Роль белков и крахмала в хлебопекарном производстве кратко
Обновлено: 04.07.2024
В основе образования кондитерского теста лежат коллоидные процессы взаимодействия белковых веществ и крахмала пшеничной муки с водой и создания структуры из набухших нитей клейковины и зерен увлажненного крахмала. Таким образом, процесс образования теста обусловлен химическим составом и свойствами отдельных составляющих муку веществ. Качество кондитерского теста зависит от их количественного содержания и качества.
Оптимальное содержание белков в муке может быть достигнуто при помоле зерна на мукомольных предприятиях путем подбора и смешивания разных партий. Однако для изготовления мучных кондитерских изделий до сих пор не вырабатывается специальной кондитерской муки и предприятия используют хлебопекарную пшеничную муку, в которой в расчете на сухие вещества содержится 12—16% белков.
Белки представляют собой высокомолекулярные органические коллоиды. Молекулы белков состоят из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Это простые белки. Но в состав молекул белка входят кроме аминокислот липиды, углеводы, ионы металлов, пигменты, нуклеиновые кислоты и др. Это сложные белки.
В состав белков пшеничной муки входят как простые, так и сложные белки. Основными физико-химическими свойствами белков, которые проявляются в процессе тестообразования, являются растворимость, способность к набуханию, денатурации и гидролизу.
В пшеничной муке содержатся белки: растворимые в воде — альбумины, растворимые в спирте — проламины, растворимые в слабых щелочах — глютелины, растворимые в солевых растворах — глобулины.
Водо- и солерастворимые белки образуют в тесте коллоидные растворы, обладающие высокой эластичностью и поверхностной активностью. С этим связана их способность к пластификации, пенообразованию и стабилизации соединений структуры теста.
Структуру белков и мучного теста пластифицируют также продукты гидролиза белков, растворимые в воде, — пептиды и аминокислоты. Ограниченно растворимые белки — проламины (глиадин) и глютелины (глютенин) — набухают и образуют клейковину, которую можно выделить из теста в сыром виде путем отмывания водой.
Эти белки являются полимерами и состоят из остатков а-аминокислот. Полимерные молекулы белков, имеющих физиологическую ценность, состоят из 20 аминокислот.
Наличие в молекулах белков полярных и неполярных групп атомов придает им свойства поверхностной активности, высокой реакционной способности. В тесте белки взаимодействуют с водой, углеводами, жирами. Сложное строение, прочные связи придают белкам значительную упругость и прочность. Содержание неполярных атомных групп, обладающих слабыми дисперсионными связями, обеспечивает высокую эластичность белков.
Гидрофильные свойства белков объясняются наличием в молекулах многочисленных ионных и полярных атомных групп и способностью при оводнении механически захватывать (иммобилизовывать) значительное количество свободной влаги. Поглощение воды белковыми веществами происходит в две стадии.
На первой стадии набухания связывается незначительное количество воды за счет активности гидрофильных групп и образуются водные сольватные оболочки. Взаимодействие воды с гидрофильными группами происходит не только на поверхности частиц муки, но и в объеме. Процесс на первой стадии протекает с выделением теплоты. Количество удерживаемой воды незначительно (около 30 %) и не приводит к большому увеличению объема частиц муки.
Основное связывание белками воды (свыше 200 %) происходит на второй стадии за счет так называемого осмотического набухания — молекулы воды в результате диффузии проникают внутрь частиц. Вторая стадия набухания сопровождается значительным увеличением объема частиц муки и проходит без выделения теплоты.
На водопоглотительную способность муки и количество удерживаемой белками влаги влияют структура и механические свойства белков, а также размер частиц муки. С уменьшением размера частиц увеличивается удельная поверхность в единице массы муки, поэтому воды может быть связано больше. Поглощение воды частицами мелкого размера происходит значительно быстрее.
Важным свойством гидратированных молекул белков является изменение формы молекул, или денатурация, в условиях прогрева, перемешивания, сбивания, а также химического воздействия окислителей, восстановителей и др. Денатурация гидратированных белков может быть обратимой и необратимой. Она зависит от интенсивности физико-химического воздействия на белки.
При интенсивном прогреве гидратированных молекул белков происходит необратимая денатурация белков. Этот процесс происходит при выпечке. Механические свойства гидратированных и денатурированных белков меняются. Из мягких упругопластичных гидратированных гелей они превращаются в жесткие, упругие, прочные гели, практически лишенные пластичности (текучести).
Набухающие в воде пшеничные белки (глиадин и глютенин) могут отмываться из теста водой в частично денатурированном виде. Набухшие в воде фракции белков слипаются, образуя сильно набухший коллоидный студень — гель, обладающий упругостью и способностью к растяжению. Эту массу называют клейковиной.
В сырой клейковине содержится 65 — 70 % влаги и 35 —30 % сухих веществ. В зависимости от содержания белков в муке количество сырой клейковины колеблется от 15 до 50 % массы муки. В сухой клейковине содержатся 90% белков, 10% крахмала и поглощенные белками при набухании другие составные части муки — липиды, сахара и др.
Структура мучного теста обусловлена не только количеством белков, но главным образом их структурой и механическими свойствами. Структура сырых клейковинных белков влияет как на свойства теста, так и на выход и свойства изделий.
Белки связывают воду, т.е. обладают гидрофильными свойствами. При этом они набухают, увеличиваются их масса и объем. Гидрофильные свойства белков, т.е. их способность набухать, образовывать студни, стабилизировать суспензии, образовывать эмульсии и пены имеют большое значение в биологии и пищевой промышленности. Гидрофильность клейковинных белков зерна является одним из признаков, характеризующих качество зерна пшеницы и получаемой из него муки, и определяет принадлежность зерна к так называемым сильным и слабым сортам, Гидрофильность белков зерна и муки играет большую роль в хлебопечении. Тесто, которое получают в хлебопекарном производстве, при изготовлении мучных кондитерских изделий, представляет собой набухший в воде белок, содержащий зерна крахмала.
Способность белков образовывать высококонцентрированные системы жидкость—газ называют пенообразованием. Белки в качестве пенообразователей широко используются в кондитерской промышленности при получении пастилы, зефира, суфле. Структуру пены имеет хлеб, и это влияет на его органолептические свойства и перевариваемость ферментами желудочно-кишечного тракта.
Белок может входить в состав продуктов растительного и животного происхождения. Протеины из животных источников (мяса, рыбы, яиц и молочной продукции) содержат полный спектр незаменимых аминокислот, однако веганам и вегетарианцам также не стоит забывать о роли белка в питании человека. Они могут получить все необходимые компоненты, правильно корректируя свой рацион и комбинируя различные продукты растительного происхождения (бобовые культуры, соевые продукты, орехи, крупы).
Многие ученые полагают, что растительный белок предпочтительней животного. Считается, что он связан с более низким риском развития сердечно-сосудистых заболеваний и снижением уровня холестерина, в то время как животный может повысить уровень инсулина в крови и увеличить вероятность развития воспалительных заболеваний кишечника и рака толстой кишки. Поэтому следует придерживаться сбалансированной диеты и не отказываться от растительной пищи.
Основные функции и роль белка в питании
1. Восстановление и поддержание. Белки являются строительными блоками человеческого организма. Волосы, кожа, глаза, мышцы и внутренние органы построены из этих веществ. Именно поэтому дети должны потреблять большее их количество, чем взрослые. Не стоит забывать и о роли белка в питании беременных женщин – будущим мамам следует увеличить потребление белковой пищи, чтобы обеспечить нормальное развитие своего ребенка.
2. Энергия. Этот компонент питания является одним из основных источников энергии. При потреблении большего количества белка, что необходимо для тканей и клеток организма, человеческое тело использует его в качестве энергетического ресурса. Если же белок не нужен, в связи с употреблением других источников энергии (углеводов), он становится частью жировых клеток.
3. Транспорт молекул. Белок является одним из основных элементов, необходимых для транспортировки определенных молекул (например, для гемоглобина, который переносит кислород по всему телу). Он также иногда используется для их хранения (к примеру, ферритин, позволяющий организму сохранять железо в легкодоступной форме).
4. Защита организма. Очень многое зависит от количества протеина в рационе человека. Следует помнить, что роль белка в питании заключается и в предотвращении большого количества заболеваний и инфекций. Это органическое вещество (в виде антител) часто работается вместе с другими клетками иммунной системы, выявляя и иммобилизируя антигены, чтобы их впоследствии уничтожали лейкоциты.
5. Ферменты. Большинство химических реакций в организме не будут эффективными без участия белковых ферментов (например, создание ДНК).
Продукты питания богатые белками
Это органическое вещество содержится в растительных и животных продуктах питания. Рыба, птица и мясо являются наиболее распространенными источниками белка. Роль в питании человека этих продуктов весьма существенна.
Мясо и птица составляют почти 40% от потребления протеина среднестатистическим взрослым американцем, а 30% этого вещества, как правило, поступает из рыбы, яиц и молочных продуктов. Конечно, эти проценты всего лишь отражают пищевые предпочтения большой части населения и ни в коем случае не означают, что 70% потребляемого вами белка должно исходить из продуктов животного происхождения.
На самом деле одними из лучших и здоровых источников белка являются:
· рыба (тунец, сардины, лосось и треска);
· куриное и индюшиное мясо;
· соевые бобы и чечевица;
· креветки и гребешки;
· шпинат, спаржа, зелень;
· фасоль, зеленый горошек, чечевица, тыквенные семечки;
Однако белковой пищей, как и любой другой, не стоит увлекаться, так как ее избыток, как и недостаток, может быть опасен для здоровья. Роль белка в питании человека огромна, поэтому необходимо придерживаться рекомендованной суточной нормы его потребления, которая будет варьироваться в зависимости от уровня вашей активности, возраста и состояния здоровья.
Основные факторы риска неинфекционных заболеваний: Основные факторы риска неинфекционных заболеваний, увеличивающие вероятность.
Под биологическими реакциями понимаются реакции, происходящие в живых организмах. Например, когда мы едим, нам необходимо попробовать ее на вкус. Если бы в наших организмах не было ферментов, вкусовые качества приходилось бы распознавать неделями, а не в течение часа. Каждый фермент работает для определенного вида реакций: например, лактаза действует в реакциях с участием лактозы.
Каждый фермент обладает активным центром, где к нему прикрепляются молекулы вещества-подложки. Активный центр любого энзима обладает формой, позволяющей взаимодействовать только с определенными видами веществ – примерно как в картинке-пазле, где друг с другом состыкуются только определенные частицы. Для разных видов ферментов существуют оптимальные уровни температуры и кислотности.
Ферменты в хлебопечении
В процессе производства хлеба происходит несколько реакций, ускоряемых с помощью действия ферментов. Первая из них – выделение сахара из крахмала. Затем сахар должен быть расщеплен на несколько простых сахаров, которые могут вступать в реакцию с дрожжами во время процесса ферментации (подъема теста).
Крахмал состоит из большого числа частиц глюкозы, связанных между собой, но дрожжи не могут вступать в реакцию с крахмалом, пока он не расщеплен на глюкозные составляющие. Расщепление крахмала с помощью ферментов может происходить двумя способами: либо путем механического расщепления, либо путем загустевания. На первый взгляд, расщепление крахмала видится чем-то наподобие его разрушения в процессе выпечки, но это не так. Это значит лишь то, что некоторые частицы разрушаются, разбиваются или расщепляются в процессе помола муки. Некоторый процент наличия расщепленного крахмала в муке даже желателен: если разрушено примерно 6%, то все в пределах нормы.
В составе теста, при производстве хлеба, необходимо присутствие нескольких ферментов, чтобы расщепить крахмал на несколько видов простого сахара, способных вступать в реакцию с дрожжами. Это составной процесс с участием таких ферментов, как альфа- и бета-амилаза. Наличие данных веществ позволяет расщеплять крахмал и получать сахар для ферментации дрожжей.
Крахмал может существовать в двух различных формах: в виде неразветвленных (амилоза) либо разветвленных цепей (амилопектин). Ферменты, способные расщеплять крахмал, называются амилазами. Как уже говорилось выше, есть два вида амилазы для расщепления разных видов крахмала: альфа-амилаза и бета-амилаза.
Альфа-амилаза
В тесте должно содержаться некоторое количество альфа-амилазы для расщепления крахмала в виде амилопектина, однако при избытке этого фермента крахмал может полностью раствориться.
Частицы альфа-амилазы могут реагировать с крахмалом на протяжении всей цепи молекул и создавать более мелкие цепочки различной длины. Полученные цепочки могут содержать один фрагмент молекулы (глюкоза), два фрагмента (мальтоза) или объединяться в более сложные конструкции, называемые декстринами и состоящие из нескольких фрагментов глюкозы. В составе теста бета-амилаза может расщеплять декстрины с получением мальтозы.
Бета-амилаза
В зернах злаков и муке всегда содержится определенное количество бета-амилазы – фермента, способного расщеплять амилозу с получением сахара. Бета-амилаза вступает в контакт с цепями амилозы и расщепляет их на молекулы мальтозы – дисахарида, состоящего из двух частиц глюкозы.
При участии бета-амилазы может начаться расщепление амилопектина с одного конца молекулы, но этот фермент не способен разбить цепь частиц, так что на моменте объединения в цепи процесс останавливается. Однако при расщеплении крахмала с помощью бета-амилазы образуется смесь из мальтозы и более крупных декстринов. Дрожжи образуют фермент, называемый мальтазой и способный расщеплять мальтозу на молекулы глюкозы с последующей ферментацией. Когда крахмал полностью переработан в простые виды сахара, с ними вступают в реакцию другие ферменты, содержащиеся в дрожжах. В результате образуются спирт и углекислый газ: данный этап хлебопечения называется ферментацией. Сахар (сахароза) не может образовываться напрямую под влиянием фермента, содержащегося в дрожжах и называемого зимазой: до этого другой дрожжевой фермент должен расщепить сахарозу на глюкозу и фруктозу. Затем под влиянием зимазы происходит ферментация этих сахаров.
Что такое крахмал?
Крахмал принадлежит к группе химических соединений, известных как углеводы. Они получили свое название, поскольку в их состав входит всего три элемента: углерод, водород и кислород. Чистый сухой крахмал представляет собой белый порошок, состоящий из гранул. В пшеничной муке содержится 70-73% крахмала и от 8 до 14,5% белка.
Если посмотреть на муку под микроскопом, то можно увидеть множество клеток – структур, по форме напоминающих кирпичики. В каждой клетке можно увидеть гранулу крахмала, окруженную слоем похожего на стекло белка. Разные типы крахмала обладают различной структурой. Частицы картофельного крахмала имеют овальную форму, пшеничного – овальную либо круглую, но меньшего размера, кукурузный крахмал имеет жесткую структуру.
Крахмал является сложным углеводом: он состоит из множества молекул сахара, соединенных между собой. Существует два основных его вида – амилоза и амилопектин. Крахмал – основной углевод, содержащийся в злаках (пшенице, кукурузе, овсе, рисе, ячмене), корнеплодах (картофеле, маниоке, колоказии) и бобовых (горохе, фасоли). В цельных пшеничных зернах его процент составляет 60-70%. Он содержится в эндосперме – той части зерна, из которой получают белую муку.
Крахмал и продукты его переработки используются в пищевой, пивоваренной, фармацевтической, бумажной промышленности при создании клейких веществ. В пищевой промышленности крахмал применяется в качестве загустителя, наполнителя, вязкого вещества либо стабилизатора в различных видах продукции: супах, концентратах для заварного крема, начинках для пирогов, колбасных и других мясных изделиях, мороженом, соусах и подливах и разрыхлителях для теста, для производства хлеба и детского питания.
Крахмал в производстве хлебобулочных изделий
При нагревании крахмал взаимодействует с водой, его гранулы впитывают воду и набухают. В результате полученные частицы лопаются, и внутреннее содержимое гранул формирует толстый слой желеобразной массы: это мы можем видеть на примере соуса или подливы. Такой процесс называется загустеванием или желатинизацией. В производстве хлеба используется меньшее количество воды, чем при изготовлении соусов, потому полученная масса не загустевает полностью: гранулы крахмала лопаются, однако большая их часть не превращается в однородную желеобразную субстанцию и соприкасается друг с другом по краям.
Во время выпечки крахмал взаимодействует с глютеном. Глютен расщепляется и выделяет воду, которая впитывается частицами крахмала. Затем глютен оседает и становится твердым: именно поэтому буханки хлеба не теряют форму после того, как их достанут из печи.
Если рассмотреть под микроскопом, как поднимается тесто, то можно увидеть цепочки глютена, формирующиеся в двух направлениях: вниз по диагонали и перпендикулярно полю зрения. Среди его частиц можно увидеть гранулы крахмала и дрожжей, причем последние являются самыми мелкими по размеру.
Крахмал, глютен и углекислый газ, получаемый при ферментации дрожжей, взаимодействуют при производстве привычного для нас хлеба – с корочкой и пузырчатой структурой. Также крахмал играет важную роль при удержании воды в некоторых видах хлебобулочных изделий, таких как торты. Для некоторых видов тортов используется хлорированная мука. Соединения хлора несколько меняют свойства крахмала, и потому пекарь может включать в рецепт больше сахара и жира (например, сливочного масла). В таких случаях лучше всего подходит мягкая пшеничная мука с пониженным содержанием белка: меньший процент крахмала оказывается расщепленным, из-за чего готовые изделия оказываются более объемными, с более мягкой корочкой. В свою очередь, например, печенье содержит много сахара и мало жидкости (воды). Эти факторы замедляют желатинизацию крахмала, и он не влияет на структуру уже готового печенья.
Чтобы освежить хлеб, его подогревают в печи. Гранулы крахмала заново впитают воду, набухнут, в результате буханка будет выглядеть свежей.
Источник: The Baking Industry Research Trust (BIRT)
Основным сырьем для производства хлеба являются мука (пшеничная и ржаная различных сортов), вода, дрожжи, соль, сахар, растительные жиры и маргариновая продукция, солод и другие продукты, а также пищевые улучшители и добавки. В отдельных сортах может использоваться кукурузная и овсяная мука. Химический состав муки зависит от состава и качества зерна, выхода муки.
Основная задача, которая ставится при переработке зерна в крупу — наиболее полное удаление покровов зерна. Для ее производства зерно очищают от примесей, проводят гидротермическую (влаготепловую) обработку, сортируют на фракции, отделяют наружные оболочки (шелушение), сортируют продукты шелушения, шлифуют и полируют крупу для удаления последующих пленок и зародыша. Получить крупу после удаления наружных оболочек можно только при переработке гречихи, во всех других случаях требуется дополнительная обработка.
Переработка зерна в крупу сопровождается сложными процессами, в которых участвуют ее основные химические компоненты.
Образовавшийся при спиртовом брожении диоксид углерода разрыхляет тесто, а этиловый спирт участвует в образовании аромата хлеба. Интенсивность брожения зависит от активности дрожжей, их качества, от количества сахара, находящегося в муке и тесте, температуре, кислотности среды.
Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые бактерии, попадающие в тесто из воздуха с мукой. Их делят на две группы. Первая — гомоферментативные (типичные, истинные) бактерии оживают гексозу с образованием главным образом молочной кислоты, вторая — гетероферментативные (нетипичные, неистинные), они наряду с молочной кислотой вырабатывают уксус—10 кислоту, этиловый спирт, диацетил, диоксид углерода и другие соединения. В пшеничном тесте преобладает спиртовое, ржаном — молочнокислое брожение.
Одновременно идут и другие биохимические процессы. О гидролизе крахмала, мальтозы и сахарозы уже говорилось ранее Частичному гидролизу подвергаются и пентозаны. Наряду с набуханием белков они подвергаются частичному протеолизу. Частичный протеолиз в тесте из сильной муки желателен. Он приводит к улучшению физических свойств теста, а в результате взаимодействия восстанавливающих Сахаров с продуктами деполимеризации белков (меланоидинообразование) улучшаются его вкус и аромат, окраска корки хлеба. В тесте из слабой муки интенсивный протеолиз нежелателен, он приводит к увеличению неограниченного набухания белков, ухудшает физические свойства теста. Хлеб получается расплывшийся, недостаточного объема.
