Факторы, обуславливающие 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 глюкофруктозаиа (левозина). Общее содержание этих сахаридов колеблется примерно от 0,5 до 1,1% па сухое вещество.

В отношении мелибиозы некоторые исследователи, производившие проверку идентичности отдельных Сахаров кристаллизацией, полагают, что то, что хроматог-рафически 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 низкомолекулярных 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 но 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 α-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 (рН 5,9), оптимальной температурой для действия β-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 сохранить известную активность при температуре, достигающей 97-98 °С.

Даже в хлебе, выпеченном из этого тест, 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. Более подробно эти данные будут рас­смотрены при изложении биохимических процессов, происходящих при выпечке.

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 инактнвировалась полностью: при кислотности теста 10-11,4 град (рН от 4,3 до 4,6) и температуре 60 °С, а при кис­лотности теста 4,6-6,3 град (рН от 4,7 до 4,9) — при температуре 73- 78 "С.

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

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 сахарооб-разующая 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 «атакуемостыо».

Атакуемость крахмала муки зависит в основном от размеров час­тиц муки, размеров крахмальных зерен и степени их механического по­вреждения при размоле зерна, т. е. 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 СССР, И. В. Глазунов и др.), что при действии β-амплазы в сравнимых условиях на разные крахмальные

субстраты и различные по крупности частицы пшеничного крахмала образуется раз­личное количество мальтозы. Результаты этих исследований показаны ниже.

 

	Количество		Количество
Субстрат	мальтозы,	Фракция крахмала	мальтозы,
	мг		мг
Пшеничный	0,43	Крупный	8,4
крахмал		Средний	18,0
Декстрин	144,0	Мелкий	44,0
Клейстер пше-	158,0	Растертый в	127,0
ничного крахмала		ступке

Как видно из приведенных выше данных, (3-амилаза при действии на декстрин образует мальтозы в 335 раз больше, чем при действии на пшеничный крахмал. Еще больше мальтозы образуется при действии β-амнлазы 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 па техноло­гических свойствах муки.

Размеры зерен крахмала в пшеничной муке различны. Доля мел­ких зерен крахмала (размером менее 7,5 мкм) но 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 амилоиектина.

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

На рис. 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 пре­па-рата фермента. Это объясняется тем, что α -амилаза разлагает крахмал в основном на низкомолекулярные декстрины, очень легко переводимые избыточным количеством β-амилазы муки в мальтозу. Именно поэтому му-ка из проросшего зерна характери-зуется не только повышенным содержанием активной α-амилазы, но и резко повышенной сахаробразующей способностью.

10 20 30 40

Добавка амилаз, мг

Рис. 2. Влияние добавок α- и β-амилазы на сахарообра-зующую способность пшеничной муки (количество добавляемых амилаз указано в мг препарата на 5 г сухого вещества муки)

 

 

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. Ю. Кривова «Технология ферментных препаратов», М., 2001 г.).

Активность а-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) вы­бывает 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.