double arrow

Сущность процесса черствения хлеба

Несмотря на то что процесс черствения хлеба изучается уже более ста лет, сущность и механизм этого процесса недостаточно ясны.

Многие потребители хлеба считают, что черствение хлеба является
результатом его усыхания. Однако еще в 1853 г. Буссенго установил,
что хлеб черствеет и в условиях, исключающих потерю влаги. То, что
черствение хлеба не связано с потерей влаги, подтверждается практи­кой освежения черствого хлеба — повторным подогревом его в печи.
При этом хлеб теряет дополнительное количество влаги, однако мякиш
его восстанавливает структурно-механические свойства, присущие мя­кишу свежего хлеба.


Выше отмечалось, что наиболее характерно для процесса черстве-ния хлеба — изменения реологических свойств мякиша хлеба. При чер-ствении хлеба снижается сжимаемость и эластичность мякиша и возра­стает его крошковатость. Однако эти изменения являются не причиной, а следствием процессов, вызывающих черствеиие.

Установлено, что нри черствеиии хлеба происходят определенные изменения в микроструктуре его мякиша.

Для структуры мякиша хлеба характерно наличие пор, ограничен­ных межпоровыми стенками, составляющими губчатый осгов. Рас­смотрение под микроскопом межпоровых стенок мякиша показывает, что они состоят из сплошной массы коагулированного нри выпечке белка (клейковины), внутрь которого вкраплены набухшие, частично клейстеризованные зерна крахмала. Эти зерна крахмала в стенках нор несколько вытянуты, расположены параллельно их плоскости и со всех сторон окружены массой коагулированного белка. Лишь отдельные не­многочисленные зерна крахмала непосредственно соприкасаются меж­ду собой.

Таким образом, непрерывную фазу губчатого скелета мякиша со­ставляет масса свернувшегося белка. В свежем хлебе зерна крахмала всей своей поверхностью вплотную прилегают к массе коагулирован­ного белка, в связи с чем резкой, четко видимой границы между ними не наблюдается.

В мякише черствого хлеба зерна частично клейстеризованного крахмала видны более четко, так как вокруг части их поверхности обра­зуется топкая воздушная прослойка. Чем черствее хлеб, тем более четко видны прослойки воздуха, свидетельствующие об уменьшении объема крахмальных зерен.

Какие-либо изменения в структуре белковой части межноровых стенок микроскопическим методом не улавливаются.

Отмеченные выше изменения в микроструктуре стенок пор мяки­ша, в частности образование воздушных прослоек вокруг уменьшив­шихся в размерах крахмальных зерен, обычно рассматриваются как причина, обусловливающая повышенную крошковатость мякиша чер­ствого хлеба.

Однако отмечаемое микроскопическим методом уменьшение объе­ма крахмальных зерен также, очевидно, не является первопричиной процессов, вызывающих черсгвение хлеба, а их следствием.

Многочисленными исследованиями установлено, что при черстве­иии хлеба изменяются гидрофильные свойства мякиша. Установлено, что нри черствеиии хлеба снижается способность мякиша к набуханию и поглощению воды, а также способность коллоидов и других веществ мякиша переходить в водный раствор. Уменьшается при этом и общее


количество водорастворимых веществ, и растворимость в воде крахма­ла мякиша.

Прежде, исходя из опытов Катца, считали, что снижение раство­римости крахмала мякиша при черствении происходит в результате уменьшения растворимости амилозы крахмала. Однако последующие исследования показали, что в условиях мякиша хлеба (и 50%-ных про­гретых крахмально-водных паст) растворимая часть крахмала, умень­шающаяся при черствеиии, представлена главным образом амилопек-тииом.

Работами А. В. Думанского и А. Г. Кульмана было показано, что способность мякиша хлеба коллоидно связывать воду в процессе черст-вения хлеба также понижается.

В результате снижения способности мякиша к набуханию, связы­ванию влаги и растворению в воде при черствеиии хлеба снижается вяз­кость водных суспензий измельченного мякиша и увеличивается ско­рость их фильтрации.

Изменения гидрофильных свойств мякиша, несомненно, сказыва­ются на его реологических свойствах. Однако эти изменения являются не первопричиной, а следствием тех процессов, которые, собственно, и вызывают явление черствения хлеба. В чем же первопричина процес­са черствения хлеба?

Линде впервые связал черствение хлеба с представлением о ретро-градации крахмала мякиша.

В ВТЗ крахмал частично клейстеризуется, поглощая при этом воду, выделяемую коагулируемыми белковыми веществами. Вследст­вие этого крахмал переходит из исходного кристаллического в изме­ненное, в значительной мере аморфное состояние. При этом он погло­щает значительное количество воды, выделяемой коагулируемыми в ВТЗ белками.

При хранении выпеченного хлеба в его мякише происходит ретроградация крахмала, т. е. частичный обратный переход крахмала в крис­таллическое состояние, приближающееся к тому, в котором крахмал был в тесте до выпечки. При этом структура крахмала уплотняется, уменьшается его растворимость и происходит частичное выделение влаги, поглощенной при клейстеризации. Считают, что влага, выделяе­мая при ретроградации крахмала, воспринимается белками мякиша хлеба.

Представления о ретроградации крахмала мякиша как основной причине процесса черствения были затем развиты и экспериментально подкреплены рядом исследований Катца и его сотрудников. Применив реитгеноспектро-графический метод исследования, Катц изучил изме­нение крахмала в процессе выпечки и последующего хранения хлеба.


Исходный крахмал зерна и муки дает рептгеноспектр, типичный для кристаллического строения зерен крахмала (рептгеноспектр А). Этот рептгеноспектр сохраняется неизменным и в тесте перед выпеч­кой. Крахмал при выпечке хлеба частично клейстеризуется. Наступает первая стадия клейстеризации, обусловленная наличием воды в тесте в количестве, недостаточном для полной клейстеризации крахмала. По­этому мякиш хлеба дает реитгеноспектр V, отличный от рентгепоспектра А теста и исходного крахмала. Рентгеноспектр V (спектр клейстери-зовапного крахмала мякиша хлеба) характеризует сочетание элементов аморфного состояния крахмала с элементами кристаллического строе­ния. Однако кристаллическое строение частично клейстеризованпого крахмала мякиша хлеба существенно отличается от кристаллического строения крахмала в муке и тесте перед выпечкой.

Мякиш черствого хлеба дает новый рентгепоспектр В, сочетающий в себе элементы рентгеноспектров А и V. Чем черствее хлеб, тем ближе спектр В к характеру спектра А.

Рентгепоспектр В, наблюдаемый у мякиша черствого хлеба, Катц называет спектром ретроградации крахмала.

По Катцу, крахмал мякиша хлеба представляет собой термодина­мически равновесную систему двух его форм — α- и β-формы. α-форма крахмала характерна для свежего хлеба, β-форма — для черствого, α-форма крахмала устойчива при температуре выше 60 °С, поэтому при этой температуре ретроградации крахмала и черствения мякиша хлеба не происходит. При более низких температурах (до -2 °С) равновесие сдвигается в сторону перехода α-формы в β-форму, характерную для черствого хлеба.

Чем длительнее хранится хлеб, тем большая часть α-формы крах­мала переходит в β-форму и тем черствее хлеб.

Таким образом, Катц рассматривает ретроградацию крахмала как изменение соотношения в нем α- и β-форм, вызываемое переходом бо­лее легко растворимой и менее структурно прочной α-формы в β-фор­му.

В свете результатов более поздних работ ретроградацию частично клейстеризованпого крахмала мякиша хлеба при черствении можно рассматривать как процесс агрегации его структурных элементов. Це­почки молекул амилозы при этом могут занимать более упорядоченное параллельное положение с возможным образованием между ними во­дородных или иных поперечных связей-мостиков. Некоторые исследо­ватели считают, что основную роль в ретроградации крахмала в услови­ях мякиша хлеба играет его амилопектиновая фракция.

Так, например, Шоч (1965) главную роль в изменении реологи­ческих свойств мякиша хлеба в процессе его черствения отводит амило-иектиновой (разветвленной) фракции крахмала.


Рассматривая ретроградацию крахмала вообще, он отмечает, что неразвствлсн-ным цепочкам амилозной фракции крахмала присуща тенденция к физическому взаимопритяжению и связыванию водородными связями по гидроксильным груп­пам (гидроксогруппам) смежных цепочек или отдельных их смежных участков с об­разованием соответствующих ассоциатов В разбавленных растворах крахмала при их длительном стоянии цепочки отдельных молекул амилозы сближаются, парал­лельно ориентируются и ассоциируются в как бы плотный «пучок» — образование, которое выпадает из раствора в осадок.