На эти процессы значительное влияние оказывает температура. Оптимальная температура брожения 26-32 °С. Для интенсификации процессов, идущих при созревании теста, и улучшения качества хлеба применяют механические (повторный замес или обминку теста, интенсивный замес), теплофизические (повышение температуры опары и теста), химические и биохимические способы, в том числе использование пищевых добавок (бромата калия КВгОз, пищевых поверхностно-активных веществ, ферментных препаратов).
В ходе выпечки, по мере превращения теста в хлеб, в неи протекает комплекс сложных процессов. В начале выпечки брожение ускоряется, наиболее интенсивно оно идет при температуре 35 °С, образуется этиловый спирт, диоксид углерода, молчная и уксусная кислоты; по мере роста температуры брожения затухает, а затем прекращается (50-60 °С). Интенсивность образования диоксида углерода, тепловое расширение газов 1 тесте приводят к увеличению его объема. При повышении температуры белки теряют часть присоединенной ранее воды, проходит неполный их протеолиз, а при температуре 70 °С и выше они частично денатурируют, теряют эластичность, уплотняются.
Крахмал при выпечке частично поглощает выделенную белками влагу, клейстеризуется и частично гидролизуется с образованием декстринов и некоторого количества Сахаров. Особенно энергично гидролиз крахмала идет при выпечке ржаного хлеба.
В ходе выпечки интенсивно протекают процессы формирования вкуса и запаха хлеба. Большая роль в этом принадлежит например изовалериановому, имеющему запах ржаной корки, а также фурфуролу и оксиметилфурфуролу. Последние образуются во время выпечки из моноз.
Решающая роль в образовании аромата и вкуса хлеба, румяной поджаристой, хрустящей, приятно пахнущей корки хлеба принадлежит реакции меланоидинообразования.
Выпеченный хлеб при хранении теряет часть влаги (2-4 %) постепенно, в результате старения клейстеризованного крахмала он черствеет, при этом происходит уплотнение структуры крахмала и потеря им части влаги.
Для замедления черствения хлеба используют разнообразные добавки (сыворотку, молоко, жир), влагонепроницаемые Паковочные материалы, а также меняют технологию его приготовления.
Хлеб — один из важнейших продуктов питания. В нем содержатся многие важнейшие пищевые вещества. Немного о состоянии основных пищевых веществах, присутствующих в хлебе. Белки хлеба в основном денатурированы, крахмал частично клейстеризован, деполимеризован, липиды адсорбированы или образуют комплексы с белками и углеводами. Содержащиеся в хлебе пищевые волокна (клетчатка, гемицеллюлозы) находятся в размягченном и набухшем состоянии. В питании человека хлеб является важным источником белка, покрывающим его суточную потребность (при потреблении 450 г хлеба в день) на 30%. В то же время в белках хлеба существует дефицит лизина и треонина. В ржаном хлебе содержится несколько больше незаменимых аминокислот, но и в ржаном хлебе лизин и треонин дефицитны. В пшеничном хлебе из целого зерна содержание этих аминокислот несколько выше, чем в хлебе и муки высоких сортов.
Из минеральных веществ хлеб частично покрывает потребность человека в железе.
Основной компонент хлеба — углеводы (крахмал). Он наряду с другими сахарами служит энергетическим материалом. Потребить человека в углеводах покрывается хлебом на 50 % (из пшеничной муки 1 сорта) и 40 % (из ржаной муки). Хлеб является важным источником пищевых волокон. С этих позиций наиболее полезен хлеб из муки грубых помолов. Из витаминов хлеб наиболее полно покрывает потребности человека в тиамине (B1), однавитамины группы В концентрируются в оболочке зерна, и в муке высоких сортов этих витаминов мало. Если в пшеничном хлебе из цельного зерна 0,27 мг % витамина В, в белом хлебе из муки высшего сорта лишь 0 11 м/о, витамин, В, — 0 13 и 0,06 мг %, витамина РР — 4,20 и 0,92 мг /0 соответственно. Витаминов же А и С в хлебе практически нет.
Читайте также: