Биохимические процессы, происходящие в выпекаемой тестовой заготовке

В тесте ВТЗ, а затем и в мякише, образующемся из него, наблюда­ются следующие биохимические процессы и изменения.

Брожение, вызываемое дрожжами и кислотообразующими бакте­риями, длится при выпечке до тех пор, пока температура отдельных слоев ВТЗ не достигнет уровня, при котором жизнедеятельность этих бродильных микроорганизмов прекращается. Поэтому в начальном пе­риоде выпечки в тесте и мякише ВТЗ продолжают образовываться не­значительные количества спирта, СО₂, молочной и уксусной кислоты и других продуктов брожения.

При выпечке содержащийся в ВТЗ крахмал, прошедший первые стадии процесса клейстеризации, частично гидролизуется. В результа­те этого содержание крахмала в ВТЗ при выпечке в известной степени снижается.

До той поры, пока амилазы теста еще не ипактивироваиы вследст­вие повышения температуры теста, они вызывают гидролиз крахмала. В ВТЗ атакуемость крахмала амилазами возрастает. Объясняется это тем, что крахмал даже в начальных стадиях его клейстеризации во мно­го раз легче гидролизуется р-амилазой.

При рассмотрении свойств зерновых амилаз (см. главу III) отмеча­лось, что в пшеничном тесте из сортовой муки при относительно невы­сокой его кислотности инактивация амилаз происходит при температу­ре, значительно более высокой, чем полагали раньше. Так, р-амилаза полностью ипактивируется примерно при 82-84 °С, а а-амилаза спо­собна сохранять известную активность до 97-98 °С, т. е. в готовом хле­бе. Поэтому при выпечке пшеничного хлеба из муки высшего, I и II сор-

тов гидролиз крахмала в тесте и мякише ВТЗ в основном (а возможно и целиком) обусловлен действием амилаз теста.

Иначе изменяется крахмал при выпечке хлеба из ржаной обойной муки. Ржаное тесто имеет кислотность, в 3-4 раза более высокую, чем тесто из пшеничной сортовой муки. Вследствие этого инактивация амилаз при прогреве ржаного теста происходит при более низких тем­пературах.

Так, например, было установлено, что в процессе выпечки ржаного хлеба из обойной муки, из теста обычной для этого вида хлеба кислот­ности, β-амилаза полностью инактивируется при 60 °С, а α-амилаза — при 71 °С. В то же время было установлено, что накопление в мякише ржаного хлеба продуктов гидролитического распада крахмала продол­жается до самого конца выпечки и даже в первые часы хранения еще го­рячего хлеба. Это значит, что в ржаном хлебе гидролиз крахмала про­должается и после инактивации амилаз.

Опытами по прогреву водных паст ржаного крахмала, подкислен­ных смесью молочной и уксусной кислот до уровня, обычпого-для ржа­ного теста, было установлено, что в этих условиях происходит кислот­ный гидролиз крахмала. Отсутствие в крахмальной насте амилаз было предварительно проверено.

Исходя из этого, можно полагать, что в ржаной ВТЗ после инакти­вации ее амилаз происходит кислотный гидролиз крахмала. Вероятно, именно поэтому содержание водорастворимых веществ и углеводов и содержание декстринов в ржаном хлебе выше, чем в пшеничном, не­смотря па значительно более раннюю инактивацию амилаз при прогре­ве ВТЗ из ржаного теста.

α-амилаза в процессе выпечки инактивируется при значительно более высокой температуре, чем β-амилаза. В интервале времени вы­печки, когда β-амилаза уже ииактивирована, а α-амилаза еще активна, в мякише хлеба накапливается значительное количество низкомолекулярных декстринов, придающих мякишу липкость и сыроватость па ощупь.

Этому способствует и то, что действие α-амилазы на крахмал пони­жает его водоудерживающую способность.

В связи с этим при выпечке хлеба из пшеничной муки, смолотой из проросшего зерна, следует повышать кислотность теста, снижающую температуру инактивации α-амилазы. Ржаная мука даже из непроросшего зерна содержит известное количество активной α-амилазы, поэто­му ржаное тесто и готовится при более высокой кислотности.

Если выпекать хлеб из ржаного теста с кислотностью около 4 град, то а-амилаза также способна сохранять известную активность до конца

выпечки, т. е. до температуры выше 96 °С. Поэтому действие амилоли-тических ферментов в ВТЗ при выпечке существенно влияет на качест­во хлеба.

Сахара, образующиеся в ВТЗ в результате амилолнза крахмала, в первой части периода выпечки частично расходуются на брожение. Показано, что в процессе выпечки происходит также частичный гидро­лиз высокомолекулярных пентозанов ржаного теста, превращающихся в ВТЗ в водорастворимые, относительно низко молекулярные пептозаны.

Таким образом, в процессе выпечки хлеба резко увеличивается ко­личество водорастворимых углеводов, в основном обусловливающее увеличение общего содержания в хлебе водорастворимых веществ.

Белково-протеиназный комплекс ВТЗ в процессе выпечки также претерпевает ряд изменений, связанных с ее прогревом.

В ВТЗ до определенной степени ее прогрева происходит иротео-лиз. Ранее принято было полагать, что протеииаза пшеничной муки имеет оптимум рН от 4 до 5,5 и температурный оптимум около 45 °С.

Однако исследованиями И. А. Попадич и 3. Ф. Фалушшой было показано, что в условиях теста из пшеничной муки влажностью 48% и при рН, в конце брожения равном 5,85, температурный оптимум для накопления в тесте водорастворимого азота значительно выше. При длительности прогрева 30 мин он лежит около 60 °С, а при 15 мин про­грева — около 70 °С. Повышение влажности водно-мучной среды до 70% снижало этот оптимум до 50 °С.

Примечательно, что атакуемость белков того же теста иротеолити-ческими ферментами препарата, полученного из Asp. oryzae, изменя­лась в зависимости от температуры теста совсем по-другому. Было установлено, что повышение температуры путем 15-минутиого прогре­ва до 70 °С приводило к снижению атакуемоести белков теста протеолитическими ферментами препарата Asp. oryzae примерно в 4 раза. Повы­шение же температуры прогрева до 80-90 °С приводило к известному возрастанию атакуемости белков теста по сравнению с атакуемостыо их после прогрева при 70°С. Одновременно было установлено, что протеолитические ферменты препарата Asp. oryzae, вносимые в тесто (с конеч­ным рН 5,85 и влажностью 48%), сохраняли известную активность по­сле 15 мин прогрева даже при 90-100 °С, в то время как прогрев водного раствора этих ферментов ипактивировал их полностью уже при 60 °С. Этим еще раз подтверждается значение влажности водно-мучных полу­фабрикатов или продуктов как фактора, от которого зависят температу­ры оптимума и инактивации в них ферментов.

Установлено, что растворимость водоперастворимых белков про­греваемого пшеничного теста в 0,1 и. растворе уксусной кислоты начи-

нает резко снижаться при температуре прогрева теста, равной 70 °С. Это свидетельствует о том, что, начиная с 70 °С, белки прогреваемого пше­ничного теста подвергаются термической денатурации.

Было установлено, что в тесте влажностью 51% некоторая актив­ность нротеиназы сохранялась даже после 15 мин прогрева при 95 °С.

Следует также отметить, что температура инактивации ферментов в ВТЗ зависит от скорости ее прогрева: чем быстрее происходит про­грев, тем выше температура, при которой инактивируются ферменты.

Изучалось и изменение атакуемости белков теста протеолитическими ферментами в процессе прогрева ВТЗ. Было установлено, что атакуемость папаином белков пшеничного теста, имевшего влажность 48% и рН в конце брожения 5,85, при 15-минутной длительности про­грева значительно возрастала по мере повышения температуры прогре­ва с 50 до 80 °С.

Даже после прогрева при 90 °С атакуемость белков теста папаииом хотя и была несколько ниже, чем после прогрева при 80 °С, по все же почти в 7 раз выше атакуемости белков иепрогревавшегося теста.

Изучалось и влияние длительности выпечки тестовых заготовок из пшеничной и ржаной обойной муки на атакуемость белка выпеченного хлеба препаратами таких нротеолитических ферментов, как пепсин и трипсин.

Было установлено, что атакуемость белков теста этими фермента­ми возрастала в ВТЗ и тем в большей степени, чем длительнее была вы­печка.

В ряде работ было показано, что количество водорастворимых азотсодержащих веществ в результате выпечки существенно (на 50-70%) снижается по сравнению с их количеством в тесте перед вы­печкой.

Потемнение мякиша ржаного хлеба по сравнению с цветом ржано­го теста в основном вызвано действием иолифенолоксидазы (тирозиназы) на тирозин. При длительной выпечке ржаного хлеба цвет его мяки­ша становится темнее. Возможно, что это в какой-то мере обусловлено и образованием меланоидинов — продуктов взаимодействия непосред­ственно восстанавливающих сахаров теста с продуктами распада бел­ков.

