (Maillard L.), поэтому в специальной литературе ее часто именуют реакцией Майяра.

Образование меланоидинов представляет собой сложный окислительно-восстановительный процесс взаимодействия азотсодержащих веществ (преимущественно продуктов гидролиза белка, содержащих свободные аминные группы) с непосредственно восстанавливающими сахарами.

Этот процесс протекает с образованием ряда промежуточных продуктов, в том числе альдегидов, соответствующих аминокислотам, вступившим во взаимодействие, а также и фурфурола и оксиметилфурфурола.

Альдегидам, образующимся при выпечке в корке хлеба в процессе меланоидинообразования, принадлежит существенная роль в качестве летучих веществ, от которых в значительной степени зависит аромат хлеба. Меланоидины также играют роль не только в окрашивании корки, но и во вкусе и аромате хлеба.

Процесс меланоидинообразования при повышенных температурах протекает значительно быстрее. Поэтому именно корка и является при выпечке тем слоем ВТЗ, в котором происходит процесс образования меланоидинов, а также карбонильных соединений, главным образом альдегидов, являющихся промежуточными продуктами.

Значительно более высокое содержание ароматообразующих карбонильных соединений в корке хлеба по сравнению с их содержанием в мякише убедительно показано в ряде работ.

Установлено также, что часть ароматообразующих веществ, образовавшихся в корке при выпечке и после ее завершения, мигрирует в прилегающие к корке слои мякиша. В мякише хлеба из ржаной обойной муки процесс меланоидинообразования, обусловливающий придание ему буровато-коричневой окраски и соответствующего вкуса и аромата, начинает играть заметную роль лишь при длительной выпечке хлеба большой массы.

Еще большую роль меланоидинообразование играет во всей массе ВТЗ из ржаной муки (шрота), подвергаемой многочасовой (в течение 12-24 ч) выпечке при низкой температуре в пекарной (или паровой) камере. Получаемый при этом продукт имеет темно-бурую окраску и специфический ≪солодовый≫ вкус и аромат, присущий хлебу с высокой добавкой красного ржаного солода. Такой хлеб, нарезанный на тонкие ломти и завернутый в специальную обертку, известен в ряде европейских  стран под наименованием пумперникель. В нашем ассортименте хлебных изделий аналогичный продукт вырабатывается под наименованием хлеб московский любительский в целлофане.

Рассматривая биохимические процессы, происходящие при выпечке ВТЗ, следует отметить и изменения, происходящие в содержании в белках хлеба отдельных аминокислот.

В. Л. Кретовичем и А. Н. Пономаревой (1961) было изучено изменение при выпечке пшеничного и ржаного хлеба содержания в нем свободных аминокислот (аспарагиновой, глутаминовой, серина, глицина, треонина, аланина, аминомасляной, валина, лейцина+изолейцина, фенилаланина, метионина и глутамина).

Было доказано, что содержание в тесте свободных аминокислот (кроме серина) по сравнению с их содержанием в муке значительно возрастает.

Содержание свободных аминокислот в мякише или снижалось незначительно (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) или несколько возрастало по сравнению с их содержанием в тесте.

Содержание же всех определявшихся свободных аминокислот в корке хлеба резко снижалось. Суммарное содержание 12 определявшихся свободных аминокислот в корке хлеба было примерно в 2 раза ниже, чем в тесте перед выпечкой.

Было установлено, что чем выше содержание в тесте восстанавливающих сахаров, тем больше снижается содержание в корке свободных аминокислот. Этим подтверждается, что в корке хлеба содержание свободных аминокислот снижается вследствие расходования части их на процесс меланоидинообразования.

Было установлено, что в результате выпечки содержание лизина в белках хлеба существенно снижается, особенно в корке хлеба.

Е. Баум изучал (1968) кинетику снижения содержания лизина в хлебе при умышленно продленном процессе выпечки хлеба. Им было установлено, что основные потери в содержании лизина происходят в периоде выпечки, минимально необходимом для получения полностью выпеченного хлеба. При дальнейшей выпечке эти потери были уже значительно меньшими. Автор работы считает, что в целях улучшения качества хлеба выпечку его целесообразно удлинять на 5-10 мин против минимально необходимого времени, поскольку это уже не вызывает существенного снижения биологической ценности белков хлеба.