В более концентрированных системах, например прокипяченной крахмальной пасте, амилозные цепочки при се охлаждении не имеют времени и пространствен­ных условий для полной взаимной ориентации и поэтому их сближение происходит быстрее, но ассоциирование беспорядочное и не по всей длине цепочек, а лишь но от­дельным, смежно расположившимся их участкам. В результате ассоциат образуется в виде сетчатой структуры, являющейся основой образования структурированного геля. Образование таких ассоциатов амилозных цепочек и представляет собой про­цесс ретроград ации.

Шоч особо подчеркивает трудную обратимость процесса ретроградацпи ами­лозы Ассоциаты, выпавшие в осадок, могут опять перейти в раствор или структури­рованный гель и перейти в жидкое состояние лишь при нагревании до 140-150 °С.

В отношении прогреваемого теста и мякиша хлеба с относительно невысоким общим содержанием влаги, особенно влаги, находящейся в свободном состоянии, можно предполагать возможной лишь вторую описанную выше форму протекания процесса ретроградацни амилозной фракции крахмала с образованием ассоциатов сетчатой структуры.

В отношении разветвленной амилопектиновой фракции крахмала нельзя предполагать образования полных межмолекулярных ассоциатов. Однако в концен­трированных растворах (системах) амилопсктиновая фракция крахмала, по мнению Шоча, также может претерпевать изменения типа рстроградации, выражающиеся в том, что отдельные смежные ответвления сближаются, притягиваются, ассоцииру­ются и образуют более компактное образование со сближенными и взаимоориенти­рованными в виде «пучка» ответвлениями.

Изменения крахмала и его линейной и разветвленной фракций в процессе вы­печки, последующего остывания и черствения хлеба Шоч представляет себе следую­щим образом.

При прогреве ВТЗ в процессе выпечки зерна крахмала ограниченно набухают, впитывая влагу. Структура их размягчается и теряет радиальную упорядоченность взаиморасположения цепочек молекул амилозы, амилопсктина и его ответвлений. Эго обусловливает, кстати говоря, и утрату зернами крахмала их «кристалличе­ской» структуры, отмеченную выше. Шоч полагает, что при набухании зерен крах­мала часть амнлозных цепочек переходит в раствор и в таком виде диффундирует в жидкую фазу мякиша ВТЗ. Ветви цепочек амилопектина в набухших при выпечке зернах крахмала также располагаются взаимно неупорядоченно.

Уже в процессе остывания выпеченного хлеба амилозные цепочки в жидкой фазе мякиша ассоциируются и образуют вне набухших зерен крахмала структурную сетку геля. Этот структурированный гель и придаст, по мнению Шоча, мякишу све­жего остывшего хлеба свойственные ему упругие свойства.

В последующем процессе черствення ретрограднровавшие амилозные цепочки участия не принимают. Изменения, происходящие при этом в набухших зернах крахмала мякиша хлеба, сводятся к описанному выше типу «ретроградации» моле­кул амилопсктина, точнее — их ответвлений.


Именно этим изменениям Шоч и приписывает роль первопричины изменения реологических свойств мякиша хлеба при его черствении. Можно себе представить, что превращение при этом амилопектина в более компактные образования приводит к общему уменьшению объема набухших зерен крахмала мякиша, к увеличению их твердости и, как следствие, к увеличению твердости и крошливости мякиша.

Ведущую роль изменений амилопектиновой фракции крахмала в процессе черствения Шоч обосновывает соображениями, связанными с практикой освежения черствого хлеба повторным его прогревом.

Прочность ассоциации цепочек из глюкозных остатков — линейных у амилозы и разветвленных у амилопектина — зависит от длины цепочек. Чем длиннее ас­социированные цепочки (или их участки), тем прочнее ассоциат. Длина линейной цепочки молекулы амилозы, состоящей из 500-2000 глюкозных остатков, во много раз больше длины отдельных ответвлений амилопектина, состоящих обычно из 20-30 глюкозных остатков. Поэтому для ретроградации ассоциатов цепочек амилозы нужен прогрев до 140-150 °С.

Ассоциированные же цепочки ответвлений молекулы амилопектина диссоци­ируют уже при нагреве до 50-60 °С.