Биохимические процессы, происходящие при выпечке хлеба в его корке, также весьма существенно влияют па качество хлеба. В корке со­держится значительно больше водорастворимых веществ и декстринов. Следует, однако, отметить, что ферментативный гидролиз не играет в этом ведущей роли.

Корка и поверхностные слои ВТЗ, из которых она образуется, про­греваются очень быстро, в связи с чем и ферменты ииактивируются очень скоро.

Накопление декстринов и вообще водорастворимых веществ в корке ВТЗ в значительной мере объясняется термическим изменением крахмала и, в частности, его термической декстрипизацией (температу­ра поверхности корки достигает 180 °С, а середины корки 130 °С).

Большое значение в оценке качества хлеба имеет окраска его кор­ки.

Ранее окраску корки пшеничного хлеба связывали, и не без основа­ния, с количеством остаточных, несброженных сахаров в тесте к момен­ту выпечки.

Как уже отмечалось, для нормальной окраски корки пшеничного хлеба в тесте перед выпечкой должно содержаться не менее 2-3% несброженных сахаров. Чем выше сахаро- и газообразующая способность муки, тем интенсивнее окраска корки пшеничного хлеба. Поэтому пека­ри-практики издавна называют муку с низкой сахаро- и газообразую­щей способностью мукой «крепкой на жар».

Принято было считать, что продуктами, обусловливающими окра­ску корки пшеничного хлеба, являются коричневатоокрашенпые про­дукты карамелизацин или первичной дегидратации остаточных, не сброженных к моменту выпечки сахаров теста. Карамелизацию и дегид­ратацию сахаров в корке объясняли ее высокой температурой. Некото­рые исследователи считают, что существенную роль в окраске корки иг­рают также окрашенные продукты термической декстринизации крах­мала и термического изменения белковых веществ корки.

Однако изучение влияния режимов сушки зерна пшеницы на его хлебопекарные свойства (Л. Я. Ауэрман, В. Л. Кретович и др.) позволи­ло установить несостоятельность изложенных выше взглядов на приро­ду процессов, обусловливающих окраску корки пшеничного хлеба.

Зерно пшеницы Мильтурум 553 частично (проба 11) было высушено на возду­хе, а другая его часть (проба 12) сушилась на сушилке «Кузбасс» при температуре теплоносителя 150°С до влажности 11,7%. Конечная температура зерна при этом была равна 50°С. Оба образца зерна были подвергнуты размолу с выходом муки 70%.

Данные анализа этих образцов муки и результаты пробных выпечек из них, приведенные в табл. 21, свидетельствуют о резком изменении белково-протеиназного комплекса муки из зерна, сушившегося при высокой температуре теплоносителя (проба 12). Снизилось количество водорастворимого азота, количество сырой клей­ковины, ее водопоглотительная способность, расплывасмость и растяжимость. Су­щественно отмстить практически полную инактивацию протеиназ в муке из этого образца зерна. Одновременно следует отметить весьма незначительное снижение сахаро- и газообразующей способности муки в результате сушки образца зерна при высокой температуре теплоносителя. Резкое снижение объема и пористости хлеба из муки пробы 12 легко объясняется ухудшающим влиянием перегрева зерна на его белково-протеиназный комплекс и на газоудерживающую способность муки из та­кого зерна.

Однако необъяснимой с точки зрения изложенных выше представлений явля­ется совершенно бледная окраска корки хлеба из муки пробы 12.

Таблица 21

Показатели анализа муки и результаты пробной выпечки

Мука из зерна «роб
11 12

 

Количество белковых веществ (К х 5,7), %

Количество водорастворимого азота, % к общему коли­честву

Протсолитическая активность (прирост водораствори­мого азота за 4 ч автолиза), % к общему количеству азота

Количество клейковины, %: сырой сухой

Водопоглотптсльная способность клейковины, % к су­хому веществу клейковины Органолсптическая оценка качества клейковины

Расплываемость шарика клейковины (прирост диамет­ра контура шарика за 3 ч в % к начальному диамст-

РУ)

Удельная растяжимость клейковины, см/мин Сахарообразующая способность по методу Рам-

