Процессы, происходящие при брожении теста
Процессы, вызываемые в тесте дрожжами:
Спиртовое брожение
Как известно, зимазный комплекс ферментов дрожжей обеспечивает превращение моносахаров в спирт и углекислый газ (диоксид углерода). При этом молекула сахара гексозы превращается в две молекулы этилового спирта и две молекулы углекислого газа. Применяемые в хлебопечении дрожжи могут сбраживать все основные сахара теста — глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу.
Глюкоза и фруктоза сбраживаются непосредственно. Сахароза предварительно превращается сахарозой в глюкозу и фруктозу. В тесте с дрожжами скорость этого превращения сахарозы очень велика: уже через несколько минут после замеса теста вся содержащаяся в нем сахароза (даже при добавлении ее в тесто в количестве 7,5% от массы муки) превращается в глюкозу и фруктозу.
Молекула мальтозы также может разлагаться в тесте мальтазой дрожжей на две молекулы глюкозы. В тесте (или опаре) дрожжами могут сбраживаться: собственные сахара муки, мальтоза, образующаяся в тесте из крахмала в результате действия на него амилолитических ферментов, и сахар, вносимый в тесто (обычно сахароза).
Значение и роль в брожении теста собственных сахаров муки и мальтозы, образующейся в результате амилолиза, изучают при рассмотрении вопроса о сахаро- и газообразующей способности муки.
Напомним, что собственные сахара муки могут играть существенную роль только на первых стадиях брожения теста. При наличии в тесте глюкозы, фруктозы и мальтозы (сахароза, как уже отмечалось, очень быстро превращается в тесте в глюкозу и фруктозу), скорость и очередность сбраживания этих сахаров различны.
Сначала сбраживаются глюкоза и фруктоза. При одновременном присутствии этих сахаров скорость сбраживания глюкозы несколько больше, чем фруктозы.
Мальтоза начинает сбраживаться хлебопекарными дрожжами только после того, как все наличное количество глюкозы и фруктозы практически сброжено. Переключение дрожжей со сбраживания глюкозы и фруктозы на сбраживание мальтозы требует известной перестройки ферментного аппарата дрожжевой клетки, поэтому в этот период скорость газообразования временно снижается. После приспособления дрожжей к сбраживанию мальтозы скорость газообразования в тесте опять возрастает до тех пор, пока не начнет сказываться недостаточность мальтозы в бродильной среде.
При добавлении в тесто сахарозы, превращающейся в нем в глюкозу и фруктозу, начало сбраживания мальтозы но времени отодвигается. При достаточном количестве добавленной в тесто сахарозы мальтоза вообще практически не сбраживается дрожжами.
При опарном способе приготовления теста дрожжи уже в опаре приспосабливаются к сбраживанию мальтозы. Поэтому хотя при замесе теста на опаре в нем и появляются новые количества глюкозы и фруктозы (в том числе и за счет сахарозы), но резкого снижения сбраживания мальтозы в тесте уже не наблюдается.
Размножение дрожжей
Определение количества дрожжевых клеток в таких объектах, как опара или тесто, представляет ряд методических трудностей. Поэтому хотя разработкой методик этого определения и занимался ряд исследователей, результаты подсчетов имеют все же приближенный характер.
Можно считать установленным, что чем меньше исходное содержание дрожжей в тесте, тем в большей мере происходит их размножение.
Так, установлено, что прирост количества дрожжевых клеток в тесте за 6 ч. брожения был следующий:
Количество добавляемых дрожжей, % к массе муки | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
Прирост дрожжевых клеток, %
|
88 | 58 | 49 | 29 |
Если учесть, что при содержании дрожжей в количестве 2% длительность брожения теста намного меньше 6 ч, то можно считать, что в тесте, содержащем по отношению к массе муки более 2% дрожжей, за обычные сроки брожения размножения дрожжей практически не происходит.
Следует отметить, что в 1 г прессованных дрожжей содержится обычно около 10 млрд дрожжевых клеток (по данным отдельных исследователей — от 7,9 до 20,2 млрд).
Исходя из этого, начальное содержание дрожжевых клеток в безопарном пшеничном тесте, содержащем 60% воды, 1,5% соли и 2% прессованных дрожжей (к массе муки), будет равно примерно 120 млн на 1 г теста.
Размножение дрожжевых клеток может быть ускорено обогащением питательной среды витаминами и отдельными минеральными солями, например хлористым аммонием и сернокислым кальцием. Незначительные добавки хлорида натрия также могут стимулировать размножение дрожжей.
Изменение кислотности теста
В процессе брожения происходит увеличение кислотности опары и теста, вызванное накоплением продуктов, имеющих кислую реакцию. Титруемая кислотность опары и теста возрастает, а pH сдвигается в сторону более кислой реакции среды. Численное значение pH пшеничного теста из сортовой муки за время брожения изменяется с 6 примерно до 5.
Увеличение кислотности опары и теста в процессе брожения происходит в основном в результате образования и накопления ряда кислот. В выброженном тесте присутствуют молочная, уксусная, янтарная, яблочная, муравьиная, винная, лимонная и некоторые другие органические кислоты. При приготовлении теста на прессованных дрожжах нарастание его кислотности в результате брожения примерно на две трети обусловлено накоплением в тесте молочной кислоты. Значительную роль играет и накопление уксусной кислоты. На долю всех остальных кислот падает обычно менее 10% кислотности теста.
Принято считать, что накопление в пшеничном тесте молочной и уксусной кислот является результатом брожения, вызываемого гетероферментативными молочнокислыми бактериями.
В накоплении молочной кислоты в тесте могут играть известную роль и гомоферментативные молочнокислые бактерии. При приготовлении пшеничного теста на прессованных дрожжах эти бактерии вносятся в тесто в основном с мукой. Следует отметить, что и товарные прессованные дрожжи содержат известное количество кислотообразующих бактерий.
Напомним, что в прессованных спиртовых дрожжах содержание молочнокислых бактерий почти в 3 раза ниже, чем в прессованных дрожжах, вырабатываемых на дрожжевых заводах.
Из кислотообразующих бактерий при обычной температуре опары и теста (28-30“С) основную роль в кислотонакоплении играют нетермофильпые бактерии, имеющие температурный оптимум около 35 ‘С.
Содержащиеся также в муке термофильные молочнокислые бактерии типа бактерий Дельбрюка, имеющие температурный оптимум 48-54 ‘С, при обычной температуре опары и теста существенной роли играть не могут.
В таблице приведены примерные значения титруемой кислотности опары и пшеничного теста из муки разных сортов, приготовляемого на прессованных дрожжах.
Как видно из данных таблице, чем больше выход муки, тем выше начальная и конечная кислотность опары и теста. Объясняется это тем, что с повышением выхода муки увеличивается ее кислотность и, очевидно, количество в ней кислотообразующих бактерий.
Чем выше температура опары или теста, тем быстрее идет нарастание в них кислотности.
Мука, сорт | Кислотность опары, град | Кислотность теста, град | ||
начальная | конечная | начальная | конечная | |
I | 1,5-2,0 | 2,5-3,2 | 2,0-2,5 | 3,0-3,5 |
II | 2,8-3,2 | 4,5-5,0 | 3,0-3,7 | 4,5-5,0 |
Обойная | 3,5-4,0 | 5,5-6,0 | 4.5-5,0 | 5,5-6,5 |
Изменение кислотности пшеничного теста во время его брожения имеет большое значение. Процессы набухания и пептизации белковых веществ теста ускоряются при повышении его кислотности. Кислотность теста влияет и на действие в нем ферментов.
Вкус и аромат хлеба в значительной мере обусловлены накоплением в тесте кислот и продуктов их взаимодействия с некоторыми другими составными веществами теста, например спиртами.
Не случайно поэтому конечная кислотность опары или теста принимается за один из показателей их готовности или степени зрелости, а кислотность хлеба является одним из показателей его качества, включенных в стандарт на хлеб.
С точки зрения вкуса хлеба важны не только количество, по и состав кислот теста. Молочная кислота придает хлебу приятный вкус, свойственный пшеничному хлебу; уксусная же и другие летучие кислоты придают хлебу резко выраженный кислый вкус.
Коллоидные и физические процессы
Коллоидные процессы, происходящие при замесе и образовании теста, не завершаются к моменту окончания замеса, а продолжаются и во время последующего брожения теста. Пожалуй, только адсорбционное связывание влаги белками, крахмалом и отрубистыми частицами муки можно считать в основном завершенным при замесе теста. Однако и этот процесс в известной мере продолжается при брожении теста.
Уменьшение плотности структуры белков теста, происходящее в результате как осмотических процессов набухания, так и дезагрегации белков протеиназой, увеличивает площадь их поверхности, которая может участвовать в адсорбционном связывании влаги.
При брожении теста продолжают интенсивно развиваться процессы набухания коллоидов, в том числе неограниченное набухание и пептизация белков теста и слизей муки.
Постепенное повышение кислотности и накопление спирта в тесте способствуют увеличению гидрофильности коллоидов теста.
Ограниченное набухание белков теста, продолжающееся при его брожении, уменьшает в нем количество жидкой фазы, улучшая тем самым его реологические свойства. Неограниченное набухание и пептизация, наоборот, увеличивают переход веществ в жидкую фазу теста, ухудшая его реологические свойства.
В тесте из муки различной силы эти процессы происходят с разной скоростью. Процессы набухания в тесте из сильной муки протекают замедленно, достигая максимума только к концу брожения теста. Неограниченное набухание и пептизация белков при этом незначительны.
В тесте из слабой муки ограниченное набухание белков протекает относительно быстро. После достижения максимума ограниченного набухания вследствие малой структурной прочности белка, ослабляемой также интенсивным протеолизом, начинается процесс неограниченного набухания, переходящий в процесс пептизации. Поэтому в тесте из слабой муки количество жидкой фазы быстро увеличивается, что ведет к ухудшению реологических свойств теста, к его разжижению.
Механическое воздействие на тесто во время брожения, осуществляемое в виде обминки, способствует ускорению набухания белков теста из сильной муки и поэтому улучшает его реологические свойства. Интенсивная обминка теста из очень слабой муки приводит к дополнительному ускорению разрушения и без того ослабленной структуры набухших белков теста и поэтому — к дополнительному ускорению их пептизации, вызывающему ухудшение структурно-механических свойств теста.
В процессе брожения теста (или опары) происходит увеличение его объема, вызванное разрыхлением пузырьками диоксида углерода, накапливающегося в результате спиртового брожения. Само по себе это разрыхление кажется бесполезным, так как основная часть диоксида углерода будет вытеснена из теста при обминке, последующем делении на куски и формовании, однако известную пользу оно все же дает. Вследствие увеличения теста в объеме при его брожении происходит дальнейшее как бы вытягивание и растягивание клейковинных пленок из набухших частиц муки. Последующее слипание этих пленок при обминке теста и механических операциях его разделки обеспечивает создание в тесте структурного губчатого белкового каркаса, обусловливающего формо- и газоудерживающую способность теста в решающих стадиях технологического процесса — при окончательной расстойке и выпечке. В результате этого мякиш хлеба приобретает мелкую, тонкостенную и равномерную пористость, характерную для хорошего пшеничного хлеба.
Температура теста (и опары) в процессе брожения обычно увеличивается на 1-2 “С по сравнению с начальной температурой теста сразу после замеса. Обусловлено это экзотермичностью процесса брожения и некоторым, очевидно незначительным, адсорбционным связыванием влаги, продолжающимся при брожении теста.
Биохимические процессы
Процессы спиртового и кислотного (в основном молочнокислого) брожения теста представляют собой целую цепь сложных биохимических процессов, обусловленных взаимодействием комплекса ферментов дрожжей и кислотообразующих бактерий теста и ферментов муки. При этом из теста в клетки дрожжей и кислотообразующих бактерий поступают растворимые продукты, необходимые для их жизнедеятельности (брожения, дыхания, размножения), а из клеток в тесто выделяются основные и побочные продукты брожения.
Наряду с этим вещества, входящие в состав теста, испытывают комплекс превращений, обусловленных действием ферментов муки и продуктов, выделяемых дрожжами и кислотообразующими бактериями теста. В результате этого состав и свойства теста непрерывно изменяются.
Нельзя не отметить, что все многообразие комплексных биохимических процессов, происходящих а тесте при брожении, изучено еще недостаточно. Поэтому экспериментально обоснованно можно говорить лишь об отдельных изменениях биохимической природы, наблюдаемых при брожении теста.
Угдеводно-амилазный комплекс теста в процессе брожения непрерывно изменяется. Собственные сахара муки довольно быстро сбраживаются дрожжами. В это же время из крахмала муки под действием ее амилаз (в муке из непроросшего зерна — практически только под действием β-амилазы) непрерывно образуется мальтоза.
Таким образом, происходит непрерывное потребление сахаров на процесс брожения и одновременно непрерывное пополнение их количества мальтозой, образующейся в результате амилолиза крахмала. В зависимости от соотношения интенсивности этих двух процессов может происходить либо уменьшение, либо увеличение общего количества сахаров в тесте в процессе его брожения.
Выше уже отмечалось, что мальтоза, содержащаяся в тесте, начинает сбраживаться только после того, как сахароза, глюкоза и фруктоза будут сброжены. Сахароза в бродящем тесте в первые же минуты практически полностью превращается сахаразой в глюкозу и фруктозу. К концу брожения тесто должно содержать количество сбраживаемых сахаров, достаточное для интенсивного брожения в тестовых заготовках при их расстойке и для нормальной окраски корки пшеничного хлеба.
Следует отметить, что высокомолекулярные пентозаны муки в тесте в значительной степени подвергаются гидролизу под действием соответствующих ферментов.
Белки теста при его брожении претерпевают не только изменения коллоидного состояния (набухание, пептизация), но и подвергаются протеолизу.
Неоднократно отмечалось, что протеолиз в бродящем тесте, замешенном с дрожжами, происходит интенсивнее, чем в тесте без дрожжей. Часто это объясняется тем, что дрожжи содержат значительное количество глютатиона, способного в восстановленной форме активизировать действие протеиназы муки.
С этой точки зрения важно содержание в дрожжах не общего количества глютатиона, а глютатиона, способного переходить из дрожжевых клеток в окружающую их среду, т. е. в тесто. Количество такого глютатиона в прессованных дрожжах возрастает но мере их хранения, особенно в неблагоприятных условиях. Поэтому протеолиз в тесте может быть активирован частично и вследствие перехода в него известного количества глютатиона дрожжей.
Однако протеолиз в бродящем тесте активируется и дрожжами, не выделяющими глютатион. Это можно, но-видимому, объяснить тем, что внесение в тесто дрожжей сдвигает его окислительно-восстановительный потенциал в направлении усиления восстановительных свойств. Восстановительное же действие влияет на все элементы белково-протеиназного комплекса муки в тесте: протеиназа активируется, окисленная часть активаторов протеолиза восстанавливается и атакуемость белков повышается.
Протеолиз, происходящий в пшеничном тесте, в основном важен не по образованию весьма незначительного количества продуктов глубокого распада белка, а по его дезагрегирующему белки действию. Ошибочно считать, что любая степень протеолиза в тесте из муки любой силы вредна. Например, в тесте из сильной муки известная степень протеолиза даже необходима для достижения им реологических свойств, оптимальных для получения хлеба лучшего качества.
Окраска корки хлеба обусловливается меланоидинами, образующимися в результате взаимодействия восстанавливающих сахаров с продуктами протеолитическою распада белков. Поэтому и с этой точки зрения известная степень протеолиза в тесте необходима.
Протеолиз в пшеничном тесте необходим и для приведения набухших белков теста в состояние, оптимальное для получения хлеба с наилучшей структурой пористости. Однако интенсивность протеолиза в тесте не должна превышать оптимума, зависящего от силы муки и ряда других факторов. Чрезмерно интенсивный протеолиз, обычно наблюдаемый в тссте из очень слабой муки, дезагрегируя в значительной мере структурно непрочные белки такой муки, приводит к резкому увеличению неограниченного набухания и пептизации белков теста. В результате несоразмерно увеличивается, жидкая фаза теста. По консистенции тесто получается малопригодным для механической обработки на округлительных и закаточных машинах. При расстойке и выпечке такое тесто сильно расплывается, давая хлеб недостаточного объема и недопустимо расплывшийся.
В связи с этим протеолиз в тесте из слабой и даже средней по силе муки целесообразно задерживать. Наиболее эффективным методом торможения протеолиза при брожении теста может быть применение улучшителей окислительного действия.
Известное торможение протеолиза в опаре и тесте вызывает и поваренная соль.
За последние годы был проведен ряд исследований, имеющих целью изучить изменения, происходящие в опарах и тесте при их брожении, в том числе и роль протеолиза в качестве одного из факторов, вызывающих эти изменения.
В некоторых из этих работ роль протеолиза изучалась в водно-мучных суспензиях, не подвергавшихся брожению. Результаты этих опытов, естественно, не могут отразить значительно более сложных условий, в которых протеолиз происходит в тесте при брожении.
Исходя из результатов исследований, можно прийти к заключению, что первичным и основным результатом протеолиза в тесте является дезагрегирующее действие протеиназы па белки. При этом изменяется в основном четвертичная и третичная структура белка. Разукрупнение межмолекулярных образований, изменение и ослабление третичной структуры белка в его молекулах облегчает и ускоряет набухание белка и увеличивает долю белка в результате пептизации переходящего в жидкую фазу теста. Это приводит к соответствующему изменению реологических свойств белкового каркаса теста и самого теста. Свойства теста ухудшаются, оно разжижается в процессе брожения.
В начале изучения протеолиза в тесте пытались характеризовать его по накоплению конечных продуктов гидролиза белка — свободных аминокислот — путем определения химическими методами прироста аминного или карбоксильного азота. Однако изменения численных значений этих показателен при протеолизе теста были очень невелики. Поэтому в последующем стали характеризовать протеолиз по приросту водорастворимого азота, в большей степени отражающего интенсивность этого процесса.
Однако и этот показатель недостаточно отражает дезагрегирующее белок действие протеиназы в реальном тесте.
Исследования последних лет показали, что по содержанию водорастворимого азота в тесте (или опаре) к концу брожения нельзя судить о действительном количестве водорастворимых азотистых соединений, образовавшихся в тесте. Эти соединения в бродящем тесте не только образуются, но и непрерывно расходуются — потребляются бродильными микроорганизмами.
В связи с этим при изучении протеолиза в бродящем тесте по изменению содержания водорастворимого азота нужно идти сложным путем определения баланса (и «прихода» и «расхода») этой формы азотистых соединений. Но и в этом случае показатель содержания водорастворимых азотистых веществ не может в достаточной мере характеризовать изменения белков теста при его брожении.
Установлено, что при брожении теста часть водонерастворимых клейковинных белков может быть пептизирована, но находиться в состоянии, в котором оно практически не будет еще сказываться на значении показателя содержания водорастворимых азотистых веществ, определяемых принятыми для этого методами. Поэтому в последние годы для изучения изменений белков теста при его брожении стали применять отмывание из готового теста клейковины с определением количества сырой и сухой клейковины и ее свойств. Эти показатели позволяют лишь в известной мере судить об изменениях белка, которые произошли при брожении теста.
Очевидно, вопрос об изменениях клейковины и ее свойств в процессе брожения теста требует еще дальнейшего исследования, прежде чем характер и степень этих изменений можно будет принять в качестве объективных показателей для контроля готовности (степени зрелости) теста.