Физико-химические процессы, протекающие в полуфабрикатах хлебопекарного производства

Физико-химические процессы, протекающие в полуфабрикатах хлебопекарного производства

Замес теста - одна из основных стадий технологического процесса, от осуществления которой зависят показатели качества хлебобулочных изделий. Основной целью замеса теста является получение однородной смеси. Достижение степени ее однород­ности зависит от длительности и интенсивности процесса пере­мешивания, при этом необходимо учитывать изменения, проис­ходящие в тесте. Энергия, затрачиваемая на замес, должна при­дать тесту реологические свойства, обеспечивающие после его брожения операции деления, формования, расстойки и выпечки.

При соприкосновении муки с водой, дрожжами, солью и другим сырьем, предусмотренным рецептурой, в образующемся тесте начинают протекать ряд процессов, в том числе физико-хи­мические, коллоидные и биохимические.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ЗАМЕСЕ

При замесе теста в результате механических воздействий на­бухшие белковые вещества «вытягиваются» и представляются в виде пленок или жгутиков, которые в свою очередь соединяются вследствие слипания, а частично и образования химических ковалентных и других связей с пленками и жгутиками набухшего белка смежных частиц муки (Л .Я. Ауэрман, 1984).

Как следует из вышеуказанного, образование клейковинного структурного каркаса происходит за счет коагуляции макромоле­кул клейковинных белков. В протекании коагуляционных про­цессов существенную роль играет фактор агрегативной устойчи­вости, связанный со структурой и свойствами различных гидратных прослоек у поверхности набухших белковых макромолекул. Существование граничных слоев воды толщиной 7 — 10 нм вбли­зи гидрофильной поверхности приводит к появлению структур­ной составляющей расклинивающего давления П_s:

При сближении гидрофильных поверхностей белковых мак­ромолекул появляется структурное отталкивание, препятствующее агрегированию. Как видно из уравнения (6.1), структурные силы убывают с расстоянием h между поверхностями по экспоненциаль­ному закону. Перемешивание массы теста приводит к утончению гидратных прослоек у поверхности макромолекул, в результате про­исходит ослабление эффекта структурного отталкивания. Поэтому, при продолжительном (обычном) или кратковременном интенсивном замесе преодолевается электростатический барьер и происходит процесс коагуляции клейковинных макромолекул.

На поверхности белковой глобулы расположены различные гидрофильные группы, притягивающие к себе дипольные моле­кулы воды. Поверхностные гидрофильные атомные группы био­полимеров, представленные заряженными группами, при взаи­модействии с водой и ее ионными составляющими во многом оп­ределяют структуру и стабильность обводненных белковых конг­ломератов, а также их термодинамические свойства.

Рекомендуемые материалы

В результате диссоциации заряженных групп в воде поверх­ность белковой молекулы приобретает избыточный электричес­кий заряд, а в гидратной оболочке возникает двойной электри­ческий слой, от величины потенциала которого зависят электро­статические силы отталкивания.

За изменением поверхностных сил в пленках воды, покрыва­ющих гидратированные клейковинные макромолекулы белка, можно проследить с помощью изотермы расклинивающего дав­ления. Изотерма рассчитывается по уравнению:

Кривая 1 (рис. 6.1) относится к пленкам воды на поверхности белковых макромолекул. Ветви изотермы, отражающие зависи­мость dП/dh < О, свидетельствуют об устойчивом состоянии пленки. При замесе теста за счет трения толщина гидратных обо­лочек постоянно уменьшается и может достигнуть равновесной для толстых водных пленок (Р-пленок) толщины h_l9 при которой расклинивающее давление в пленке равно внешнему (капилляр­ному) давлению П=Р₀. В этой области ход изотермы определяет­ся составляющей расклинивающего давления — электростати­ческой: здесь П_ЭЛ »П_М и П_ЭЛ »П_s (рис. 6.1).

1 Теория ДЛФО предложена академиками Дерябиным, Ландау, Фервей, Орбеком и применена A.B. Зубченко для объяснения механизма образования теста при замесе.

При дальнейшем утончении гидратных оболочек, т.е. при h<h_x, расклинивающее давление уменьшается до отрицательных значений. При dIT/dh = 0 (β-пленки прорываются и происходитскачкообразное уменьшение их толщины до h₀, соответствующей α-пленкам.

Штриховая кривая 2 характеризует зависимость П_s(h). Со­вместное действие электростатических (кривая 3), молекулярных (кривая 4) и структурных сил приводит к смене знака суммарного расклинивающего давления пленки и пересечению оси толщин при h = А₀ = 65 А изотермой П(Н). При толщине гидратной обо­лочки на поверхности белковых молекул до h_Q поверхностные силы в пленке способствуют агрегированию белковых молекул и образованию коагуляционных структур.

Образованию белкового каркаса способствуют гидрофобные взаимодействия между неполярными группами белковых моле­кул и окислительно-восстановительные реакции с участием кис­лорода воздуха, который при перемешивании тестовой массы окисляет SH-группы глиадина и глютенина. В результате окисле­ния образуются -S-S- связи, укрепляющие структуру клейко­вины и увеличивающие ее эластичность и прочность. Определен­ная роль в упрочнении структурного каркаса принадлежит водо­родным связям.

Решающее влияние на агрегирование набухших макромоле­кул клейковинных белков оказывают электростатические и структурные силы, препятствующие этому процессу. Для коагу­ляции белковых молекул они должны преодолеть определенный энергетический барьер. Действие электростатических сил прояв­ляется в толстых прослойках при h > 1000 А, а структурных сил — в более тонких прослойках при h < 200 А.

Преодоление энергетического барьера клейковинными бел­ками происходит при перемешивании за счет механического воз­действия, сила которого должна быть больше суммы сил электро­статического и структурного отталкивания. На структурные силы оказывает влияние рН: при снижении рН силы структурного от­талкивания уменьшаются; при повышении рН — значительно увеличиваются.

К разрушению особой структуры граничных слоев воды ве­дет и повышение температуры, которое ослабляет межмолеку­лярные водородные связи, ответственные за дальнодействие структурных сил.

Таким образом, с помощью изотерм расклинивающего дав­ления П_м, П_эл и П_s можно объяснить механизм образования структурного клейковинного каркаса при замесе теста и опреде­лить пути управления этим процессом.

Одним из путей управления процессом замеса является уси­ленная механическая обработка. Механическое воздействие на  замешиваемый полуфабрикат вызывает более глубокие преобразования белковых веществ и крахмала. Эти изменения ускоряют процесс созревания теста и способствуют улучшению показателей качества хлеба по удельному объему, структуре пористости и сжимаемости мякиша.

При интенсивном замесе тесто осветляется по сравнению с тестом, полученным при обычном замесе, в результате аэрации и включения кислорода воздуха в массу теста. Кислород участвует в окислении около 31 % пигментов муки - ксантофилловых, ка-ротиноидных и хлорофилловых.

Окислительные процессы при интенсивном замесе способ­ствуют «сшиванию» макромолекул белка поперечными дисуль-фидными, водородными и другими связями.

При увеличении интенсивности обработки сорбция воды те­стом повышается. Изменение влажности теста на (+1) — (+1,5 %) не оказывает влияния на его свойства, которые соответствуют обычному замесу. Это обусловлено тем, что при усиленном меха­ническом воздействии гидратационная способность более проч­ных клейковинных белков возрастает.

Исслёдованиями сорбционных свойств теста при различных способах замеса объясняют механизм повышения влагопоглоти-тельной способности теста при его усиленной механической об­работке. Анализ изотерм десорбции показал, что в равновесном десорбционном процессе влагоудерживающая способность теста улучшается из-за повышения энергии связи влаги и увеличения массовой доли ее в прочно связанном виде.

В результате пептизации белковых веществ, имеющей место при замесе теста, и гидролитических процессов, протекающих под действием ферментов муки, белковые вещества муки претер­певают физико-химические изменения. При усиленном механи­ческом воздействии количество отмываемой клейковины и водо­растворимого азота изменяется (табл. 6.1).

Гидратационная способность клейковины при дополнитель­ной механической обработке увеличивается, что подтверждается данными ее удельной растяжимости и массой отмываемой клей­ковины. Следовательно, формирование и созревание теста, полу­ченного при интенсивном замесе, происходят уже на стадии заме­са, что способствует сокращению процесса его приготовления.

Уменьшение массы клейковины свидетельствует об ускорен­ных физико-химических изменениях белковых веществ муки, по­шедшей на замес теста: количество водорастворимого азота в кон­трольном тесте увеличивается на 60,8 % по отношению к водора­створимому азоту муки, а в тесте с усиленной механической обра­боткой - на 72,7 %. Такие изменения в тесте происходят под дей­ствием различных факторов, в том числе в результате гидролити­ческого расщепления белков протеолитическими ферментами.

По мере усиления механической обработки клейковины при замесе растворимость ее в 0,005 М молочной кислоте увеличивает­ся примерно на 40 % (табл. 6.2), а атакуемость папаином - на 23 %.

При применении для замеса теста тестомесильной машины интенсивного действия в течение 2 мин растворимость клейко­вины увеличивается так же, как при 15-ти минутном замесе в дежевой тестомесильной машине. Суть таких превращений заклю­чается в ускоренном изменении состояния тонких прослоек в дисперсной системе, потенциала энергии межмолекулярных вза­имодействий в пленках и деформации диффузных слоев.

Бесплатная лекция: "Т. Кастелиано" также доступна.

Замес теста необходимо проводить с учетом состояния бел­кового комплекса муки (количество и качество клейковины), так как величина энергии замеса находится в прямой зависимости от него. Физико-химические свойства крахмальных зерен при ин­тенсивном замесе также изменяются: повышается их атакуемость амилазами муки, увеличивается доля водорастворимых углеводов  и восстанавливающих cахаров (табл. 6.3).

Газообразующая и газоудерживающая способности теста, за­мешенного с усиленной механической обработкой, улучшаются, и эта тенденция сохраняется в тестовой заготовке в период расстойки (рис. 6.2). Повышение газообразующей способности теста пос­ле интенсивного замеса связано с накоплением в нем дополни­тельного, по сравнению с контролем, количества водорастворимых углеводов и продуктов дезагрегации белковых веществ, явля­ющихся питанием для дрожжей. Эти изменения в тесте способ­ствуют получению изделий большего объема, с более мелкой и равномерной пористостью, с нежным и эластичным мякишем.

Рациональная степень механической обработки теста при за­месе определяется по удельной работе, при расчете которой учи­тывается продолжительность замеса, значение крутящего мо­мента и масса замешиваемого теста (по методу ВНИИХПа). Кру­тящий момент М_кр9 возникающий на выходном валу двигателя динамометра, записывается в процессе замеса в виде фарино граммы. Высота фаринограммы по оси ординат — это значение крутящего момента, усл. ед. прибора: 100 ед. шкалы прибора по высоте составляют 1,8 см и соответствуют крутящему моменту 0,61 Нм. Известно, что М_кр, Нм равен: