2.1. Вплив білків і крохмалю муки на властивості тіста

Білки муки. Поряд з водо- і солерозчинними білками, що створюють в тісті колоїдні розчини, в муці містяться обмежено розчинні (що набухають) білки-проламіни (гліадін) і глютеліни (глютенін). Ці білки є полімерами і складаються з залишків α-амінокислот. Полімерні молекули білків, що мають фізіологічну цінність, складаються з 20 амінокислот.

Наявність в молекулах білків полярних і неполярних груп атомів додає їм властивості поверхневої активності, високій реакційній здатності. У тісті білки взаємодіють з водою, вуглеводами, жирами. Складна будова, міцні зв'язки додають білкам значну пружність і міцність. Вміст неполярних атомних груп, що володіють слабкими дисперсійними зв'язками, забезпечує високу еластичність білків.

Гідрофільні властивості білка пояснюються наявністю в молекулах багаточисельних іонних і полярних атомних груп і здатністю при оводнені механічно захоплювати значну кількість вільної вологи. Поглинання води білковими речовинами відбувається в дві стадії.

На першій стадії набухання зв'язуються незначні кількості води за рахунок активності гідрофільних груп частин муки і утворюються водні сольватні оболонки. Взаємодія води з гідрофільними групами відбувається не лише на поверхні частин муки, але і в об'ємі. Процес на першій стадії протікає з виділенням теплоти (екзотермічно). Кількість утримуваної води незначна – близько 30% – і не приводить до великого збільшення об'єму частин.

Основне скріплення білками води відбувається на другій стадії – понад 200% за рахунок так званого осмотичного набухання. Воно полягає в тому, що молекули води в результаті дифузії проникають всередину частин клейковини. Друга стадія набухання супроводжується значним збільшенням об'єму частин муки і минає без виділення тепла.

Важливою властивістю гідратованих молекул білків є зміна форми молекул, або денатурація, в умовах прогрівання, перемішування, збиття, а також хімічних дій окислювачів, відновників і ін. Денатурація гідратованих білків може бути як оборотною, так і необоротною. Вона залежить від інтенсивності фізико-хімічної дії на білки.

Механічні дії на молекули білка приводять до деформації і орієнтації в плоскості напряму цих дій. Вони утворюють в об'ємі структури волокна і плівки, стабілізуючи (емульсуючи) водно-жирові структури. При збитті у присутності повітря молекули білка орієнтуються на поверхні розділу фаз «рідина-повітря», утворюючи піноподібні структури. При цьому вони витягуються і денатуруються.

При інтенсивному прогріванні гідратованих молекул білків відбувається необоротна денатурація білків. Цей процес відбувається при випічці. Механічні властивості гідратованих і денатурованих білків міняються. З м'яких пружно-еластичних гідратованих гелів вони перетворюються на жорсткі, пружні, міцні гелі, майже позбавлені пластичності (текучі).

Пшеничні білки (гліадін і глютенін), що набухають у воді, можуть відмиватися з тіста водою в частково денатурованому вигляді, утворюючи клейковину. Таким чином, набряклі у воді фракції білків злипаються, утворюючи сильно набряклий колоїдний холодець – клейковину.

При виробленні кондитерських виробів потрібна мука з різною якістю клейковини.

«Сила муки» характеризує здатність муки утворювати тісто з певними фізичними властивостями, які виявляються в результаті замісу і подальшої технологічної обробки.

«Сильною» прийнято називати муку, що зв'язує при замісі тіста нормальної консистенції велику кількість води. Тісто з «сильної» муки здатне стійко зберігати свої фізичні властивості в процесі замісу і подальшої обробки. Муку з сильною клейковиною рекомендується використовувати при виробленні листкових і заварних виробів (листкові торти і тістечка, заварні тістечка типа Еклер).

«Слабкою» називають муку, що зв'язує при замісі тіста нормальної консистенції малу кількість води. Тісто з «слабкої» муки в процесі замісу і технологічної обробки швидко змінює свої фізичні властивості у напрямі розслаблення консистенції. Муку зі «слабкою» клейковиною рекомендується використовувати при виробленні затяжного печива, вафельних листів і ін.

«Середня» по силі мука займає проміжне положення. Вміст сирої клейковини в муці визначають відмиванням її з тіста, що отримується при певному співвідношенні муки і води. При відмиванні віддаляється майже весь крохмаль і основна частка водорозчинних речовин муки.

Структура борошняного тіста обумовлена не лише кількістю білків, але, головним чином, їх структурою і механічними властивостями. Ці властивості впливають на здатність білків муки утримувати різну кількість води, тобто на водопоглинальну здатність муки. Одна частина білків муки при набуханні в холодній воді може утримувати 2-2,5 частин води, тобто кількість утримуваної води перевищує в 2-2,5 разу масу білків.

На водопоглинальну здатність муки впливає її дисперсність, тобто розмір частинок. Із зменшенням розміру частин збільшується питома поверхня в одиниці маси муки, тому може бути адсорбційний більше зв'язано води. Поглинання води частинками з дрібними розмірами відбувається значно швидше.

На властивості білків муки, їхню молекулярну масу, структуру клейковини, механічні властивості роблять вплив природні властивості і умови дозрівання зерна, вихід муки, її дисперсність. Структура сирих білків клейковини впливає не лише на властивості тіста, але і на вихід і властивості виробів. На ці показники істотний вплив роблять також крохмаль і інші сполуки муки, наприклад клітковина.

На властивості тіста роблять вплив водо- і солерозчинні білки, що володіють великою гідрофільністю. Це виявляється в структурно-механічних властивостях тіста. Колоїдні розчини цих білків володіють високою еластичністю, поверхневою активністю. З цим пов'язана їхня здатність пластифікації, піноутворення і стабілізації сполук структури тіста. Структуру білків і борошняного тіста пластифікують також продукти гідролізу білків, розчинні у воді пептиди і амінокислоти.

Оптимальним для набухання білків в кондитерському тісті є температурний інтервал – 22-40°С. При збільшенні температури набухання підвищується.

З підвищенням температури до 50°С у водному середовищі добре набухає крохмаль. При 70°С і вище крохмаль зачинає клейстеризуватися, збільшується об'єм крохмальних зерен. Це показує, що білки і крохмаль мають різний температурний оптимум набухання, що пояснюється різною молекулярною масою і будовою молекул білка і крохмалю, не дивлячись на те, що і білки, і крохмаль є високомолекулярними сполуками – колоїдами.

Крохмаль за кількісним вмістом у муці займає перше місце. При вмісті в муці близько 10-12% білкових речовин вміст крохмалю досягає 60-65% і більш, при загальному вмісті вуглеводів близько 74%, тобто вміст крохмалю більш ніж в 6 разів перевищує вміст білка.

Крохмалем є полімерна сполука, що складається з залишків моноцукру α-глюкози. Молекули крохмалю утворюються в процесі синтезу в клітинах тканин зерна у вигляді шаруватих агрегатів – зерен (гранул), що мають округлу, лінзоподібну або іншу форму. Розмір їх в поперечнику складає від декількох одиниць до десятків мікрометрів.

При помелі зерна крохмаль переходить в муку. У зерні крохмалю завжди присутні речовини ліпідної природи, міцно пов'язані з ним, які створюють комплекси. Ліпіди представлені в значній мірі фосфоліпідами. Зерно крохмалю складається з двох фракцій: амілози і амілопектину. Амілозу утворюють ланцюгові молекули крохмалю у формі достатньо зігнутих спіралей, які утворюють лінійну форму. В амілопектині вони утворюють форму ланцюгових молекул, що гілкуються. У пшениці й жита вміст амілози коливається в межах 20-25%, амілопектину – 75-80%.

Амілоза і амілопектин мають різні властивості. Їх співвідношення впливає на властивості тіста. Амілоза міститься усередині крохмальних зерен. Зовнішню оболонку утворює амілопектин. Амілопектин характеризується більшою величиною часток і більшою молекулярною масою.

Молекули амілопектину стійкіші до набухання у воді і хімічних дій. При взаємодії крохмалю з гарячою водою амілопектин лише набухає, амілоза розчиняється. При подальшому охолоджуванні крохмального клейстеру амілоза разом з амілопектином утворює холодці високої пружності і в'язкості, в киплячій воді амілопектин утворює в'язкий клейстер, тоді як амілоза не володіє здатністю давати в'язкі розчини.

Клейстеризовані повністю гарячою водою охолоджені холодці крохмалю мають аморфну структуру і можуть містити до 25% води. Клейстеризовані крохмальні зерна швидше, ніж неклейстеризовані, гідролізуются амінолітичними ферментами. При цьому утворюється декстрин і цукри.

У холодцях крохмалю при зберіганні протікають процеси ретроградації (рекристалізації) амілози, ущільнення, зміцнення структури амілопектину зі звільненням частини захопленої води. Відбувається нерівномірна усадка холодців в об'ємі, яка супроводжується утворенням тріщин, крошивістю, зменшенням здатності намокати і набухати в холодній воді. Це є однією з причин обмеженого введення крохмалю в рецептури виробів.

При гідратації холодною водою зерна крохмалю адсорбують не більше 30-40% води, тобто одна частина крохмалю може утримати 0,3-0,4 частин води. При нагріванні суспензії крохмалю молекули води, проникаючи в зерна крохмалю, що клейстеризується, збільшують їх в об'ємі.

Набухання крохмалю, подібно до набухання білків, протікає в дві стадії. На першій стадії відбувається адсорбція молекул води па поверхні частинок муки за рахунок активності гідрофільних груп колоїдів. На другій стадії набухання носить осмотичний характер.

Здібність крохмальних зерен муки до поглинання вологи залежить від багатьох чинників. Одним із них є часткове діспергірування крохмальних зерен при помелі зерна на муку. Кількість пошкоджених крохмальних зерен підвищує гідрофільність крохмалю і інтенсивність його гідролізу амілолітичними ферментами. За рахунок пошкодження крохмальних зерен зростає водопоглинальна здатність муки.

Молекули крохмалю є реакційноздібними сполуками і активно взаємодіють з іонами металів, кислотами, окислювачами, поверхнево-активними речовинами. Так, хлорид натрію (куховарська сіль) підвищує температуру клейстеризації крохмалю, впливає на кінцеву в'язкість.

Збільшення жорсткості води також підвищує температуру клейстеризації крохмалю. Сорбція крохмалем іонів кальцію і магнію знижує в'язкість клейстеру і міцність крохмального холодцю. Заміна цих іонів на іон натрію збільшує механічні характеристики холодцю.

Із збільшенням концентрації холодців підвищується їх пружність, в'язкість, знижується еластичність, виявляється крихкість. ПАВ зменшують в'язкість і міцність холодців, затримують процес зміцнення при старінні. Малі добавки цукру підвищують, великі – знижують розчинність крохмалю.

Таким чином, при замісі тіста протікають колоїдні процеси взаємодії білкових речовин і крохмалю, муки з водою і утворення структури з набряклих ниток клейковини і зерен зволоженого крохмалю.

У кондитерському тісті зразкова рівна кількість вологи зв'язується білками і крохмалем.

Колоїдні процеси продовжуються при випічці тестових заготовок і приводять до отримання випечених напівфабрикатів, що мають структуру, утворену денатурованими білками і зневодненим крохмалем у присутності інших харчових речовин.