Биохимические процессы при хранении и переработке зерна и зернопродуктов

Зерно, как всякий живой организм, дышит, что имеет важное значение при его хранении. В зависимости от условий хранения в нем могут осуществляться два вида дыхания: аэробное и анаэробное (брожение). При достатке воздуха дыхание будет аэробным, а в условиях хранения без доступа воздуха будет иметь место брожение.

При аэробном дыхании расходуются сахар и кислород, а образуются углекислый газ и вода с выделением значительных количеств тепла.

При анаэробном дыхании также выделяется тепло, но в значительно меньших количествах и образуются те или иные продукты брожения.

Интенсивное дыхание зерна приводит к ряду нежелательных последствий. В частности, уменьшается сухая масса зерна, изменяется состав воздуха в межзерновом пространстве (кислорода становится меньше, углекислого газа – больше), накапливаются водяные пары, что приводит к увлажнению зерна, выделяется и накапливается тепло, что приводит к самосогреванию зерновой массы.

Интенсивность дыхания зависит от температуры и влажности зерна.Чем выше влажность зерна. тем оно интенсивнее дышит. При этом следует иметь в виду, что дыхание зерна усиливается, начиная с определенной величины влажности его.

Интенсивность дыхания нормального зерна слабее, чем морозобойного. Вследствие этого зерно морозобойное и с иными повреждениями хранить труднее, чем нормальное.

Интенсивность дыхания зависит также и от физиологического состояния, в частности о послеуборочного дозревания. Зерно, не прошедшее послеуборочное дозревание, дышит интенсивнее, чем то, которое прошло.

Усиленное дыхание зерна наряду с развитим микроорганизмов в зерновой массе является причиной его самосогревания, что приводит к потере семенных,мукомольных и хлебопекарных свойств зерна.

При хранении зерна в элеваторах и на складах часто наблюдается так называемое гнездовое самосогревание, ограниченное каким-либо участком зерновой массы. Чаще всего оно возникает вследствие перепадов температуры в зерновой массе.

Таким образом, важнейшее условие сохранности зерна – его низкая влажность, поэтому сушка зерновых масс представляет собой важнейшее мероприятие, позволяющее сохранить качество зерна при хранении. При сушке с соблюдением всех установленных требований не только не ухудшается, но даже может быть достигнуто его улучшение, что является следствием благоприятных изменений физико-химических и биохимических свойств зерна. Однако сильные воздействия тепла приводят к глубокой денатурации белков и резкому ослаблению ферментативной активности, что и приводит к ухудшению хлебопекарных качеств.

При сушке больших масс зерна продовольственного назначения и несоблюдении установленных режимов отдельные партии зерна в результате перегрева дают муку с очень низкими хлебопекарными достоинствами. Такая мука либо вовсе не дает клейковины,либо дает ее очень мало, причем клейковина сильно крошится и не эластична. Такая мука может быть использована только в смеси с мукой хорошего качества.

Биохимические процессы имеют также место и при хранении и переработке крупы и муки. И мука, и крупа являются продуктами, легко доступными воздействию микроорганизмов, влаги и кислорода. В отличие от зерна, являющегося живым и способным сопротивляться различным неблагоприятным факторам, мука и крупа – неживые продукты. Поэтому они и подвергаются порче интенсивнее,чем живой организм зерна.

Биохимические процессы при хранении муки и крупы в первую очередь проявляются в изменении липидов, главным образом жиров.

В муке при хранении интенсивно идет гидролиз жира при каталитическом действии фермента липазы.

На изменения биохимического характера, происходящие при хранении муки и крупы существенное влияние оказывает качество исходного сырья, т.е. зерна. Чем хуже качество зерна, тем оно больше подвергается неблагоприятным воздействиям, тем хуже оно хранится и тем быстрее при хранении портится мука из такого зерна.

При хранении пшеничной муки происходит заметное изменение свойств клейковины и хлебопекарных достоинств. Пшеничная мука первого и высшего сортов в течение первых 2-4 недель после размола улучшает свои хлебопекарные качества, причем качество клейковины также улучшается. Она становится более упругой и эластичной, менее растяжимой, вследствие чего улучшаются хлебопекарные качества: объем хлеба повышается, и он получается более пышным. Этот процесс улучшения хлебопекарных свойств при хранении пшеничной муки носит название созревания муки.

Улучшение качества клейковины и хлебопекарных достоинств пшеничной муки при созревании объясняется тем, что сразу после размола зерна в муке начинается биохимический гидролиз жира. Образующиеся при этом свободные ненасыщенные жирные кислоты оказывают сильное воздействие на белки клейковины, укрепляя ее, вследствие чего она становится более упругой и эластичной.

При длительном хранении муки (более 9 месяцев) начинается процесс прогоркания муки. Крупа также легко подвергается прогорканию. И в том, и в другом случаях это связано с изменениями жиров. Причем скорость процесса зависит от ряда факторов, в том числе от доступа кислорода, температуры хранения, качества исходного зерна. Чем больше доступ кислорода и выше температура, тем быстрее прогоркание. Считается, что прогоркание – процесс окислительный. Под влиянием кислорода воздуха происходит окисление ненасыщенных жирных кислот, при этом образуются перекиси и гидроперекиси, которые в свою очередь легко окисляют различные вещества состава муки и крупы. В итоге образуются так называемые вторичные продукты окисления жиров – альдегиды и кетоны , обладающие горьким вкусом и неприятным запахом.

Прогоркание муки и крупы может происходить как биохимическим путем при участии фермента липоксигеназы, так и чисто химическим путем. Отметим также, что в окислении жиров и прогоркании муки и крупы косвенно участвует и гидролитический фермент липаза, которая расщепляет жиры с образованием свободных жирных кислот, легче окисляемых, чем связанные жирные кислоты.

Специалист по хранению зерновых продуктов должен знать,каким образом замедлить процесс прогоркания муки и крупы. Для этого необходимо предпринять следующие шаги:

1) Исключить доступ воздуха (кислорода) к муке и крупе

2) Понизить температуру хранящейся крупы или муки

3) Задержать процесс прогоркания путем разрушения ферментов, так или иначе вызывающих прогоркание путем кратковременного пропаривания зерна, являющегося сырьем. Понятно,что последнее следует провести на предприятиях-изготовителях.

Как это сделать, решается для каждого конкретного случая путем переговоров между производителями и оптовыми покупателями крупы или муки.

От биохимических процессов, происходящих во время приготовления хлеба, зависит и качество хлеба. Оно также зависит от биохимических свойств и состава хлебопекарной муки. Основоположник отечественной биохимической школы А.Н. Бах писал, что «в условиях автоматизированного хлебопеченияогромную роль представляет знание биохимических процессов, происходящих при тестоведении, расстойке теста и выпечке, и сейчас с полной определенностью можно сказать, что без этих знаний невозможно рационально управлять производством».

Хлебопекарные качества пшеничной муки определяются газообразующей способностью муки и теста, а также его газоудерживающей способностью.

Газообразующая способность – это способность данной муки, данного теста образовывать определенное количество углекислого газа, разрыхляющего тесто и придающего пористость мякишу хлеба. При надлежащем качестве дрожжей газообразующая способность зависит от количества сахара в муке и тесте, от активности ферментов, расщепляющих крахмал до мальтозы и глюкозы.

Ржаное тесто готовится на закваске или на жидких дрожжах. В таком тесте наряду со спиртовым происходит и молочнокислое брожение В таком тесте наряду с этиловым спиртом и углекислым газом накапливаются также и молочная и уксусная кислоты.

Газоудерживающая способность теста зависит рпежде всего от количества и качества белков клейковины. В пшеничном тесте они образуют тот растяжимый, эластичный каркас, в котором накапливаются пузырьки углекислого газа, поднимающие тесто.

Этот белковый каркас во время брожения теста постепенно расширяется. Когда тесто ставят в печь,то под влиянием высокой температуры происходит коагуляция белков и образуется белковый каркас готового хлеба. Достигнутый в результате брожения теста объем как бы фиксируется, закрепляется. Газоудерживающая способность ржаного теста также зависит от количества и физических свойств белка.

При определении качества хлеба важное значение имеют его вкус и аромат. Аромат хлеба зависит от очень сложного комплекма различных веществ, образующихся при брожении теста и в ходе выпечки хлеба. Этот комплекс, включает в себя различные спирты, кетоны, альдегиды, органические кислоты и сложные эфиры. Особенно значительна роль карбонильных соединений, в первую очередь фурфурола и оксиметилфурфурола.

Фурфурол имеет запах яблок и образуется в ходе выпечки из пентоз; оксиметилфурфурол – из гексоз. Он обладает приятным запахом меда. Большое значение имеют также и другие альдегиды, в частности изовалериановый с типричным запахом корки ржаного хлеба. Подобные альдегиды образуются в результате реакции меланоидинообразования между восстанавливающими сахарами, с одной стороны, и амносодержащими соединениями, с другой.

Хлебопекарные свойства пшеничной муки зависят также от ее выхода, т.е. от содержания отрубей, и содержания в ней белков. При возрастании выхода при прочих равных условиях, хлебопекарные качества снижаются. Высокое содержание белка улучшает хлебопекарные достоинства муки пшеничной, однако до определенного предела. При содержании белка более 17% его хлебопекарные качества снижаются. Пшеничная мука, являющаяся высококачественным сырьем для макаронного производства, может иметь невысокие хлебопекарные достоинства.

Хлебопекарные качества муки в существенной мере зависят от физико-химических свойств содержащегося в муке крахмала и скорости его расщепления амилазами.

Хлебопекам приходится иметь дело и с морозобойным зерном. Основными недостатками муки из такого зерна являются повышенная активность альфа-амилазы и низкое качество клейковины. Клейковина морозобойного зерна крошится, она неэластична и нерастяжима, из-за чего не образуется белковый каркас, способный хорошо удерживать пузырьки углекислого газа. Хлеб получается плохого качества с привкусом солода, с заминающимся мякишем.