зей-ВНИИЗ), мг мальтозы Газообразующая способность, мл СО₂ за 6 ч Объемный выход хлеба, мл на 100 г муки Отношение высоты подовых хлебцев к диаметру Пористость мякиша, % Содержание сахаров в корке хлеба, % Окраска корки хлеба по органолептической оценке

Окраска корки хлеба в баллах (1-5)

 

12,53 12,27

12,71 15,24

0,0

0,90

 

33,4	25,0
11,1	9,9
Удовлет-	Крошаща-
воритеть-	яся
ная
50,0	0,0
0,54	0,09
0,35	0,42
1,85	1,89
Нормаль-	Совершен-
но окра-	но бледная
шенная

Содержание сахаров в корке хлеба из муки проб 11 и 12 практически одинако­во, хотя корка в одном случае нормально окрашена, а в другом — совершенно блед­ная. Из этого следует, что окраска корки пшеничного хлеба обусловливается не окрашенными продуктами термической карамелизации и первичной дегидратации Сахаров, а окрашенными продуктами другой природы.

Участие остаточных сахаров теста в образовании этих продуктов несомненно, поскольку во всех случаях их недостаточности корка хлеба бледно окрашена.

Исходя из работ В. Л. Кретовича и сотрудников в области химизма процесса мсланоидинообразования и выявления роли мсланоидинов в образовании цвета и аромата красного ржаного солода и хлеба, а также из факта отсутствия активной протсиназы в пробе муки 12, было высказано предположение, что окраска корки хлеба обусловлена продуктами взаимодействия при образовании корки остаточных восстанавливающих сахаров теста и продуктов гидролитического распада белков (аминокислот, полипептидов и пептонов).

 

С этой точки зрения хорошо объясняется получение из пробы муки 12 хлеба с совершенно бледной коркой, несмотря на достаточное содержание в тесте и корке хлеба остаточных Сахаров. Отсутствие в этой муке активной протеиназы приводит к отсутствию в тесте и продуктов протеолиза, которые могли бы в результате реак­ции с сахарами привести к образованию темноокрашенных меланоидинов, обуслов­ливающих окраску корки хлеба.

Для экспериментального подтверждения правильности этого нового представ­ления были проведены дополнительные опыты, заключавшиеся в выпечке из этой же муки (пробы 12) хлебцев с добавлением в тесто различных Сахаров и аминокис­лоты глицина. Интенсивность окраски корки этих хлебцев оценивалась по пяти­балльной шкале. Результаты опытов приведены в табл. 22.

Таблица 22

 

	Количество
Хлеб из пробы муки 12	добавок, % к сухому	Окраска корки, баллы
	веществу муки
Без добавок	_	1,0
С добавками
глицина		3,0
, мальтозы		1,2
мальтозы + глицина	По 2	3,5
фруктозы		1,5
фруктозы + глицина	По 2	4,5
сахарозы		1,2
сахарозы + глицина	По 2	4,5

Данные табл. 22 подтверждают необоснованность прежних представлений о том, что решающая роль в образовании корки хлеба принадлежит продуктам тер­мического изменения сахаров и крахмала. Дополнительное добавление 2% мальто­зы и сахарозы почти не сказалось на окраске корки. Весьма незначительно, хотя и более заметно, сказалось и добавление 2% фруктозы.

При добавлении же глицина корка хлеба окрасилась нормально. Одновремен­ное добавление глицина и мальтозы (или фруктозы нли сахарозы) дополнительно увеличило интенсивность окраски корки.

Хотя сахароза не образует с аминокислотами меланоидинов, окрашивание кор­ки хлеба при одновременном добавлении ее с глицином легко объяснимо. Сахароза в тесте под действием сахарозы (р-фруктофуранозидазы) дрожжей инвертируется, а образующиеся при этом глюкоза и фруктоза могут участвовать в мсланоидинооб-разовании.

Исходя из изложенного, можно считать, что интенсивность окрас­ки корки пшеничного хлеба в основном обусловлена образованием в ней темноокрашенных продуктов окислительно-восстановительного взаимодействия остаточных, несброженных восстанавливающих саха­ров теста и содержащихся в тесте продуктов протеолиза белков, т. е. ме­ланоидинов.

Роль меланоидинообразования в окраске корки хлеба была под­тверждена и в других работах.

Реакцию меланоидшюобразовапия при взаимодействии амино­кислот и восстанавливающих сахаров впервые еще в 1912 г. описал французский исследователь Майяр (Maillard L.), поэтому в специаль­ной литературе ее часто именуют реакцией Майяра.

Образование меланоидинов представляет собой сложный окислительно-вос­становительный процесс взаимодействия азотсодержащих веществ (преимущест­венно продуктов гидролиза белка, содержащих свободные аминные группы) с непо­средственно восстанавливающими сахарами.

Этот процесс протекает с образованием ряда промежуточных продуктов, в том числе альдегидов, соответствующих аминокислотам, вступившим во взаимодейст­вие, а также и фурфурола и оксиметилфурфурола.

Альдегидам, образующимся при выпечке в корке хлеба в процессе меланоиди­нообразования, принадлежит существенная роль в качестве летучих веществ, от ко­торых в значительной степени зависит аромат хлеба. Меланоидины также играют роль не только в окрашивании корки, но и во вкусе и аромаге хлеба.

Процесс мсланоидинообразования при повышенных температурах протекает значительно быстрее. Поэтому именно корка и является при выпечке тем слоем ВТЗ, в котором происходит процесс образования меланоидинов, а также карбониль­ных соединений, главным образом альдегидов, являющихся промежуточными про­дуктами.

Значительно более высокое содержание ароматообразующих карбонильных соединений в корке хлеба по сравнению с их содержанием в мякише убедительно по­казано в ряде работ.

Установлено также, что часть ароматообразующих веществ, образовавшихся в корке при выпечке и после ее завершения, мигрирует в прилегающие к корке слои мякиша. В мякише хлеба из ржаной обойной муки процесс меланоидинообразова­ния, обусловливающий придание ему буровато-коричневой окраски и соответству­ющего вкуса и аромата, начинает играть заметную роль лишь при длительной вы­печке хлеба большой массы.

Еще большую роль меланоидинообразование играет во всей массе ВТЗ из ржа­ной муки (шрота), подвергаемой многочасовой (в течение 12-24 ч) выпечке при низкой температуре в пекарной (или паровой) камере. Получаемый при этом про­дукт имеет темно-бурую окраску и специфический «солодовый» вкус и аромат, при­сущий хлебу с высокой добавкой красного ржаного солода. Такой хлеб, нарезанный на тонкие ломти и завернутый в специальную обертку, известен в ряде европейских стран под наименованием пумперниксль. В нашем ассортименте хлебных изделий аналогичный продукт вырабатывается под наименованием хлеб московский люби­тельский в целлофане

Более подробно вопрос о природе вкусо- и ароматообразующих ве­ществ хлеба, об образовании их на разных стадиях процесса производ­ства хлеба будет изложен в главе XIV.

Рассматривая биохимические процессы, происходящие при вы­печке ВТЗ, следует отметить и изменения, происходящие в содержании в белках хлеба отдельных аминокислот.

В. Л. Кретовичем и А. Н. Пономаревой (1961) было изучено изменение при вы­печке пшеничного и ржаного хлеба содержания в нем свободных аминокислот (аспарагиновой, глутаминовой, серина, глицина, треонина, аланина, аминомасляной, валина, лейцина+изолейцина, фенилаланина, метионина и глутамина).

Было доказано, что содержание в тесте свободных аминокислот (кроме серина) по сравнению с их содержанием в муке значительно возрастает.

Содержание свободных аминокислот в мякише или снижалось незначительно (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) или несколько возрастало по сравнению с их содержанием в тесте

Содержание же всех определявшихся свободных аминокислот в корке хлеба резко снижалось Суммарное содержание 12 определявшихся свободных аминокис­лот в корке хлеба было примерно в 2 раза ниже, чем в тесте перед выпечкой.

Было установлено, что чем выше содержание в тесте восстанавливающих Саха­ров, тем больше снижается содержание в корке свободных аминокислот. Этим под­тверждается, что в корке хлеба содержание свободных аминокислот снижается вследствие расходования части их на процесс меланоидинообразования.

Было установлено, что в результате выпечки содержание лизина в белках хлеба существенно снижается, особенно в корке хлеба.

Е. Баум изучал (1968) кинетику снижения содержания лизина в хлебе при умышленно продленном процессе выпечки хлеба. Им было установлено, что основ­ные потери в содержании лизина происходят в периоде выпечки, минимально необ­ходимом для получения полностью выпеченного хлеба. При дальнейшей выпечке эти потери были уже значительно меньшими. Автор работы считает, что в целях улучшения качества хлеба выпечку его целесообразно удлинять на 5-10 мин против минимально необходимого времени, поскольку это уже не вызывает существенного снижения биологической ценности белков хлеба.