Тот факт, что хлеб, хранящийся при температуре выше 60 °С, не черствеет, а мякиш черствого хлеба, прогретый до этой температуры, «освежается», является, по мнению Шоча, убедительным доказательством правильности сто представлений о ведущей роли амилопектина в процессе черствения хлеба.

Надо признать, что с этой точки зрения представления о сущности черствения хлеба, развиваемые Шочем, являются достаточно логичными.

Однако эти представления вызывают и ряд замечаний. Рассматривая черстве-ние хлеба, Шоч говорит только о зернах крахмала и окружающей их прослойке воды, находящейся в несвязанном состоянии. Непрерывной белковой фазы теста и мякиша, в которую вкраплены зерна крахмала, в представлениях, развиваемых Шочем (специалистом по исследованию крахмала), вроде бы и не существует.

Второе замечание сводится к тому, что в схемах, иллюстрирующих изменения крахмала мякиша хлеба в процессе выпечки и черствения, в набухших при выпечке зернах крахмала указывается на наличие и последующие изменения в них только молекул амилопектина. Амилоза же изображается как целиком диффундировавшая из зерен крахмала в окружающую их жидкую фазу, в которой они при охлаждении хлеба ассоциируются. В отношении некоторой части молекул амилозы это вполне вероятно. Однако амилозы в крахмале пшеницы содержится примерно 23%. Поэто­му основная часть амилозы и после выпечки, несомненно, будет наряду («вперемеж­ку») с амилопектином оставаться в набухших зернах крахмала мякиша хлеба и поэ­тому не сможет не участвовать в процессах ассоциирования (ретроградации) при черствении хлеба.

Нам представляется практически исключенным образование в набухших зер­нах крахмала полностью по всей длине цепочки ориентированных ассоциа-тов мо­лекул амилозы. Однако ввиду нахождения молекул амилозы между отдельными разветвленными молекулами амилопектина следует допустить возможность ассо­циирования отдельных участков цепочек молекул амилозы и с отдельными смеж­ными с ними участками цепочек ответвлении молекул амилопектина. Хотя эта ассо­циация происходит не по всей длине цепочки молекулы амилозы, а носит лишь местный характер, она будет способствовать повышению жесткости, твердости и компактности набухших зерен крахмала в мякише черствого хлеба и в то же время может не требовать для разрушения этих ассоциатов нагрева до 140-150 °С, необхо­димого для диссоциации ассоциированных агрегатов амилозы.


Оствальд, А. Г. Кульман, В. И. Назаров и другие исследователи считали, что черствепие хлеба вызывается процессом сиперезиса крахмала, клейстери-зованного в процессе выпечки.

Явление синерезиса геля также включает агрегацию элементов дисперсной фазы, сопровождающуюся выделением свободной дисперсионной жидкой среды (для клейстеризованного крахмала — воды) Исходя из этого, нет необходимости в противопоставлении явлений ретроградации и синерезиса крахмала в процессе черствения хлеба.

Явление сиперезиса хорошо изучено и происходит в гелях при ох- лаждении клейстеризованного в избытке воды крахмала.

В ВТЗ процесс клейстеризации зерен крахмала происходит лишь на начальном его этапе, выражающемся в их набухании, размягчении и частичной деформации. Для полной клейстеризации в тесте явно недостаточно воды. Поэтому нет оснований полагать, что и в набухших при выпечке зернах крахмала мякиша хлеба будет наблюдаться явление синерезиса, сопровождающееся выделением свободной воды, которая при этом должна бы восприниматься денатурированным при вы­печке белком межпоровых стенок мякиша, в которые вкраплены зерна крахмала.

Нам не известны и какие-либо убедительные экспериментальные данные, подтверждающие такое перемещение влаги от крахмала к бел­ку мякиша в процессе черствения и в обратном направлении — при освежении черствого хлеба его прогреванием.

В связи с этим уместно упомянуть о мнении М. И. Княгиничева, рассматривавшего процесс черствения хлеба с точки зрения соотноше­ния свободной и связанной воды и форм и состояния отдельных видов связанной воды в тесте, ВТЗ, в свежем, черством и освеженном прогревом хлебе.

Выделение воды в результате синерезиса набухших крахмальных зерен мяки­ша хлеба в процессе черствения Княгиничев отрицает. Он выдвигает в качестве воз­можного представление о том, что вода, захваченная микропорами крахмала и белка мякиша хлеба (а ее примерно половика от общего количества связанной воды), при его черствении структурно перестраивается и образует ассоциаты из 5 молекул воды, которые затем образуют гексагональную решетку (более «рыхлую» решетку льда). Эта решетка затем может перейти и к более плотной «упаковке» либо в резу­льтате преобразования в четырехугольную сетку, либо в результате заполнения пус­тот («дырок») в сетке молекулами воды. Такая структурированная уплотненная вода образует со стенками микропор единую упорядоченную структурную систему, характерную, по мнению Княгиничева, для черствого хлеба. При освежении хлеба нагреванием такая структурированная система вода — стенки микропоры разрушается и цепи высокополимеров могут перейти в состояние, свойственное свежевыпеченному хлебу. Это развиваемое Княгиничевым представление об изменении структуры воды при черствении хлеба также, естественно, требует экспериментального подтверждения


В подавляющем большинстве работ по исследованию черствеиия хлеба изменения реологических свойств мякиша хлеба связывают с из­менениями в состоянии крахмала.

Белковым веществам мякиша отводится только роль вещества, воспринимающего влагу, выделяемую крахмалом при его ретрограда-ции (сииерезисе). Неоднократно отмечалась практическая невозмож­ность уловить какие-либо изменения в белковой части мякиша хлеба при его черствении. Установлено лишь, что чем больше белковых ве­ществ в хлебе, тем медленнее происходит его черствение.

Но если вспомнить, что именно белковые коагулированные веще­ства составляют пространственно непрерывную фазу структурного ос­това мякиша хлеба, а зерна крахмала лишь вкраплены в этот остов, то трудно допустить, что изменение реологических свойств мякиша хлеба не связано с изменением состояния и хотя бы реологических свойств его белковых веществ.

Исследованиями, проведенными МТИППе, было установлено, что в процессе черствеиия пшеничного хлеба в белковой части мякиша хле­ба закономерно происходят изменения, приводящие к уплотнению структуры, снижению гидратационной способности и способности свя­зывать метилеповую синюю краску. По своему характеру эти измене­ния обратны тем, которые происходили в процессе денатурации белка ВТЗ.

Эти изменения в белковой части мякиша хлеба происходят, одна­ко, в 4-6 раз медленнее по сравнению со скоростью ретроградации крахмала. Если учесть еще и то, что крахмала в хлебе в 5-7 раз больше, чем белка, то естественно, что основную роль в черствении хлеба игра­ют все же изменения крахмала.

В ряде работ процесс черствения хлеба рассматривается с точки зрения кристаллизации высокополимеров, к которым относятся и крахмал, и белковые вещества мякиша хлеба.

Рентгеноскопические исследования Катца (1912-1934) и др. отра­жают изменения в степени кристалличности крахмала мякиша хлеба в процессе выпечки (утрата компактной упорядоченной структуры, а следовательно, и кристалличности), черствения (частичное возвраще­ние к упорядоченной структуре и кристалличности, к которому и отно­сится термин «ретроградация») и освежения черствого хлеба или рет-роградировашюго крахмального геля путем его нагрева (опять утрата упорядоченной структуры и кристалличности).

Следует иметь в виду, что скорость, степень и в известной мере ха­рактер перечисленных выше изменений в структуре и степени кристал­личности крахмала зависят от влажности геля, хлеба или хлебных изде­лий. При влажности продукта ниже определенной критической вели-


 

чины процессы, обусловливающие черствение, почти не происходят. Поэтому в сухарях черствеиие практически не наблюдается, а в баран­ках идет во много раз медленнее, чем в хлебе и булочных изделиях.

Померанц1, делая обзор научных основ производства хлеба и рассматривая проблему сохранения его свежести и значение в этом отношении отдельных компо­нентов муки и хлеба, отмечает не только характер и роль изменений при хранении хлеба после выпечки крахмала и белков и влияние на них липидов, но и особо отмечает роль в этих изменениях пентозанов Он полагает, что водорастворимые пснт заны снижают скорость ретроградации крахмала, влияя на его амилопектиновую фракцию. Отмечает Померанц и то, что водонерастворимыс пентозаны оказывают аналогичное влияние как на амилозу, так и на амилопсктин крахмала мякиша хлеба. Пентозаны замедляют ретроградацию путем «обволакивания» амилозы и амилопектина, что тормозит их кристаллизацию на первом этапе хранения хлеба. При да­льнейшем хранении хлеба ретроградацию крахмала обусловливает в основном ами­лопектин.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: