2.4. Зміни хлібопекарських властивостей борошна під час дозрівання і зберігання

План лекції

1. Дозрівання борошна.

2. Роль ліпідів у дозріванні борошна.

3. Вплив інших факторів на дозрівання борошна.

4. Псування борошна.

5. Водопоглинальна здатність борошна.

Свіжезмелене борошно, має низькі хлібопекарські властивості та характеризується як слабке за силою. З часом у процесі зберігання його хлібопекарські властивості покращуються. Процес поліпшення хлібопекарських властивостей свіжезмеленого борошна при зберіганні характеризується терміном - дозрівання борошна.

Борошно, що недозріло, має слабку клейковину, низьку водопоглинальну здатність, підвищену активність ферментів, високу автолітичну активність. Особливо гострою є необхідність дозрівання свіжезмеленого борошна із зерна нового урожаю.

Причиною поліпшення хлібопекарських властивостей борошна під час дозрівання є процеси, що відбуваються в ньому під впливом ферментів, кисню повітря, зміни вологості тощо. Характер та інтенсивність цих процесів залежать від сорту борошна, умов зберігання: температури, відносної вологості, освітлення, повітрообміну, терміну зберігння.

У процесі дозрівання змінюються вологість борошна, кислотність. колір. склад ліпідів, білків, вуглеводів. активність ферментів, відбуваються глибокі зміни у стані білково-протеїназного комплексу борошна, який визначає його силу.

Розпізнають три періоди у зміні якості борошна під час зберігання: період дозрівання, під час якого якість борошна помітно поліпшується; період стабільної якості та період погіршення якості, а у разі надмірно тривалого зберігання, особливо у несприятливих умовах, борошно псується, проявляється згіркнення, прокисання, злежування, пліснявіння.

Зразу після помелу відбувається перерозподіл вологи по всій масі борошна. При зберіганні вологість борошна може знижуватись або зростати залежно від вихідної вологості борошна і параметрів повітря у приміщенні. Між відносною вологістю повітря і вологістю борошна встановлюється рівновага, тобто борошно набуває рівноважної вологості. При рівноважній вологості тиск парів у капілярах борошна дорівнює тискові парів у навколишньому повітрі. Чим вища відносна вологість повітря, тим більша рівноважна вологість борошна. Практично при зберіганні борошна у мішках або бункерах вологість борошна змінюється дуже повільно.

Основним результатом періоду дозрівання є покращання сили борошна. Доведено, що ці зміни тісно пов'язані зі змінами у ліпідному комплексі борошна.

Роль ліпідів у дозріванні борошна. Ліпіди борошна - нестійкі сполуки, вони зазнають змін у результаті ферментативного гідролізу та окислення. При зберіганні тригліцериди (триацетилгліцерини) під дією ферменту ліпази гідролізуються з утворенням гліцерину (гліцеролу) і вільних жирних кислот.

Гідроліз відбувається по ефірному зв'язку з приєднанням води.

У жирних кислотах кількість подвійних зв'язків зменшується і накопичуються гідроксильні групи.

Глибина ферментативного гідролізу характеризується вмістом вільних жирних кислот, тобто величиною кислотного числа жиру.

Кислотне число визначається за кількістю мг КОН, необхідного для нейтралізації цих кислот в 1 г жиру.

При підвищеній вологості ліпаза активна навіть при температурі, нижчій за 0, вона інактивується при 80 С.

Гідролітичного розпаду зазнають також фосфоліпіди з утворенням гліцеридів, жирних кислот, фосфорної кислоти і азотистої основи. Накопичені жирні кислоти під дією ліпоксигенази окислюються з утворенням пероксидів і гідропероксидів. Продуктами їх розкладу є такі речовини, як вода, СО₂, СО, мурашина і оцтова кислоти, альдегіди, кетони тощо, які надають борошну неприємного смаку і запаху, відбувається згіркнення борошна.

Цей фермент особливо енергійно окислює саме вільні, а не зв’язані в тригліцеридах жирні кислоти, з утворенням гідропероксидів:

R…СН₂СН=СНСН₂СН=СНСН₂…СООН + О₂  R…СН₂СН=СНСН₂СН=СНСНСН₂…СООН



ООН

При зберіганні борошна реакції окислення жирів інтенсифікуються у часі. Це добре пояснює теорія ланцюгових реакцій Н.Н.Семенова. За цією теорією, окислення пов’язане з розвитком ланцюгової реакції через вільні радикали, що мають вільні валентності та підвищену реакційну здатність.

