Тема 8. Випікання хліба

План лекції

1. Теплофізичні процеси у тістовій заготовці:

• зміна температури у тістовій заготовці;

• вологообмін у тістовій заготовці;

• зміна об’єму тістової заготовки.

2. Мікробіологічні процеси у тістовій заготовці.

3. Біохімічні та колоїдні процеси у тістовій заготовці.

4. Утворення забарвлення скоринки, смаку і аромату виробів.

5. Режими випікання.

6. Особливості випікання житнього і житньо-пшеничного хліба.

7. Визначення готовності хліба.

8. Втрати на упікання хліба.

Випікання є заключним етапом технологічного процесу, під час якого тістова заготовка перетворюється у виріб, придатний для споживання. У процесі випікання збільшується об’єм тістової заготовки, зменшується її маса, формується об’єм виробів, закріплюється їх форма, утворюються скоринка і м’якушка, забарвлюється поверхня, формується смак і аромат.

Це є наслідком теплофізичних, мікробіологічних, колоїдних, біохімічних, хімічних процесів, що відбуваються у тістовій заготовці під час випікання. В основі цих процесів лежить прогрівання тістової заготовки. Тепло передається тістовій заготовці випромінюванням від нагрітих до 300-400º С стінок і склепіння пекарної камери (80-85 %), конвекцією від пароповітряного середовища пекарної камери, прогрітого до 200-250º С, а також кондукцією (теплопровідністю) від нагрітого поду печі. Для випікання 1 т хліба необхідно близько 300-550 кДж. Ця теплота витрачається на прогрівання тістової заготовки до 180º С на її поверхні та 96-97º С у центрі м’якушки, і на випаровування вологи з неї. Тістова заготовка прогрівається поступово від поверхневих шарів до центру. В міру прогрівання кожного окремого шару до певної температури в ньому відбуваються ті процеси, для яких ця температура є оптимальною.

Теорія процесів випікання розроблена А.В.Ликовим, А.С.Гінзбургом, В.І. Маклюковим, а також українськими вченими А.А.Міхелєвим, О.Т.Лісовенком та ін.

Випікання тістових заготовок проводиться у хлібопекарських печах різної конструкції при стаціонарному або змінному температурному режимі, зі зволоженням пекарної камери або без нього. У сучасних хлібопекарських печах більшість видів хлібних виробів, окрім тих, нормативною документацією на які передбачена матова поверхня, чи поверхня, змащена яєчним мастилом, випікаються при змінному температурному режимі за зволоженням пекарної камери.

Теплофізичні процеси у тістовій заготовці. Зміна температури у тістовій заготовці відбувається пошарово. Тістова заготовка при посадці у піч має температуру 38-40º С, тоді як у зоні зволоження пекарної камери температура 100-140º С. Внаслідок різниці температур на поверхні заготовки починається конденсація пари. За 2-3 хв. перебування у цій зоні температура поверхні тістової заготовки підвищується до 70-80º С, а м’якушки - до 38-40º С.

При подальшому прогріванні тістової заготовки в зоні високих температур (230-280º С) починається випаровування вологи з її поверхні. Поверхневий шар прогрівається до температури 100 С, зневоднюється, і при температурі 105-115 С утворюється скоринка. За цей час температура в центральних шарах тістової заготовки досягає 50-60º С.

З утворенням скоринки припиняється приріст об’єму тістової заготовки. Щоб затримати цей процес, у першу зону пекарної камери подають пар, конденсація його на поверхні заготовки затримує утворення скоринки. Внаслідок різниці температур поверхневого і внутрішнього шарів виникає температурний градієнт. який обумовлює тепловий потік. спрямований від зовнішнього шару до центру. Цей потік тепла прогріває внутрішні шари заготовки, починається денатурація білків, клейстеризація крохмалю, утворення м’якушки. З часом шари тістової заготовки, що лежать безпосередньо під поверхневим, зневоднюються. Товщина скоринки збільшується.

Під скоринкою утворюється шар, який є граничним між скоринкою і м’якушкою. Досягнувши 100 С, температура цього шару не змінюється до кінця випікання. Це зона випаровування. Тепло у цьому шарі витрачається на випаровування вологи і прогрівання шарів тіста, що лежать нижче і перетворюються у м’якушку.

У третьому періоді випікання поверхня тістової заготовки прогрівається до температури ~ 150º С. Температура шарів м’якушки, близьких до центру, підвищується повільно і поступово. Температура центру під кінець випікання досягає лише 95-98 С.

Швидкість прогрівання тістової заготовки залежить від температури пекарної камери, відносної вологості її пароповітряного середовища, маси тістових заготовок, їх вологості, форми, розпушеності. Швидше прогріваються заготовки, що мають плоску форму, вищу вологість, меншу масу, краще розпушені.

Підвищення температури пекарної камери призводить до інтенсифікації прогрівання тістової заготовки. Але воно можливе лише до певної межі, інакше це може призвести до непропеченості м’якушки, засмаглої скоринки хліба.

Вологообмін у тістовій заготовці. Під час прогрівання тістової заготовки в ній відбувається зовнішній вологообмін між тістовою заготовкою і пароповітряним середовищем пекарної камери, а також внутрішній тепломасообмін, тобто переміщення вологи у середині самої заготовки.

Внаслідок зовнішнього вологообміну на поверхні холодної тістової заготовки конденсується волога. При цьому маса заготовки збільшується на 1,3 % від початкової. Інтенсивність конденсації пари залежить від ступеню зволоження пекарної камери та температури у зоні зволоження. При подальшому прогріванні тістової заготовки сконденсована волога випаровується з поверхневого шару заготовки, а потім з шарів, що лежать під ним. Маса тістової заготовки починає зменшуватись.

Внутрішній перенос вологи у тістовій заготовці відбувається під дією двох факторів:

- градієнта вологості, який виникає внаслідок різниці в концентрації вологи в різних шарах заготовки і обумовлює переміщення вологи з шарів з більшою вологістю до шарів з меншою вологістю, тобто від шарів центральної частини заготовки у бік зони випаровування;

- температурного градієнта, який виникає внаслідок різниці температур у шарах тістової заготовки і викликає термодифузію вологи з шарів з більш високою температурою до шарів з нижчою температурою, тобто від зони випаровування до центру.

Потік вологи, викликається термодифузією, перевищує потік концентраційної дифузії вологи, внаслідок цього вологість центральних шарів м’якушки збільшується на 1,5-2,0 % порівняно з вологістю тіста. Під кінець випікання загальна маса готового виробу зменшується порівняно з масою тістової заготовки в основному за рахунок втрат вологи в скоринці.

У процесі прогрівання тістової заготовки втрата нею вологи відбувається з різною швидкістю. У другий період випікання, тобто у період інтенсивного прогрівання, спостерігається змінна швидкість випаровування вологи. Більш швидко випаровується вода, сконденсована на поверхні заготовки, повільніше - з макро- і мікрокапілярів, адсорбційно зв’язана волога поверхневих шарів.

Після утворення міцної скоринки інтенсивність випаровування води ще більше знижується, швидкість випаровування стає постійною. В цей період випаровується волога, що надійшла в зону випаровування з центральної частини тістової заготовки.

Зміни об’єму тістової заготовки. Готовий хліб має об’єм на 10-30 % більший за об’єм тістової заготовки перед посадкою в піч.

У перший період випікання до утворення скоринки об’єм заготовки швидко збільшується. Зростання об’єму зумовлене продовженням спиртового бродіння, виділенням частини СО₂, що міститься у тісті в розчині, тепловим розширенням парів води, спирту і газів.

З утворенням скоринки об’єм заготовки стає постійним.

Мікробіологічні процеси у тістовій заготовці. При прогріванні тістової заготовки життєдіяльність її мікроорганізмів спочатку значно активується, а потім інактивується. Цей процес відбувається пошарово, залежно від досягнутої температури у відповідному шарі тістової заготовки

При температурі 35-40 С дріжджові клітини інтенсивно зброджують цукри. Диоксид вуглецю і спирт, що виділяються при бродінні, сприяють подальшому розпушенню тістової заготовки, збільшенню її в об’ємі. При 45 С життєдіяльність дріжджів різко знижується, а при температурі біля 60 С вони відмирають.

Температура 35-40 С є оптимальною для розвитку мезофільних бактерій, а 48-54 С - термофільних молочнокислих бактерій. Внаслідок активізації бактеріальної мікрофлори накопичуються кислоти та інші продукти їх життєдіяльності, що сприяє покращанню смакових якостей виробів.

При підвищенні температури тістової заготовки частина летких органічних кислот, що містяться в ній, звітрюється, частково звітрюється розчинений у рідкій фазі тіста СО₂. Внаслідок цього випечений хліб має нижчу кислотність, ніж тістова заготовка. У процесі випікання звітрюється частина спирту (50-80 % від його вмісту в тісті перед випіканням).

При температурі близько 75 С бактерії відмирають.

Біохімічні та колоїдні процеси. Під час випікання внаслідок прогрівання тістової заготовки і дії ферментів змінюється стан біополімерів тіста: крохмалю, білків, пентозанів.

Зміни стану білків. При нагріванні в інтервалі температур 40-60 С атакуємість білків ферментами наростає. У заготовці збільшується вміст водорозчинних білків. При температурі 60-70 С відбувається теплова денатурація білків.

У процесі денатурації білки виділяють воду, структура їх ущільнюється, вони втрачають еластичність.

Денатуровані клейковинні білки утворюють жорсткий каркас хліба, в який вкраплені клейстеризовані зерна крохмалю.

Від швидкості коагуляції білків залежить фіксація форми тістової заготовки.

Під час прогрівання тістової заготовки до 60-70ºС інтенсифікується гідроліз білків протеїназою, накопичуються низькомолекулярні білкові речовини, які беруть участь у реакції меланоїдиноутворення. При 80-95 С протеїназа інактивується.

Зміни стану крохмалю. З підвищенням температури у шарах тістової заготовки зростає інтенсивність набухання зерен крохмалю. При досягненні температури 60-70 С відбувається його клейстеризація. Відомо, що для повної клейстеризації зерна крохмалю необхідно мати майже 10-кратну кількість води по масі. В умовах тіста при випіканні крохмаль не може клейстеризуватися повністю, клейстеризуються лише поверхневі шари крохмальних зерен, які водночас поглинають воду, сконденсовану на поверхні тіста, і воду, вивільнену білками при термічній денатурації.

Внаслідок недостатньої кількості води клейстеризація відбувається повільно, і лише з підвищенням температури до 93-99 С кількість зерен з клейстеризованим поверхневим шаром зростає майже до 100.

Клейстеризація крохмалю в умовах, коли води обмаль, сприяє утворенню сухої, еластичної м’якушки хліба.

Клейстеризований крохмаль легко деполімеризується під дією амілаз з утворенням декстринів і цукрів. У тістовій заготовці накопичуються водорозчинні речовини. Це впливає на властивості м’якушки.

При наявності у тісті активної -амілази, під її дією накопичуються низькомолекулярні декстрини, і м’якушка хліба з такого борошна виходить липка.

У пшеничній тістовій заготовці температурний оптимум -амілази знаходиться у межах 62-64 С, -амілази – 70-74 С. -амілаза повністю інактивується приблизно при 82-84 С, -амілаза зберігає у певній мірі свою активність навіть при 97-98 С. Тобто, у певному проміжку температур у кожному шарі тістової заготовки -амілаза залишається активною, коли -амілаза вже інактивована. Це призводить до накопичення великої кількості низькомолекулярних декстринів, внаслідок чого погіршуються її структурно-механічні властивості.

Активність амілаз значно залежить від кислотності середовища.

При підвищенні кислотності до рН 4,5-4,6 -амілаза інактивується вже в перші хвилини випікання.

Внаслідок того, що кислотність тіста із житнього сортового борошна у 2-3 рази вища за кислотність тіста із пшеничного сортового борошна того ж виходу, інактивація амілаз відбувається при більш низьких температурах. Так, у процесі випікання хліба із житнього обойного борошна (кислотність тіста 10-12 град) -амілаза інактивується при 60, -амілаза – при 71 С.

У житніх тістових заготовках, що випікаються, спостерігається кислотний гідроліз крохмалю, внаслідок якого вміст водорозчинних сполук і декстринів у житньому хлібі збільшується. У процесі випікання високомолекулярні пентозани частково гідролізуються з утворенням водорозчинних пентозанів і пентоз.

Основним цукром м’якушки є мальтоза (50 % від вмісту всіх цукрів). Поряд з мальтозою у м’якушці міститься невелика кількість галактози, ксилози і арабінози. Гексози і пентози, що накопичуються в тістовій заготовці, беруть участь у реакції меланоїдиноутворення в процесі випікання, що обумовлює формування кольору скоринки.

Забарвлення скоринки, смак і аромат виробів. Характерною ознакою готовності виробу є колір його скоринки. Залежно від сорту борошна і виду виробів він буває від золотистого до темно-коричневого.

Однією з причин потемніння скоринки є карамелізація цукрів і продуктів гідролізу крохмалю під дією високої температури і зневоднення скоринки. Але основною причиною забарвлення скоринки хліба є утворення темнозабарвлених сполук внаслідок реакції меланоїдиноутворення. Реакція меланоїдиноутворення - це окисно-відновна взаємодія редукувальних цукрів і продуктів гідролітичного розпаду білків з утворенням темнозабарвлених речовин – меланоїдинів.

Для одержання забарвленої скоринки необхідно, щоб у тісті перед випіканням містилось не менше 2,5-3 % незброджених цукрів.

Оскільки у житньому тісті більше цукрів і продуктів гідролізу білків житні сорти хліба мають темніше забарвлення, ніж пшеничні.

Реакція Майяра протікає з утворенням понад 50 різних проміжних продуктів, серед яких – фурфурол, оксиметилфурфурол, альдегіди, кетони тощо.

Меланоїдини і проміжні продукти, особливо леткі альдегіди, надають хлібним виробам специфічного смаку і аромату. Частина ароматоутворювальних сполук, що утворились у скоринці, мігрує у м’якушку.