Сахарообразующая и газообразующая способность муки

При спиртовом брожении, вызываемом в тесте дрожжами, сбраживаются содержащиеся в нем сахариды. При этом молекула простейшего сахара гексозы (глюкозы или фруктозы) зимазным комплексом ферментов дрожжевой клетки разлагается с образованием двух молекул этилового спирта и двух молекул СО₂ — диоксида углерода. Таким образом, по количеству СО₂, выделяющегося при брожении теста, можно судить об интенсивности спиртового брожения. Поэтому газообраэующая способность муки характеризуется количеством СО2, выделившегося за установленный период времени при брожении теста, замешенного из определенных количеств данной муки, воды и дрожжей

Факторы, обусловливающие газообразующую способность муки

Газообразующая способность муки обусловливается содержанием в ней собственных сахаров и ее сахарообразующей способностью. Сахарообразующая способность муки связана с действием содержащихся в ней амилолитических ферментов на крахмал, в результате гидролиза которого в тесте образуются сахара (мальтоза и др.). Сахарообразующая способность муки зависит поэтому от содержания в муке амилолитических ферментов и податливости крахмала их действию. Таким образом, газообразующая способность муки обусловливается в основном ее углеводно-амилазным комплексом.

Собственные сахара муки.

Установлено, что распределение сахаров в зерне неравномерно. Содержание сахаров в центральной части (эндосперме) зерна значительно ниже, чем в зародыше, оболочках

и алейроновом слое с прилегающими к нему внешними слоями эндосперма. В связи с этим чем меньше выход данного сорта муки, тем ниже в ней содержание частичек периферических слоев зерна, тем относительно ниже содержание в муке сахаров.

Проведенные исследования позволяют полагать, что содержание отдельных сахаров в нормальном зерне пшеницы и в муке из нее лежит в следующих пределах (в % на сухое вещество): глюкоза 0,01-0,05, фруктоза 0,015-0,05, мальтоза 0,005-0,05, сахароза 0,1-0,55.

Помимо этих сахаров в зерне пшеницы и пшеничной муке установлено содержание раффинозы, мелибиозы и глюкофруктозана (левозина). Общее содержание этих сахаридов колеблется примерно от 0,5 до 1,1% на сухое вещество.

В отношении мелибиозы некоторые исследователи, производившие проверку идентичности отдельных сахаров кристаллизацией, полагают, что то, что хроматографически выделяется как мелибиоза, является глюкофруктозаном.

Исследования содержания отдельных сахаров в зародыше и щитке зародыша зерна подтверждают высокое общее содержание в них сахаров (12-28%), а также то, что более половины из них падает на сахарозу и около 40% на раффинозу. Таким образом, общее содержание в пшеничной муке сбраживаемых дрожжами сахаров в зависимости от состава зерна и выхода муки может колебаться в пределах 0,7 —1,8% на сухое вещество.

Количество сахаров в зерне и муке, главным образом количество мальтозы, может существенно возрастать при прорастании зерна.

Сахарообразующая способность муки.

Под сахарообразующей способностью муки понимают способность приготовленной из нее водно-мучной смеси образовывать при установленной температуре и за определенный период времени то или иное количество мальтозы.

Сахарообразующая способность муки обусловливается действием амилолитических ферментов муки (в указанных выше условиях) на ее крахмал и зависит как от количества амилолитических ферментов (α- и β-амилазы), так и от размеров, характера и состояния частиц муки и крахмальных зерен в этих частицах.

Показателем сахарообразующей способности муки, определяемой по методу Рамзей-ВНИИЗ, считают количество миллиграммов мальтозы в водно-мучной суспензии из 10 г муки и 50 мл воды после одного часа ее настаивания при 27 °С. Естественно, что при этом определяются как мальтоза, образовавшаяся в процессе часового автолиза водно-мучной суспензии в результате действия амилолитических ферментов муки на ее крахмал, так и содержавшиеся в муке собственные непосредственно редуцирующие сахара (мальтоза, глюкоза и фруктоза).

Для точной характеристики истинной сахарообразующей способности муки следовало бы в отдельной навеске 10 г муки определить содержание собственных, непосредственно редуцирующих сахаров и их количество, выраженное в миллиграммах мальтозы, вычесть по указанному выше способу из определенной величины показателя сахарообразуюшей способности муки.

В нормальном непроросшем зерне пшеницы практически содержится только β-амилаза. В проросшем же зерне пшеницы наряду с β-амилазой содержится и активная α-амилаза. Общепризнано, что β-амилаза при действии на крахмал образует главным образом мальтозу и наряду с ней значительно меньшее количество высокомолекулярных декстринов, в то время как α-амилаза образует в качестве основного продукта гидролиза крахмала декстрины меньшей молекулярной массы и незначительное количество мальтозы.

Хроматографическое исследование сахаров, образующихся при амилолизе крахмала, несколько уточняет этот вопрос. Подтверждено, что β-амилаза действительно образует из сахаров только мальтозу. В то же время показано, что α-амилаза, помимо декстринов и мальтозы, образует известные количества глюкозы и некоторых других внзкомолекулярных сахаридов (амилотриозы, амилотетраозы и амилопентаозы).

В проросшем зерне и получаемом из него солоде одновременно присутствуют и β-, и α-амилазы. При совместном действии этих амилаз на крахмал в числе сахаров, получаемых в качестве продуктов амилолиза, наряду с мальтозой получаются небольшие количества глюкозы и амилотриозы (сахарида из трех остатков глюкозы, соединенных а-1,4-глюкозидными связями).

Следует отметить, что совместное действие обеих амилаз обеспечивает наибольшее осахаривание крахмала.

α- и β-амилазы различаются по своему отношению к температуре и реакции среды, α-амилаза по сравнению с β-амилазой имеет оптимум действия и инактивируется при более высокой температуре. В то же время β-амилаза более стойка к повышению кислотности среды. Реакция среды существенно влияет на термостойкость амилаз. Чем выше кислотность среды, тем ниже температура инактивации амилаз. При этом особенно резко снижается температура инактивации а-амилазы. Оптимальная для действия амилаз реакция среды в свою очередь неодинакова при различной температуре действия амилаз в данной среде.

Исследователями установлено, что температура оптимума действия и инактивации амилаз в объектах хлебопекарного производства зависит также от характера и концентрации субстрата, на который действуют амилазы. Чем выше влажность реакционной среды и чем ниже в этой среде концентрация субстрата, на который действуют амилазы, тем ниже температура оптимума действия и инактивация амилаз. На температуру инактивации амилаз влияют условия, скорость и

длительность прогрева продукта, в котором происходит амилолиз.

Из сказанного следует, что, приводя температуры оптимума действия и инактивации β- и α-амилаз, необходимо указывать, к какому объекту и к каким условиям относятся данные.

Установлено, что в тесте из пшеничной муки I сорта, приготовленном на прессованных дрожжах (pH 5,9), оптимальной температурой для действия р-амилазы является 62-64 “С, для α-амилазы 70-74 °С.

Полная инактивация β-амилазы при этом происходила при 82-84 °С. α-амилаза в этих условиях способна сохранять известную активность при температуре, достигающей 97-98 °С. Даже в хлебе, выпеченном из этого теста, α-амилаза в центре мякиша сохраняла известную активность.

Дополнительно установлено, что температура инактивации β-амилазы при выпечке пшеничного хлеба весьма существенно зависит от скорости длительности прогрева отдельных участков мякиша хлеба.

Было также показано, что в заварках из пшеничной муки температура оптимума действия и инактивации β-амилазы снижалась при увеличении количества воды в заварке.

Существенно влияние фактора кислотности среды на температуру инактивации β- и α-амилазы. β-Амилаза в процессе выпечки ржаного хлеба инактивировалась полностью: при кислотности теста 10-11,4 град (pH от 43 до 4,6) и температуре 60 °С, а при кислотности теста 4,6-6,3 град (pH от 4,7 до 4,9) — при температуре 73- 78 ^оС.

α-Амилаза была полностью инактивирована при кислотности теста 10,6-11,6 град (pH 4,3) и температуре 71 ^оС. Когда кислотность теста была равна 4,4 град (pH 4,9), α-амилаза в центре мякиша хлеба сохраняла активность до конца выпечки хлеба, т. е. до температуры, превышающей 96 ^оС.

Как уже указывалось, в нормальном непроросшем зерне пшеницы содержится в свободном и активном состоянии только β-амилаза, которой в муке из зерна пшеницы более чем достаточно. Поэтому сахарообразующая способность пшеничной муки из нормального непроросшего зерна обычно обусловливается не количеством в ней β-амилазы, а доступностью и податливостью субстрата, на который она действует, т. е. крахмала муки. Податливость субстрата действию фермента академик А. И. Опарин весьма удачно и образно назвал его «атакуемостью».

Атакуемость крахмала муки зависит в основном от размеров частиц муки, размеров крахмальных зерен и степени их механического повреждения при размоле зерна, т. с. от удельной свободной поверхности зерен и частиц зерен крахмала, на которую может действовать β-амилаза. Чем мельче частицы муки и зерна крахмала, чем больше эти зерна разрушены или повреждены, тем больше атакуемость этого субстрата β-амилазой.

Еще в 1938 г. было установлено (Институт биохимии АН ССС Р, И. В. Глазунов и др.), что при действии β-амилазы в сравнимых условиях на разные крахмальные субстраты и различные по крупности частицы пшеничного крахмала образуется различное количество мальтозы. Результаты этих исследований показаны ниже.

Как видно из приведенных выше данных, (β-амилаза при действии на декстрин образует мальтозы в 335 раз больше, чем при действии на пшеничный крахмал. Еще больше мальтозы образуется при действии |β-амилазы на крахмальный клейстер. Значение крупности частиц крахмала и их дополнительного разрушения и измельчения хорошо видно из данных, приведенных в таблице справа.

Физико-химические свойства зерен крахмала пшеницы и пшеничной муки исследованы и по другим показателям их свойств. Установлено, что соотношение амилозы и амилопектина в пшеничном крахмале (25 и 75 %) колеблется в сравнительно узких пределах и практически не сказывается на хлебопекарных свойствах пшеничной муки. Степень механического повреждения зерен крахмала при помолах пшеницы может существенно различаться и влиять на хлебопекарные

свойства муки. С этой точки зрения оптимальна пшеничная мука с относительно невысокой степенью повреждения зерен крахмала. Высокая степень их повреждения уже отрицательно сказывается на технологических свойствах муки.

Размеры зерен крахмала в пшеничной муке различны. Доля мелких зерен крахмала (размером менее 7,5 мкм) по их числу равна 81,2%, а по массе — 4,1%; средних (размером 7,5-15 мкм) зерен крахмала по их числу — 6,0%, а по массе — 2,9%; крупных же (размером 15-30 мкм) зерен крахмала соответственно — 12,8 и 93%.

Мелкие зерна крахмала отличаются по ряду их свойств. У них заметно выше такие показатели, как кристалличность и плотность, температура начала и завершения процесса клейстеризации; водосвязывающая способность и атакуемость амилолитическими ферментами. Несколько выше в мелких зернах крахмала доля амилопектина.

В тоже время растворимость и набухаемость мелких крахмальных зерен ниже, чем крупных.

На рисунке 2 представлен график, иллюстрирующий эффект добавления α- и β-амилазы к пшеничной муке, сахарообразующая способность которой равна 245 мг мальтозы на 10 г муки.

Как видно из графика, добавление β-амилазы весьма незначительно увеличивает сахарообразующую способность муки, что свидетельствует об избыточном количестве ее в самой муке. Добавление α-амилазы в этих же количествах в несколько раз увеличивало сахарообразующую способность муки, возраставшую пропорционально количеству препарата фермента. Это объясняется тем, что а-амилаза разлагает крахмал в основном на низкомолекулярные декстрины, очень легко переводимые избыточным количеством β-амилазы муки в мальтозу. Именно поэтому мука из проросшего зерна характеризуется не только повышенным содержанием активной α-амилазы, но и резко повышенной сахарообразующей способностью.

Установлено, что активность амилаз зависит от многих факторов, в том числе от содержания в их молекуле отдельных веществ и групп соединений (см. И. М. Грачева, А. 10- Кривова «Технология ферментных препаратов», М., 2001 г.). Активность α-амилазы обусловливается в известной мере и ее первичными аминными группами.

Сахарообразующая способность муки косвенно зависит в известной мере и от белково-протеиназного комплекса муки.

Усиление протеолиза в тесте (добавлением протеиназ или их активаторов) вызывает и некоторое увеличение сахарообразования. Это может быть объяснено как бы высвобождением из белка (в результате протеолиза) части связанных им амилаз и крахмального субстрата, на который они действуют.

 

Суммируя изложенное, следует сказать, что сахарообразующая способность муки из нормального непроросшего зерна пшеницы ввиду избыточного содержания β-амилазы в основном обусловливается атакуемостью ее крахмала. Чем мельче частицы муки и зерна крахмала и чем в большей мере они повреждены при размоле зерна, тем выше сахарообразующая способность муки.

В муке же из проросшего зерна пшеницы дополнительное и почти решающее значение имеет содержание активной α-амилазы.

Собственные сахара и сахарообразующая способность муки как факторы, обусловливающие газообразование при брожении теста.

Многочисленными исследованиями показано, что в газообразовании, происходящем при брожении теста, участвуют как собственные сахара муки, так и сахара, образующиеся в тесте в результате амилолиза крахмала. Однако собственные сахара муки играют существенную роль только в самом начале брожения теста. Успех же технологического процесса приготовления хлеба обусловливается газообразованием в конце брожения теста, во время расстойки и в начальной фазе выпечки.

Таким образом, газообразующая способность муки, хотя и зависит в известной мере от содержания в ней собственных сахаров, в основном все же определяется сахарообразующей способностью муки

 

Определение газообразующей способности муки

 

Показателем газообразующей способности муки принято считать количество миллилитров СО₂, выделившегося за 5 ч брожения теста из 100 г исследуемой муки, 60 мл воды и 10 г прессованных дрожжей. При таком избыточном количестве дрожжей устраняется влияние возможных колебаний в их бродильной активности. В результате этого газообразование в тесте из исследуемой муки практически зависит только от содержания в тесте сбраживаемых дрожжами сахаров. Целесообразно при проведении определения фиксировать и количество газа, выделившегося после каждого часа брожения, что дает возможность судить и о кинетике газообразования.

Следует иметь в виду, что для целей текущего производственного контроля, нет необходимости определять газообразование в тесте из 100 г муки. Целесообразно применение уменьшенной аппаратуры, рассчитанной па порцию теста из 10-25 г муки. Экономится не только мука, но и место, занимаемое в лаборатории аппаратурой. Однако в этом случае результаты определения необходимо пересчитывать в величины, которые получались бы при проведении определения газообразующей способности муки в тесте из 100 г муки.

В разных странах для определения газообразующей способности муки применяются различные приборы, которые могут быть отнесены к двум группам: приборы, измеряющие количество выделившегося углекислого газа (диоксида углерода) волюмометрически, по его объему, и приборы, в которых количество выделившегося газа определяется манометрически, по создаваемому газом давлению.

В практике лабораторий нашей хлебопекарной промышленности обычно применяют приборы, определяющие объем газа, выделяющегося при брожении. Эти приборы и методики определения газообразующей способности муки описаны в лабораторном практикуме и руководствах по технохимическому контролю хлебопекарного производства.

 

Технологическое значение газообразующей способности муки

Газообразующая способность муки имеет большое технологическое значение при выработке хлеба или хлебных изделий, рецептура которых не предусматривает внесения сахара в тесто.

Зная газообразующую способность перерабатываемой муки, можно предвидеть интенсивность брожения теста из этой муки на производстве, ход расстойки и с учетом количества и качества клейковины в муке — разрыхленность и объем хлеба.

Газообразующая способность муки влияет и на окраску корки пшеничного хлеба.

В тесте из муки с низкой газообразующей способностью сахара будут сброжены в первые часы его брожения. Недостаточная газообразующая способность муки не обеспечит в конце брожения теста такого содержания в нем сахаров, которое было бы достаточно для нормального брожения теста при расстойке и в первый период нахождения выпекаемой тестовой заготовки в печи. Хлеб из такого теста будет пониженного объема и плохо разрыхлен.

Цвет корки пшеничного хлеба также в значительной мере обусловлен количеством оставшихся в тесте несброженных сахаров. При прогреве поверхностного слоя выпекаемой тестовой заготовки, образующего корку, несброженные сахара вступают во взаимодействие с продуктами распада белка и образуют буроватоокрашенные вещества — меланоидины, которые придают корке хлеба специфическую золотисто-буроватую окраску, ценимую потребителем.

Производственным опытом и экспериментами было установлено, что для получения хлеба с нормально окрашенной коркой необходимо, чтобы количество остаточных, не сброженных к моменту выпечки сахаров в тесте было не менее 2-3% на сухое вещество. При более низком содержании остаточных сахаров в тесте хлеб из него получается с бледно- окрашенной коркой, даже в случае более длительной выпечки или выпечки при более высокой температуре.

Поэтому практики-пекари еще издавна называют муку с низкой газообразующей способностью «крепкой на жар». Партии такой муки нередко встречаются при выпечке хлеба из пшеничной муки высшего и I сорта. Пшеничная мука II сорта и обойная, как правило, имеет достаточную газообразующую способность.

Чем выше выход муки, тем выше в ней содержание собственных сахаров и ферментативная активность, а вследствие этого и средний уровень ее газообразующей способности. Резко повышенная как газообразующая, так и сахарообразующая способность муки может быть обусловлена пророслостью зерна, из которого смолота мука. Это должны учитывать производственные лаборатории, производящие анализ муки.