Виды улучшителей окислительного действия и их применение

К улучшителям качества хлеба окислительного действия относят­ся: кислород, пероксид водорода, бромат калия, йодат калия, персуль­фат аммония; аскорбиновая кислота (окислительным действием обла­дает ее дегидроформа), диоксид хлора, нероксид ацетона, азодикарбонамид, пероксид карбамида, пероксид кальция и др. В этот перечень мы не включили оксиды азота, хлор, хлористый питрозил, нероксид бензоила, применяемые только на мельницах при отбеливании муки. В этот же перечень можно было бы включить и соевую необезжиреппую и тер­мически необработанную муку, содержащую активную лшюксигепазу, и препараты-улучшители, имеющие ее в основе. Ввиду того, что в этих

продуктах действующим окислительным компонентом является фер­мент липоксигепазы, рассмотрим их в группе ферментных препаратов. Из этого перечня улучшителей окислительного действия наиболее широкое практическое применение в хлебопечении нашей страны на­ходит аскорбиновая кислота.

Следует отметить, что органы государственного санитарно-гигиенического надзора и соответствующие пищевые законодательства разных стран по-разному от­носятся к вопросу о допустимости применения перечисленных выше химических улучшителей окислительного действия. Во многих странах (в США и др.) большин­ство перечисленных выше соединений разрешено к применению в соответствующих дозировках в мукомольной и хлебопекарной промышленности. В других странах разрешено применение только отдельных указанных улучшителей, например аскор­биновой кислоты. В ряде стран запрещены любые химические методы обработки муки и любые химические соединения в качестве добавок при производстве хлеба.

Переходим к рассмотрению отдельных улучшителей окислитель­ного действия.

Кислород. Кислород воздуха независимо от нашего желания уча­ствует в качестве окислителя в процессах созревания муки, в процессе замеса, образования и созревания теста. В ряде случаев, однако, преду­сматриваются мероприятия, которые могут увеличить окислительную роль кислорода воздуха в этих процессах. Так, внутризаводское пнев­матическое перемещение муки на мельницах и хлебозаводах способст­вует ускорению созревания свежесмолотой муки и в некоторой степени ее посветлению. При этом применение подогретого воздуха повышает этот эффект.

Кислород воздуха, механически вовлекаемого в виде микропу­зырьков в массу теста при замесе, также участвует в происходящих в нем окислительных процессах. Чем длительнее и интенсивнее меха­ническая обработка теста при его замесе, тем больше в нем пузырьков воздуха и тем они мельче. Поэтому соответственно больше и окисли­тельный эффект воздуха, захваченного тестом.

В многочисленных исследовательских работах было показано, что окислительное воздействие, улучшающее реологические свойства тес­та, может быть значительно усилено, если замес теста производить в ат­мосфере кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Проведе­ние замеса пшеничного теста в атмосфере воздуха, искусственно обога­щенного кислородом, предлагалось рядом авторов и для практического применения в хлебопекарной промышленности.

Пероксид водорода. Пероксид водорода (Н₂О₂) — активный окис­литель. Возможность его использования для улучшения качества пше­ничного хлеба исследовалась в ряде работ.

Предлагался даже способ приготовления пшеничного теста с использованием пероксида водорода в качестве не только улучшитсля реологических свойств теста, но и единственного разрыхляющего тесто кислородом агента. Однако практическо­го производственного применения пероксид водорода в хлебопечении не нашел.

Бромат калия и йодат калия¹. Бромат калия КВгО₃ (калий бром-поватокислый) образует при восстановлении КВг.

Йодат калия — КJО₃ (калий йодноватокислый) при восстаиовле иии образует соответственно КJ.

Следует отметить, что в ряде стран практиковалось еще с 1930-х гс дов добавление бромата калия в муку па мельницах. При этом улучши тель в сухом порошкообразном состоянии соответствующим микродс затором вносится в поток готовой муки и равномерно в ней распределя­ется.

Однако в большинстве случаев и бромат и йодат калия вносятся в тесто при его приготовлении в виде водного раствора.

Дозировки этих улучшителей связаны с сортом (выходом) пше­ничной муки, ее хлебопекарными свойствами (в первую очередь с си­лой муки) и интенсивностью механических воздействий на тесто. Чем выше выход муки, чем она слабее и чем интенсивнее механическая об­работка теста, тем выше оптимальная их дозировка.

При порционном приготовлении пшеничного теста обычным опарным или безопарпым способом бромат калия добавляется, как правило, в количестве от 0,001 до 0,004%, а йодат калия в количестве от 0,0004 до 0,0008% к массе муки в тесте. Несмотря на столь незначительные разме­ры добавок этих улучшителей, они при оптимальной дозировке дают резкое увеличение объема хлеба (на 10-40%), повышение пористости и улучшение структуры и структурно-механических свойств мякиша. Мякиш становится более светлым, а корка более румяной. Расплываемость подовых изделий значительно снижается.

Следует подчеркнуть, что дозировки бромата или йодата калия выше оптимальных для данной партии муки, способа и режима приго­товления теста не только не улучшают, по заметно ухудшают качество хлеба. Хлеб получается резко пониженного объема с плотным, плохо разрыхленным мякишем, с характерной бугристостью корки и трещи­нами и подрывами па ней. Цвет такой корки вследствие торможения нротеолиза заметно бледнее обычного. Снижение объема хлеба являет­ся, очевидно, следствием чрезмерного для данного теста окислительно­го воздействия, при котором избыточное упрочнение структуры клейковинного каркаса теста вызывает резкое снижение способности клейковинных пленок растягиваться при увеличении обьема газовых пузырьков теста. В результате этого снижается газоудерживающая спо­собность теста и степень разрыхления его при расстойке и в начальном периоде выпечки.

¹ В настоящее время применение в качестве улучшителя бромата калия во многих странах, в том числе и в нашей стране, органами здравоохранения запрещено.

 

 

Еще в 1939 г. было убедительно показано, что при усиленной меха­нической обработке теста резко повышается оптимальная величина до­бавок бромата калия, особенно если замес теста производился в атмо­сфере не воздуха, а инертного газа (азота).

Еще больше относительно повышается оптимальная дозировка бромата и йодата калия и других улучшителей окислительного дейст­вия при применении современных непрерывно-поточных методов при­готовления теста с усиленным механическим воздействием на тесто в процессе его замеса и образования и пуске теста па разделку сразу же или через короткое время после замеса. В этом случае окислители игра­ют роль не только улучшителя структурно-механических свойств теста, но и ускорителя процесса его созревания. При этих способах приготов­ления теста оптимальная дозировка бромата и йодата калия примерно в 4-5 раз больше указанных выше дозировок для обычных способов приготовления теста.

Применяя бромат калия при обычных способах приготовления те­ста, следует иметь в виду, что его добавки, улучшающие реологические свойства теста, вызывают необходимость довольно существенного (на 10-40 %) удлинения процесса окончательной расстойки. Без этого не будет достигнут максимальный эффект улучшения качества хлеба.

Можно еще отметить, что улучшающий качество хлеба эффект до­бавки бромата калия выше у сортов хлеба, в рецептуру которых входит жир и сахар. Максимальный эффект достигается, когда добавка брома­та калия совмещается с внесением жира в тесто в виде эмульсии, приго­товленной с применением фосфатидпого концентрата или другого ие-иопогенного поверхностно-активного вещества.

Бромат калия является относительно медленно действующим окислителем (что связывают с тем, что его окислительное действие ускоряется по мере повышения кислотности теста), а йодат калия — от­носительно быстро действующим окислителем. В связи с этим в США в качестве улучшителя окислительного действия часто применяют смесь бромата и йодата калия в соотношении 4:1.

Персульфат аммония. Применение добавок персульфатов в каче­стве улучшителей, вносимых в муку или тесто, было запатентовано еще в 1911 г.

В 1920-30-е годы в хлебопечении европейских стран находил известное при­менение в качестве улучшителя персульфат аммония — (NН₄)₂S₂О₈. Этот улучшитель добавлялся в тесто обычно в количестве от 0,01 до 0,02% к массе муки. В отли­чие от бромата и йодата калия персульфат аммония сочетает в себе окислительное действие, улучшающее реологические свойства теста, со способностью несколько стимулировать газообразование в тесте. Последнее связано с тем, что это соедине­ние, как аммонийная соль, является дополнительным источником азотистого пита­ния для дрожжевых клеток, повышающим их бродильную активность в тесте.

Добавки персульфата аммония также вызывают увеличение объе­ма хлеба и разрыхлешюсти его мякиша и снижение расплываемости по­довых изделий.

Аскорбиновая кислота. Аскорбиновая кислота (витамин С) явля­ется добавкой в хлеб или другие пищевые продукты, безукоризненной с точки зрения физиологии и гигиены питания. Поэтому ее применение в хлебопечении разрешено соответствующими органами медицинского надзора и пищевым законодательством и в странах, в которых запреще­но применение для этой цели любых других химических улучшителей.

Аскорбиновая кислота, как известно, является восстановителем. Датский исследователь Йоргенсен был первым, кто установил, что ас­корбиновая кислота, добавляемая в пшеничное тесто, вызывает улуч­шающий качество хлеба эффект, аналогичный тому, который дает до­бавка в тесто бромата калия, являющегося окислителем.

Установлению механизма действия L-аскорбиновой кислоты как улучшителя качества хлеба было посвящено значительное количество исследований и обзорных работ.

На основе этих исследований механизм улучшающего действия до­бавок в тесто L-аскорбиновой кислоты можно представить себе следую­щим образом.

В муке имеется окислительно-восстановительная ферментная сис­тема, включающая оксидазу аскорбиновой кислоты (по современной терминологии аскорбинатоксидазу) и редуктазу дегидроаскорбиновой кислоты (дегидроаскорбинатредуктазу).

Аскорбиновая кислота, добавленная в тесто, подвергается сопряженному дей­ствию упомянутых выше ферментов.

На первой стадии аскорбинатоксидаза катализирует окисление аскорбиновой кислоты с превращением ее в дегидро-L-аскорбиновую кислоту. Этот процесс идет по следующей схеме:

 

O =‌ C——— O = C———

| | | |

HO—C | Аскорбинатоксидаза O = C |

|| O+1/2 O₂ —————————› | O + H₂O

HO—C | O = C |

| | | |

H — C——— H — C———

| |

HO—C—H HO—C—H

| |

CH₂OH CH₂OH

 

L –аскорбиновая кислота Дегидро – L – аскорбиновая

кислота

 

Образовавшаяся детидро-L-аскорбиновая кислота и является тем окислите­лем, с которым связано улучшающее действие внесенной в тесто аскорбиновой кис­лоты.

На второй стадии фермент дегидроаскорбинатредуктаза в присутствии —SН-содержащих компонентов белково-протсиназного комплекса муки в тесте (обозначим их как R—SН) катализирует восстановление дегидро-L-аскорбиновой кислоты в аскорбиновую кислоту. При этом 2R—SН превращаются в R—S—S—R, в результате чего и происходит окислительная инактивация самой протеиназы и ее активаторов (например, глютатиона), а также упрочнение структуры белка вслед­ствие «сшивания» дисульфидными связями-мостиками. При этом улучшаются структурно-механические свойства теста, его газо- и формоудерживающая способ­ность, в результате чего увеличивается объем хлеба и уменьшается расплываемость подовых его сортов.

Аскорбиновая кислота либо вносится в сухом виде в муку на мель­ницах, либо добавляется при приготовлении теста на хлебозаводах.

Оптимальные дозировки аскорбиновой кислоты, так же как и бро­мата калия, зависят от сорта (выхода) пшеничной муки, ее силы, спосо­ба приготовления теста и интенсивности механической обработки тес­та, особенно на стадии его замеса и образования.

При обычных способах порционного приготовления теста опти­мальные дозировки аскорбиновой кислоты находятся в пределах от 0,001-0,003% для муки высшего и I сорта и до 0,003-0,005% для муки II сорта.

При непрерывно-поточиом приготовлении теста с интенсивной механической его обработкой при замесе и образовании оптимум дози­ровки аскорбиновой кислоты резко увеличивается. Это особенно необ­ходимо, если тесто сразу же после замеса поступает па разделку.

Следует отметить, что одновременное внесение в тесто аскорбиновой кислоты и бромата калия усиливает улучшающий эффект аскорбиновой кислоты. Эффект этот больше, чем суммарный эффект от раздельного добавления тех же количеств этих улучшитслей. Причиной этого является, очевидно, то, что внесение в тесто так­же и бромата ускоряет и делает более полным окисление аскорбиновой кислоты в ее дегидроформу, происходящее в этих условиях не только ферментативным, но и пря­мым химическим путем.

Замес теста без доступа воздуха или в атмосфере инертного газа снижает, а за­мес в атмосфере кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, повышает улуч­шающий эффект добавки в тесто того же количества аскорбиновой кислоты.

Аскорбиновая кислота как улучшитель теста и хлеба выгодно от­личается от других окислителей практическим отсутствием отрицате­льного влияния на качество хлеба добавок, превышающих величину оптимальной дозировки.

Пероксид ацетона. Пероксид ацетона получается действием пе-роксида водорода па ацетон. При соответствующем проведении этой реакции конечный ее продукт содержит более 90% ациклического мо-

номера пероксида ацетона, известное количество димера и следы три-мера ацетона.

Применение пероксида ацетона в качестве добавки в муку разре­шено пищевым законодательством США в 1961-1962 гг.

Механизм и эффективность улучшающего качество хлеба действия пероксида ацетона изучались в ряде работ. Установлено, что он является активным окислите­лем. Добавки пероксида ацетона, обычно лежащие в пределах 0,002-0,004% к массе муки, вызывают и отбеливание муки (в результате действия на красящие пигменты муки) и ускорение ее созревания после помола, улучшение структурно-механиче­ских свойств теста и ускорение процесса его созревания (в результате окислитель­ного воздействия на R—SН-компоненты белково-протеиназного комплекса муки).

Воздействие пероксида ацетона на R—SН представляется происходящим по схеме

CH₃ CH₃

| |

HOO—C—OOH + 4R—SH→C=O +2R—S—S—R +3H₂O

| |

CH₃ CH₃

 

От добавки пероксида ацетона увеличивается объем хлеба, улуч­шается разрыхленность и структура мякиша хлеба, становящегося бо­лее светлым, и повышается формоустойчивость подовых изделий.

Азодикарбонамид. Применение азодикарбонамида также было разрешено в США в 1961-1962 гг.

Азодикарбонамид имеет приводимую ниже формулу

O O

║ ║

H₂N—C—N=N—C—NH₂

Он тоже является активным окислителем, образующим при вос­становлении гидразодикарбонамид (бимочевину):

O

║

H₂N—C—N—N—C—NH₂

| | ║

H H O

Добавки к муке азодикарбонамида в отличие от перекиси ацетона практически не влияет на цвет муки, и его основное действие состоит в ускорении процесса созревания муки, улучшении структурно-меха­нических свойств теста и ускорении его созревания, т. е. в действии на R—SН-компоненты белково-протеиназного комплекса муки и теста и улучшении соответствующих показателей качества хлеба (объема, разрыхленности и структуры мякиша и формы подовых изделий).

Есть работы, показывающие эффективность, особенно в условиях непрерыв­но-поточного приготовления теста, совместного применения азодикарбонамида и бромата калия в соотношении 1: 2. Такое сочетание особенно целесообразно при применении современных непрерывно-поточных интенсивно механически воздей­ствующих тестоприготовительных установок. Для этих условий целесообразно со­вместное добавление 0,002-0,003% АДА и соответственно 0,004-0,006% к массе бромата калия.

Другие улучшители окислительного действия. В качестве воз­можных улучшителей качества хлеба изучались или применялись и другие соединения окислительного действия. Из их числа можно упо­мянуть пероксид кальция СаО₂ и пероксид карбамида.

Окислительное воздействие на компоненты муки лежит и в основе применения ряда веществ и соединений (оксиды азота, пероксид бепзо-ила и др.) только для отбеливания муки па мельницах.

Отбеливающее действие этих реагентов сводится к окислению и обесцвечиванию пигментов муки. Однако ряд отбеливающих муку реагентов окисляюще действует и на R—SН-компоненты белково-протеиназного комплекса муки и поэтому вызывает ускорение ее созрева­ния и соответствующее улучшение структурно-механических свойств теста и показателей качества хлеба.

Применение окислительных улучшителей в мукомольной и хле­бопекарной промышленности. Реагенты окислительного действия, применяемые для отбеливания, ускорения созревания и повышения силы пшеничной муки и для улучшения качества хлеба, с точки зрения их отбеливающего и усиливающего (повышающего силу муки и улуч­шающего реологические свойства теста) действия можно разделить с известной условностью на 3 группы:

1) реагенты преимущественно отбеливающего действия: окси­ды азота, пероксид бензоила;

2) реагенты преимущественно усиливающего действия: йодат
калия, персульфаты, аскорбиновая кислота, азодикарбопамид, окис­ленные модифицированные крахмалы (о них см. ниже в этой главе);

3) реагенты, сочетающие отбеливающее и усиливающее дейст­вия: кислород, пероксид хлора, пероксид ацетона.

В практике мукомольной и хлебопекарной промышленности от­дельных стран реагенты окислительного действия применяются на мельницах не только с целью отбеливания муки. Практикуется внесе­ние в муку на мельницах и улучшителей преимущественно «усиливаю­щего» действия (бромата калия, йодата калия, аскорбиновой кислоты, азодикарбонамида). Целесообразно ли это? При рассмотрении вопроса о дозировках отдельных улучшителей окислительного действия мы уже отмечали, что большинство их имеет четко выраженные оптималь­ные количества их добавки, превышение которых может вместо улуч-

шения качества хлеба вызывать его ухудшение. Этот оптимум зависит не только от выхода (сорта) муки, ее силы (в том числе и от содержания белка), но и от способов, параметров и условий процесса приготовления теста.

Было уже отмечено, что при непрерывно-поточных методах приго­товления теста с интенсивным механическим воздействием па пего в процессе его замеса и образования и особенно при исключении перио­да брожения теста до разделки дозировка окислительных улучшителей может и должна быть в несколько раз увеличена по сравнению с опти­мальными для обычных способов приготовления теста. Поэтому совре­менные аппаратурно-технологические схемы (см. главу V) приготовле­ния пшеничного теста предусматривают внесение при этом оптималь­ных доз окислителей и применение необходимого для этой цели оборудования.