Хімічний склад борошна

Як свідчать дані таблиці, чим вищий сорт борошна, тим більша в ньому масова частка крохмалю. Масова частка білків, жирів, мінеральних речовин, пентозанів і вітамінів збільшується зі зниженням сорту борошна і найбільше цих сполук міститься в обойному борошні. Це пояснюється тим, що у процесі виготовлення борошна різних сортів до його складу надходять анатомічні частинки зерна у різному співвідношенні.

Вуглеводи. Основну частину борошна становлять полісахариди (крохмаль, клітковина, геміцелюлози, пентозани). У незначній кількості містяться моносахариди (глюкоза, фруктоза, пентози) і олігосахариди (сахароза, мальтоза, рафіноза). Найважливіші вуглеводи, що містяться у борошні, представлені на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Основні вуглеводи борошна

Житнє борошно містить значно більше цукрів, ніж пшеничне, а саме - від 3,6 до 5,7 % на сухі речовини, залежно від сорту борошна.

Крохмаль є основною складовою борошна. У пшеничному борошні масова частка крохмалю становить 56-70, у житньому - 55-65 % залежно від сорту. Оскільки весь крохмаль знаходиться в ендоспермі зерна, сортове борошно містить його більше, ніж обойне. У борошні крохмаль знаходиться у вигляді різних за розміром (від 0,002 до 0,17 мкм) крохмальних зерен сферичної, овальної чи неправильної форми. Поряд з цілими зернами є частина зерен, ушкоджених під час помелу.

Крохмаль – неоднорідна речовина, до його складу входять два полісахариди - амілоза і амілопектин. У пшеничному крохмалі міститься в середньому 25 % амілози і 75 % амілопектину. Амілоза та амінопектин складаються із залишків глюкози (С₆Н₁₀0₅), але мають різну хімічну будову. Молекула амілози складається з кількох паралельних довгих нерозгалужених спіралеподібних ланцюжків. Молекулярна маса амілози може коливатись від 20 тис. до 1 млн.

Молекула амілопектину дуже розгалужена. В основі її структури лежать окремі ланцюжки із залишків глюкози. Амілопектин у гарячій воді набухає, утворюючи в'язкий клейстер, розчиняється лише під тиском, з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення. Сам крохмаль з розчином йоду дає синє забарвлення. Ця властивість використовується при перевірці повноти відмивання його від клейковини. Крохмаль у холодній воді тільки набухає.

Порівняно з крохмалем пшеничного борошна крохмаль житнього борошна має значно більшу гідрофільність. Швидкість зв'язування крохмалем води зростає з підвищенням температури. Пшеничний крохмаль клейстеризується при температурі 62-65, житній - 55-57, кукурудзяний - 66-70 С. Утворений крохмалем клейстер з часом старіє. Спостерігається явище синерезису. Клейстеризовані крохмальні зерна віддають воду, зменшуються в об'ємі, відбувається процес їх переходу з аморфного стану до початково-кристалічного, тобто ретроградація крохмалю. Клейстер житнього крохмалю старіє повільніше, ніж пшеничного. Молекула крохмалю деполімеризується під дією ферментів - - і -амілази. Під дією -амілази утворюються високомолекулярні декстрини і мальтоза.

Клітковина. Клітковина або целюлоза складається із залишків -D-глюкопіраноз, з’єднаних β-глюкозидним зв’язком, утворює структурну основу оболонок рослинних клітин.

Пентозани - це полісахариди, що складаються в основному з пентоз - ксилози і арабінози. Вони містять також залишки гексоз. Пентозани мають підвищену здатність до гідратації, сильно виражені колоїдні властивості. Пентозани відіграють значну роль у формуванні структурно-механічних властивостей житнього тіста. Дріжджами вони не зброджуються, організмом людини не засвоюються.

Азотисті речовини борошна. Азотисті речовини борошна представлені білками і небілковими речовинами. Основну частину азотистих речовин складають білки, рис. 1.2.

Рис. 1.2. Основний склад азотистих речовин борошна

Класифікація білків. За складністю будови білки ділять на протеїни і протеїди.

Протеїни - це прості білки, у процесі гідролізу вони утворюють тільки амінокислоти. Протеїди являють собою сполуку простого білка з якоюсь речовиною небілкової природи, під час гідролізу окрім амінокислот дають інші сполуки. Протеїни розподіляють на чотири групи залежно від розчинності: альбуміни, глобуліни, проламіни, глютеліни.

Глютеліни - білки, розчинні у слабких розчинах лугів (0,2-2,0%).