При утворенні пероксидів і гідропероксидів з’являються початкові вільні радикали. Вони можуть утворюватися внаслідок розриву найслабшого із ковалентних зв’язків. Ці радикали переходять у стійкий валентно-насичений стан, утворюючи при цьому нові продукти окислення та інші вільні радикали. Останні, маючи вільну валентність, як і попередні, утворюють нові сполуки і нові вільні радикали, тобто постійно збуджується ланцюгова реакція:

RH  R˚ + (H˚)

R˚ + O₂  RO₂˚; RO₂˚ + RH  ROOH + R˚

_________________________________

Чим більше накопичується пероксидів і гідропероксидів, тим більше збуджується нових ланцюгів окислення, тим активніше йде процес окислення, накопичуються продукти окислення: карбонільні (альдегіди, гліцероальдегіди) і карбоксилвміщуючі сполуки (мурашина, оцтова та інші кислоти), що погіршують смак і аромат. Швидкість реакції прискорюється під дією світла, температури, кисню, іонізуючого опромінювання. Реакція уповільнюється у присутності інгібіторів окислення (антиокислювачів). Природними антиокислювачами є токофероли, каротиноїди, фосфатиди та інші речовини.

При тривалому зберіганні в несприятливих умовах накопичується значна кількість продуктів розкладу жирів, борошно гіркне.

Сортове борошно містить менше жиру, ніж обойне, але гіркне швидше. Причиною цього є наявність у обойному борошні токоферолів, що мають властивості антиоксидантів.

Пероксиди, гідропероксиди жирних кислот мають окислювальну активність. Ці сполуки окислюють пігменти борошна, внаслідок чого воно світлішає, а також компоненти білково-протеїназного комплексу.

В молекулах білку сульфгідрильні групи SН окислюються з утворенням додаткових дисульфідних зв'язків. Структура білкової молекули ущільнюється, знижується податливість білків до дії протеїназ.

Накопичення у борошні активних продуктів гідролізу і окислення ліпідів зумовлює утворення ліпопротеїдів - продуктів взаємодії білків з цими сполуками. Збільшення вмісту ліпопротеїдів сприяє покращанню еластичності білків клейковини.

Ущільнення молекули білків унаслідок окислювальних процесів, зменшення активності ферментів і активаторів протеолізу, утворення додаткової кількості ліпопротеїдів обумовлюють зменшення у борошні вмісту сирої клейковини (вміст сухої клейковини залишається без змін), її гідратації, покращання пружності та еластичності, зменшення розтяжності. Особливо покращується якість клейковини слабкого за силою борошна. Через 1,5-2 місяці зберігання воно набуває властивостей середнього за силою.

При дуже інтенсивному гідролізі жирів, значному накопиченню пероксидів клейковина борошна значно укріплюється і може стати крихкою. Це спостерігається в борошні, що надмірно довго зберігалося і почало псуватись.

На швидкість дозрівання значно впливає наявність кисню. У безкисневій зоні укріплення клейковини відбувається значно повільніше.

Аерація борошна сприяє прискоренню його дозрівання, особливо підігрітим повітрям.

Окислювально-відновні процеси у борошні активізуються при прогріванні його інфрачервоним опроміненням, обробці газоподібними сполуками окислювальної дії (двоокис хлору, окисли азоту, озон).

Вуглеводно-амілазний комплекс при дозріванні та подальшому зберіганні борошна не зазнає суттєвих змін, які б помітно позначились на якості хліба. Внаслідок окислювальних процесів, які відбуваються в цей час у борошні, дещо ущільнюється міцела крохмалю, підвищується температура клейстеризації, знижується податливість його до дії ферментів. Це призводить до незначного зменшення цукро- і газоутворювальної здатності борошна. Вміст у борошні власних цукрів не змінюється.

Вплив інших факторів на процес дозрівання борошна. У період дозрівання у борошні спостерігається полімеризація водорозчинних пентозанів. Це обумовлює підвищення в’язкості їх розчинів, а, значить, і покращання фізичних властивостей тіста, тобто сили борошна.

Процеси, що відбуваються у борошні під час зберігання, супроводжуються підвищенням кислотності борошна.

У результаті біохімічних процесів при зберіганні накопичуються кислі продукти. Це вільні жирні кислоти – продукти ферментативного гідролізу жирів; кислі фосфати – продукти взаємодії вільних жирних кислот і лужних фосфатів; продукти життєдіяльності мікроорганізмів; фосфорна кислота, що виділяється під дією ферментів на фосфатиди і фітин борошна. Велику роль у підвищенні кислотності борошна відіграє фермент фітаза, який відщеплює фосфорну кислоту від фітину (інозитфосфорної кислоти). Оптимальними умовами для дії фітази є рН 5,5. Але основна роль у підвищенні кислотності належить жирним кислотам.

За величиною кислотності судять про свіжість борошна. При оцінці цього показника визначають загальну кислотність борошняної суспензії.

Кислотність борошна залежить від його виду і сорту. Вищу кислотність мають житні сорти і сорти борошна високих виходів.

Накопичення кисло реагуючих продуктів найбільш інтенсивно відбувається у перші 15-20 діб після помелу і становить долі градусу кислотності.

Нормальне борошно повинне мати титруєму кислотність у таких межах (град, не більше): пшеничне вищого сорту – 3,0; першого сорту – 3,5; другого сорту – 4,5; обойне – 5,0; житнє сіяне – 4,0; обдирне – 5,0; обойне – 5,5.

У процесі дозрівання і нормального зберігання колір борошна дещо світлішає. Причиною цього є окислення пігментів борошна: каротиноїдів, ксантофілів, хлорофілів. Ці речовини є ненасиченими сполуками і під дією пероксидів окислюються та знебарвлюються.

Оскільки незначне підвищення кислотності борошна при дозріванні та деяке зниження цукроутворюючої здатності не можуть суттєво вплинути на якість хліба, вважається, що основною причиною поліпшення хлібопекарських властивостей борошна після дозрівання є покращання його сили в результаті змін, що відбуваються в білково-протеїназному комплексі внаслідок окислювально-відновних процесів, ініційованих ферментами борошна і киснем повітря.

У свіжезмеленому житньому борошні відбуваються такі ж самі біохімічні, фізико-хімічні та мікробіологічні процеси, як і в пшеничному, але інтенсивність їх слабша. Основною причиною цього явища є присутність у житньому борошні антиокислювачів – токоферолу, каротиноїдів, які стримують інтенсивність окислювальних процесів.

Найбільше значення має процес полімеризації водорозчинних пентозанів, адже у житньому борошні вони разом з необмежено набухаючими білками утворюють в’язкі розчини, що обумовлюють формоутримуючу здатність тіста.

Внаслідок дозрівання житнього борошна дещо покращується здатність нерозчинних білків набухати, підвищується “число падіння”, незначно знижується автолітична активність борошна, зростає титруєма кислотність. Дозрівання борошна сприяє покращанню реологічних властивостей тіста, зменшується розпливаємість тістових заготовок.

Точно встановити термін дозрівання борошна важко. Вважається, що пшеничне сортове борошно при температурі 20  5 С дозріває за 1,5-2 місяці, обойне – за 3-4 тижні, житнє – за 2 тижні.

Свіжезмелене борошно до поставки його на хлібопекарське підприємство має декілька днів відлежуватись на борошномельному підприємстві. Останні повинні відпускати пшеничне сортове борошно через 5, житнє сортове – через 3, обойні сорти – через 2 доби після помелу. Згідно діючих нормативних документів, борошно з вологістю не більше 14,5 % при зберіганні в нормальних умовах повинно не втрачати якість протягом 1 року.

Причини псування борошна. Несприятливими умовами для зберігання борошна вважається відносна вологість повітря у складі, вища за 75-80 % і температура зберігання, вища за 25 С.

При надмірно довгому зберіганні у нормальних умовах або при зберіганні в несприятливих умовах борошно псується.

Борошно є сукупністю частинок живої тканини зерна, які зберігають здатність до біохімічних змін. Вони не мають оболонки і тому легко піддаються негативній дії вологи, кисню повітря, мікроорганізмів.

Клітини борошна під час зберігання мають здатність до газообміну. Борошно поглинає кисень і виділяє СО₂. За даними Є.Д.Казакова, 1 т свіжезмеленого борошна при температурі 10 С виділяє 6,4 г СО₂ за годину, а через місяць – 2,1 г. Газообмін у борошні є наслідком дихання частинок борошна, результатом хімічних окислювальних процесів (окислення ліпідів, каротиноїдів тощо), дихання мікроорганізмів.

Газообмін супроводжується виділенням певної кількості тепла, що призводить до підвищення температури борошна, його самозігрівання. Дихання - це процес окислення цукрів, відбувається за такою реакцією:

С₆Н₁₂О₆ +6О₂  6СО₂ + 6Н₂О + 2870 кДж

У процесі дихання беруть участь не лише цукри, а й органічні кислоти, білки, жири та інші сполуки. Волога, що виділяється, сприяє інтенсифікації процесу дихання. Воно відбувається тим інтенсивніше, чим вища вологість борошна. Підвищення вологості і температури створює умови для розвитку мікроорганізмів.

Самозігрівання відбувається в умовах пониженого теплообміну з оточуючим середовищем за типом ланцюгової реакції. Виникає в осередку маси з більш високою вологістю і передається на решту маси. Самозігрівання є також результатом низької теплопровідності борошна. При самозігріванні значно активізуються гідролітичні та окислювально-відновні процеси, що інтенсифікують псування борошна.

Мікроорганізми, що містяться в зерновій масі, під час помелу переходять у борошно. Середня кількість їх у борошні коливається від 210³ до 510⁶ клітин у 1 г. Чим вищий сорт борошна, тим менша кількість мікроорганізмів у ньому, і навпаки. У борошні з вологістю до 14 % постійно містяться вегетативні форми мікроорганізмів. При незначному підвищенні вологості (на 1—2 %) кількість бактерій і плісняви значно збільшується.

Продукти життєдіяльності мікроорганізмів сприяють прискоренню псування борошна. Найбільш поширеним мікробіологічним псуванням борошна є пліснявіння, згіркнення. Борошно з такими дефектами стає непридатним до споживання.

Водопоглинальна здатність борошна. Під час змішування з водою борошно поглинає певну кількість води. Властивість борошна зв’язувати воду характеризується поняттям водопоглинальна здатність (ВПЗ).

За показник водопоглинальної здатності прийнято вважати кількість води, яку спроможне поглинути борошно під час утворення тіста нормальної консистенції, тобто достатньо пружного, не липкого. Цей показник виражають у процентах до маси борошна.

Визначають ВПЗ за формулою

,

де х - ВПЗ; φ_в- маса води, поглинутої під час замішування тіста; φ_m - маса утвореного тіста.

Кількість води, яку здатне поглинути борошно, пов’язана з його хімічним складом, вмістом у борошні полімерів, здатних до набухання - білок, крохмаль, пентозани, клітковина, їх станом, з величиною площі поверхні адсорбування вологи. Тому ВПЗ залежить від сорту борошна, ступеню його зрілості, вологості, крупності частинок. Тонко подрібнене борошно з одного і того ж зерна однакового виходу має вищу водопоглинальну здатність. ніж крупне борошно, внаслідок більшої площі загальної поверхні частинок.

Середня водопоглинальна здатність борошна вищого сорту - 50, першого сорту - 52, другого сорту - 56, обойного - 60 % до маси борошна.

Більша ВПЗ борошна низьких сортів пов’язана із вмістом у ньому значної кількості оболонкових частинок і пентозанів, здатних зв’язувати більше води, ніж крохмальні зерна.

Борошно, яке пройшло нормальне відлежування після помелу, тобто в якому відбулися процеси визрівання, зв’язує води на 5-1% більше, ніж свіжезмелене.

Низьку ВПЗ має борошно, змелене із зерна пророслого, ушкодженого клопом-черепашкою або висушеного при високих температурах. У такому борошні порушені природні структури полімерів, внаслідок чого знизилась їх здатність зв’язувати воду. Тобто ВПЗ залежить від сили борошна.

ВПЗ залежить від виду борошна. Пшеничне обойне борошно має вищу ВПЗ, ніж житнє такого ж виходу внаслідок більшого вмісту в ньому білкових речовин і вищої їх гідратаційної здатності.

Чим нижча вологість борошна, тим більше воно поглинає води.

Але надмірно сухе борошно має низьку водопоглинальну здатність. Тому під час розрахунку рецептур, якщо фактична вологість борошна менша за 12 %, її прирівнюють до 12 %.

ВПЗ має велике технологічне значення, вона впливає на вихід тіста і хліба. Недодання 1 л води на 100 кг борошна знижує вихід хліба приблизно на 1,0 %.

Найбільш об’єктивно ВПЗ борошна можна визначити за допомогою валориграфа або фаринографа.