Вміст білків у зерні та борошні. Масова частка білків у пшеничному борошні становить 10,3…12,5 %, житньому – 6,9…10,7 % і залежить від вмісту їх у зерні, з якого воно виготовлене. Масову частку білків у борошні можна встановити, визначивши в ньому масову частку азоту і помноживши її на коефіцієнт 5,67.

Якщо оцінювати амінокислотний склад білків борошна, то у ньому містяться всі вісім незамінних амінокислот, але амінокислотний склад білків борошна не збалансований за масовою часткою лізину, треоніну, триптофану та метіоніну. Білки житнього борошна порівняно з пшеничним містять більше незамінних амінокислот і особливо лізину.

Фізико-хімічні властивості білків. Білки борошна мають значну гідратаційну здатність. Воду вони зв’язують осмотично. У тісті білки утримують 2-3-кратну кількість води відносно своєї маси. Внаслідок цього молекули білків збільшуються в об'ємі. Деякі білки здатні набухати необмежено і утворювати колоїдні розчини.

Білки пшеничного борошна гліадин і глютенін поглинають воду, набухають, злипаються і утворюють пружну, еластичну масу - сиру клейковину. Вологість сирої клейковини - 65-70 %, масова частка СР - 35-30 %. Її гідратаційна здатність (кількість води, поглинутої відносно сухої маси білку) складає 170-250 %. Оптимальна температура для набухання білків - 30 С. Клейковина, що утворюється у процесі змішування борошна з водою, формує структуру тіста. Вона є важливим фактором хлібопекарських властивостей пшеничного борошна. Білки житнього борошна швидко набухають у воді. Частина їх здатна набухати необмежено (пептизуватись), переходити у колоїдний розчин, що обумовлює його в’язкість.

Важливою властивістю білків борошна є денатурація. За певних умов змінюється внутрішня будова поліпептидних ланцюгів білків і вони втрачають гідрофільні властивості, із розчинних стають нерозчинними. При цьому хімічний склад їх залишається незмінним. Білки денатурують внаслідок дії високої температури, ультрафіолетового опромінювання, дії сильних кислот, солей важких металів, деяких інших факторів.

Термічна денатурація характерна для білків зерна під час його сушіння при підвищеному температурному режимі. Більшість білків зерна денатурує при температурі 60-70 С. Денатурація білків, що відбувається у процесі випікання тістових заготовок, обумовлює перетворення тіста у хліб. Денатурація білків спостерігається й у процесі зберігання виробів: білки старіють, їх структура ущільнюється, знижується здатність до набухання, розчинності, гідролізу. Це явище спостерігається при черствінні хліба.

Під дією кислот і протеолітичних ферментів білки борошна здатні гідролізуватись з утворенням полі- та дипептидів і амінокислот.

Небілкові азотисті речовини борошна. До небілкових азотистих речовин належать вільні амінокислоти, речовини, що утворюються у процесі гідролітичного розщеплення білкових речовин, а також аміди кислот, солі азотної та азотистої кислот тощо. зерно містить 1-3 % небілкових речовин, вони зосереджені в основному в алейроновому шарі та зародку.

Ліпіди борошна (італійське lipos – жир). Під цією назвою об'єднана група органічних сполук, нерозчинних у воді, розчинних у органічних розчинниках, таких як бензин, толуол. В основі будови цих сполук лежать жирні кислоти. У пшеничному борошні залежно від сорту ліпідів міститься 1,4…2,3, у житньому – 1,6…2,7 %. Розпізнають прості ліпіди та складні. Найрозповсюдженішою групою простих ліпідів є ацилгліцерини (або гліцериди). Їх називають жирами чи оліями.

Жири. За хімічною природою жири - це в основному суміш складних ефірів триатомного спирту гліцерину і високомолекулярних жирних кислот. До складу жирів борошна входять, головним чином, ненасичені жирні кислоти, тому при зберіганні борошна жир легко розкладається, що може викликати порчу борошна (згіркнення). У зерні жири містяться в основному у алейроновому шарі та зародку. Тому борошно високих виходів містить більше жиру, ніж низьких. У пшеничному і житньому борошні різних сортів міститься 0,9-2,1 % жиру.

До жироподібних речовин відносяться фосфоліпіди, деякі вітаміни, пігменти. В складі фосфоліпідів поряд з жирними кислотами, гліцерином міститься фосфорна кислота, азотисті речовини.

Мінеральні речовини борошна. Сполуки, які залишаються в золі борошна після спалювання, називають мінеральними. Загальну їх кількість називають сирою золою. У складі золи мінеральні речовини знаходяться у вигляді нелетких оксидів: Р₂О₅, К₂0, СаО, Мg0. Основну масу мінеральних речовин становлять макроелементи. Це - кальцій, фосфор, натрій, калій, магній, сірка, хлор. У загальній кількості мінеральних речовин борошна макроелементи складають 99,9 %.

Поряд з макроелементами у борошні є елементи, масова частка яких становить тисячні та стотисячні частки процента від його маси (10^-3...10^-5). Це мікроелементи: залізо, йод, мідь, фтор, цинк, кобальт, марганець, молібден та інші.

Вітаміни борошна. Вітаміни є низькомолекулярними біологічно активними сполуками органічної природи, які у малих дозах необхідні для життєвих процесів. У борошні містяться у різній кількості вісім водорозчинних вітамінів: тіамін (В₁), рибофлавін (В₂), ніацин (РР), піридоксин (В₆), біотин (Н), аскорбінова кислота (С), пантатенова кислота (В₃), інозит. Найбільша частка від загальної кількості вітамінів борошна належить вітамінам В₁, В₂ і РР.

Ферменти борошна. Амілази борошна. Амілази каталізують гідроліз крохмалю борошна. Розпізнають три амілази: -амілазу, -амілазу і глюкоамілазу. Як -амілаза, так і -амілаза каталізують лише розщеплення -1,4-глюкозидних зв’язків і не можуть гідролізувати -1,6-глюкозидних зв’язки. Проте вони відрізняються між собою за характером дії на амілозу і амілопектин та оптимальними параметрами активності. Для -амілази характерне неупорядковане розщеплення амілози і амілопектину, тоді як для -амілази – ступеневе.

При дії -амілази на амілозу її макромолекула спочатку розпадається на декстрини середнього розміру зі ступенем полімеризації 6-10 (-декстрин), які в подальшому розщеплюються на низькомолекулярні декстрини і мальтозу. При дії -амілази на амілозу може відбутися також відрив одного, двох або трьох глюкозних залишків. Таким чином, -амілаза здатна повністю перетворити амілозу в мальтозу, мальтотріозу і невелику кількість глюкози. При дії -амілази на амілопектин крохмалю утворюється мальтоза і низькомолекулярні декстрини з 5-8 глюкозидними зв’язками. -амілаза послідовно відщеплює від амілози і амілопектину ланки мальтози. Лінійна макромолекула амілози -амілазою повністю гідролізується до мальтози.

Амілази відіграють значну роль у технології приготування хліба. У процесі переробки пшеничного борошна з непророслого зерна -амілаза забезпечує в тісті накопичення мальтози, необхідної для життєдіяльності мікрофлори тіста, а також реакції меланоїдіноутворення під час випікання хліба.

-фруктофуранозидаза (сахараза, інвертаза) каталізує сахарозу на глюкозу і фруктозу:

С₁₂Н₂₂0₁₁ + Н₂0  С₆Н₁₂0₆ + С₆Н₁₂0₆

сахароза глюкоза фруктоза

Цей фермент каталізує також розщеплення рафінози на фруктозу і дисахарид мелібіозу.

Протеолітичні ферменти. Під дією протеолітичних ферментів протеаз (протеїназ і пептидаз) відбувається гідролітичне розщеплення білків. Воно характеризується розривом пептидного зв’язку. У пшеничному тісті протеїнази борошна проявляють слабку дію і обумовлюють тільки частковий протеоліз білків без значного накопичення водорозчинних речовин. Ефективність їх дії значно залежить від податливості білків. Початковим ефектом дії протеїназ є дезагрегація білку, порушення його четвертинної та третинної структури.

Активність протеїназ значно підвищується у присутності відновників, наприклад глютатіону, який міститься в дріжджах. Оскільки оптимальна температура дії протеїназ 45-47 С, у перший період випічки спостерігається найсильніше розщеплення білків, в тісті, що випікається, накопичуються пептони, поліпептози, амінокислоти.

Ліпази каталізують розщеплення жирів з приєднанням води і утворенням жирних кислот.

Фермент може гідролізувати жир з відщепленням однієї, двох або трьох молекул жирної кислоти. Рослинні ліпази відщеплюють спочатку один, потім другий і далі третій кислотні залишки.

Ліпоксигеназа каталізує окислення киснем повітря ненасичених жирних кислот. При цьому утворюються гідропероксиди. Гідропероксиди є дуже сильними окислювачами і справляють окислювальну дію на білково-протеїназний комплекс борошна, покращують його якість.

Поліфенолоксидаза (тирозиназа). Тирозиназа каталізує окислення амінокислоти тирозину. В результаті цієї реакції утворюються темнозабарвлені речовини – меланіни, які обумовлюють потемніння м’якушки хліба із сортового борошна.