Химический состав пшеничной и ржаной муки
Химический состав муки определяет ее пищевую ценность и хлебопекарные свойства.
Химический состав муки зависит от состава зерна, из которого она получена, и сорта муки. Более высокие сорта муки получают из центральных слоев эндосперма, поэтому в них содержится больше крахмала и меньше белков, Сахаров, жира, минеральных веществ, витаминов, которые сосредоточены в его периферийных частях.
Средний химический состав пшеничной и ржаной муки представлен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав муки, %
| Вид и сорт муки | Крахмал | Белки | Пентозаны | Жиры | Сахара | Целлюлоза | Зола |
| Пшеничная мука: | |||||||
| высшего сорта | 79,0 | 12,0 | 2,0 | 0,8 | 1,8 | 0,1 | 0,55 |
| первого сорта | 77,5 | 14,0 | 2,5 | 1,5 | 2,0 | 0,3 | 0,75 |
| второго сорта | 71,0 | 14,5 | 3,5 | 1,9 | 2,8 | 0,8 | 1,25 |
| обойная | 66,0 | 16,0 | 7,2 | 2,1 | 4,0 | 2,3 | 1,90 |
| Ржаная мука: | |||||||
| сеяная | 73,5 | 9,0 | 4,5 | 1,1 | 4,7 | 0,4 | 0,75 |
| обдирная | 67,0 | 10,5 | 6,0 | 1,7 | 5,5 | 1,3 | 1,45 |
| обойная | 62,0 | 13,5 | 8,5 | 1,9 | 6,5 | 2,2 | 1,90 |
Больше всего как в пшеничной, так и в ржаной муке содержится углеводов (крахмал, моно- и дисахариды, пентозаны, целлюлоза) и белков, от свойств которых зависят свойства теста и качество хлеба.
Углеводы. В муке содержатся разнообразные углеводы: простые сахара, или моносахариды (глюкоза, фруктоза, арабиноза, галактоза); дисахариды (сахароза, мальтоза, раффиноза); крахмал, целлюлоза, гемицеллюлозы, пентозаны.
Крахмал (С6Н10О5)n - важнейший углевод муки, содержится в виде зерен размером от 0,002 до 0,15 мм. Размер и форма крахмальных зерен различны для муки различных видов и сортов. Состоит крахмальное зерно из амилозы, образующей внутреннюю часть крахмального зерна, и амилопектина, составляющего его наружную часть. Количественные соотношения амилозы и амилопектина в крахмале различных злаков составляют 1:3 или 1:3,5. Амилоза отличается от амилопектина меньшей молекулярной массой и более простым строением молекулы. Молекула амилозы состоит из 300 - 8000 глюкозных остатков, образующих прямые цепи. Молекула амилопектина имеет разветвленное строение и содержит до 6000 глюкозных остатков. В горячей воде амилопектин набухает, а амилоза растворяется.
В процессе приготовления хлеба крахмал выполняет следующие функции:
· является источником сбраживаемых углеводов в тесте, подвергаясь гидролизу под действием амилолитических ферментов (α- и β-амилаз);
· поглощает воду при замесе, участвуя в формировании теста;
· клейстеризуется при выпечке, поглощая воду и участвуя в формировании мякиша хлеба;
· является ответственным за очерствение хлеба при его хранении.
Процесс набухания крахмальных зерен в горячей воде называется клейстеризацией. При этом крахмальные зерна увеличиваются в объеме, становятся более рыхлыми и легко поддаются действию амилолитических ферментов. Пшеничный крахмал клейстеризуется при температуре 62 - 65°С, ржаной - 50 - 55°С.
Состояние крахмала муки влияет на свойства теста и качество хлеба. Крупность и целость крахмальных зерен влияют на консистенцию теста, его водопоглотительную способность и содержание в нем Сахаров. Мелкие и поврежденные зерна крахмала способны больше связать влаги в тесте, легко поддаются действию ферментов в процессе приготовления теста, чем крупные и плотные зерна.
Структура зерен крахмала кристаллическая, тонкопористая. Крахмал обладает высокой способностью связывать воду. При выпечке хлеба крахмал связывает до 80% влаги, находящейся в тесте. При хранении хлеба крахмальный клейстер подвергается «старению» (синерезису), что является основной причиной очерствения хлеба.
Целлюлозу, гемицеллюлозы, пентозаны относят в группе пищевых волокон. Пищевые волокна содержатся в основном в периферийных частях зерна и поэтому их больше всего в муке высоких выходов. Пищевые волокна не усваиваются организмом человека, поэтому они снижают энергетическую ценность муки, повышая при этом пищевую ценность муки и хлеба, так как они ускоряют перестальтику кишечника, нормализуют липидный и углеводный обмен в организме, способствуют выведению тяжелых металлов.
Пентозаны муки могут быть растворимыми и нерастворимыми в воде.
Часть пентозанов муки способна легко набухать и растворяться в воде (пептизироваться), образуя очень вязкий слизеобразный раствор. Поэтому водорастворимые пентозаны муки часто называют слизями. Именно слизи оказывают наибольшее влияние на реологические свойства пшеничного и ржаного теста. Из общего количества пентозанов пшеничной муки лишь 20 - 24% являются водорастворимыми. В ржаной муке водорастворимых пентозанов больше (около 40%). Пентозаны, нерастворимые в воде, в тесте интенсивно набухают, связывая значительное количество воды.
Белки - это органические высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот. В молекуле белка аминокислоты соединены между собой пептидными связями. Разнообразие белков определяется последовательностью размещения остатков аминокислот в полипептидной цепи (первичная структура белка). Кроме того, существуют вторичная структура белка, характеризующая тип укладки полипептидных цепей (правая α-спираль, α-структура и β-изгиб), третичная структура белка, характеризующая расположение его полипептидной цепи в пространстве, и четвертичная структура, характеризующая белки, в состав которых входит несколько полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными связями.
В состав белков пшеничной и ржаной муки входят белки простые (протеины), состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные (протеиды). Сложные белки могут включать ионы металлов, пигменты, образовывать комплексы с липидами, нуклеиновыми кислотами, а также ковалентно связывать остаток фосфорной или нуклеиновой кислоты, углеводов. Их называют металлопротеиды, хромопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, гликопротеиды.
Технологическая роль белков муки в приготовлении хлеба велика. Структура белковых молекул и физико-химические свойства белков определяют свойства теста, влияют на форму и качество хлеба. Белки обладают рядом свойств, которые особенно важны для приготовления хлеба.
Содержание белковых веществ в пшеничной и ржаной муке колеблется от 9 до 26% в зависимости от сорта зерна и условий его выращивания. Для белков характерны многие физико-химические свойства, из которых более всего важны растворимость, способность к набуханию, к денатурации и гидролизу.
По растворимости белки разделяют на альбумины - растворимые в воде, проламины - растворимые в спирте, глютелины - растворимые в слабых щелочах и глобулины - растворимые в солевых растворах. Белки пшеничной и ржаной муки представлены в основном проламинами (глиадин) и глютелинами (глютенин). Содержание этих белков составляет 2/3 или 3/4 от всей массы белков муки.
Глиадин и глютенин в воде нерастворимы и поэтому при отмывании клейковины являются основными ее компонентами. В связи с этим их называют клейковинными белками. Эти белки находятся в эндосперме зерна и поэтому их больше содержится в муке высших сортов. Альбумин и глобулин содержатся в белке зародыша и алейронового слоя зерна, поэтому их больше содержится в муке низких сортов.
В сырой клейковине содержится 65 - 70% влаги и 35 - 30% сухих веществ, в сухой клейковине 90% белков и 10% крахмала, жира, сахара и других веществ муки, поглощенных белками при набухании. Количество сырой клейковины колеблется в широких пределах (15 - 50% от массы муки). Чем больше белков содержится в муке, и чем сильнее их способность к набуханию, тем больше получится сырой клейковины. Качество клейковины характеризуется цветом, эластичностью (способность клейковины восстанавливать свою форму после растягивания), растяжимостью (способность растягиваться на определенную длину) и упругостью (способность оказывать сопротивление при деформации).
Количество клейковины и ее свойства определяют хлебопекарное достоинство муки и качество хлеба. Желательно, чтобы клейковина была эластичной, в меру упругой и имела среднюю растяжимость.
Значительная часть белков муки в воде не растворяется, но хорошо в ней набухает. Белки особенно хорошо набухают при температуре около 30°С, поглощая при этом воды в 2 - 3 раза больше их собственной массы.
Необратимая денатурация (изменение естественной структуры белка) происходит под действием некоторых реагентов или при нагревании свыше 60°С. Денатурированный белок теряет способность к растворимости и набуханию. Начальную стадию денатурации белков иногда специально вызывают при сушке и горячем кондиционировании зерна, чтобы несколько укрепить слабую клейковину. Значительная денатурация портит хлебопекарные свойства белковых веществ (клейковина становится неэластичной и короткорвущейся). Во время выпечки хлеба белки денатурируются полностью, свернувшийся белок образует при этом прочный каркас, закрепляющий форму изделия.
Под действием протеолитических ферментов сложная структура белковой молекулы упрощается, уменьшается ее способность к набуханию, увеличивается растворимость белков.
Белки ржаной муки по составу и свойствам отличаются от белков пшеницы. Около половины ржаных белков растворимы в воде или в растворах солей. Белки ржаной муки имеют большую пищевую ценность, чем пшеничные (содержат много незаменимых аминокислот), однако технологические свойства их значительно ниже.
Белковые вещества ржи клейковину не образуют. В ржаном тесте большая часть белков находится в виде вязкого раствора, поэтому ржаное тесто лишено упругости и эластичности, свойственных пшеничному тесту.
Жиры являются сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот. В состав жиров муки входят главным образом жидкие ненасыщенные кислоты (олеиновая, линолевая и линоленовая). Содержание жира в разных сортах пшеничной и ржаной муки 0,8 - 2,0% на сухое вещество. Чем ниже сорт муки, тем выше содержание жира в ней.
К жироподобным веществам относятся фосфолипиды, пигменты и некоторые витамины. Жироподобными эти вещества называются потому, что они, как и жиры, в воде не растворяются, но растворимы в органических растворителях.
Фосфолипиды имеют сходное с жирами строение, но, кроме глицерина и жирных кислот, содержат еще фосфорную кислоту и азотистые вещества. В муке содержится 0,4 - 0,7% фосфолипидов. Красящие вещества муки (пигменты) состоят из хлорофилла и каротиноидов. Хлорофилл, содержащийся в оболочках, - вещество зеленого цвета, каротиноиды имеют желтую и оранжевую окраску. При окислении каротиноидные пигменты обесцвечиваются. Это свойство проявляется при хранении муки, которая светлеет в результате окисления кислородом воздуха каротиноидных пигментов.
Ферменты - вещества белковой природы, способные катализировать (ускорять) различные реакции. Ферменты вырабатываются живыми клетками в ничтожных количествах, однако ввиду высокой активности вызывают изменения в огромной массе вещества. Действие ферментов специфично. Каждый фермент катализирует только определенную реакцию для одного вещества, а чаще для группы веществ сходного строения.
Все ферменты чувствительны к температуре и реакции среды. Для каждого фермента существует значение температуры и кислотности среды, при которых он наиболее активен (оптимальные условия). При определенных значениях температуры и кислотности фермент разрушается (инактивируется). Нагревание до 70 - 80° С разрушает почти все ферменты, они свертываются и теряют каталитические свойства. На активность многих ферментов влияет присутствие определенных химических веществ. Некоторые из них активируют ферменты (активаторы), другие - снижают их активность (ингибиторы).
В зерне находятся разнообразные ферменты, сосредоточенные главным образом в зародыше и периферийных (краевых) частях зерна. Поэтому в муке низших сортов содержится больше ферментов, чем в муке высших сортов. Ферментная активность разных партий одного и того же сорта муки неодинакова. Она зависит от условий произрастания, хранения, сушки и кондиционирования зерна. Активность ферментов проросшего зерна повышенная. Прогревание зерна при высушивании или кондиционирование снижают ферментную активность. В процессе хранения зерна и муки она также несколько уменьшается.
Ферменты активны только в растворе, поэтому при хранении сухого зерна и муки их действие почти не проявляется. После замеса полуфабрикатов многие ферменты начинают катализировать реакции разложения сложных веществ муки. Активность, с которой происходит разложение сложных нерастворимых веществ муки на более простые водорастворимые вещества под действием ее собственных ферментов, называется автолитической активностью (автолиз - саморазложение).
Автолитическая активность муки - важный показатель ее хлебопекарных свойств. Как низкая, так и высокая автолитическая активность муки отрицательно влияют на качество теста, хлеба. Желательно, чтобы автолитический процесс разложения белков и крахмала теста происходил с определенной, умеренной скоростью. Для того чтобы регулировать автолитические процессы в производстве хлеба, необходимо знать свойства важнейших ферментов муки, действующих на белки, крахмал и другие компоненты муки.
Амилолитические ферменты (амилазы). Амилолитические ферменты (α- и β-амилазы) действуют на крахмал. α-Амилаза превращает крахмал главным образом в декстрины, образуя небольшое количество мальтозы. β-Амилаза действует на крахмал или на декстрины, образуя значительное количество мальтозы. При совместном действии обеих амилаз крахмал гидролизуетсяется почти полностью, так как декстрины осахариваются сравнительно легко. Особенно легко осахаривается клейстеризованный крахмал, так как рыхлые набухшие крахмальные зерна быстро поддаются действию ферментов.
Чувствительность α- и β-амилаз к условиям среды различна, α-Амилаза более чувствительна к кислотности среды и менее чувствительна к температуре по сравнению с β-амилазой. Температура инактивации этих ферментов в зависимости от кислотности среды соответственно равна 70 - 95 и 60 - 84° С. Оптимальная температура осахаривания пшеничного крахмала под совместным действием α- и β-амилаз 63-65° С. В кислой среде амилазы инактивируются при более низкой температуре.
В ржаной муке нормального качества всегда содержится α-амилаза, что значительно влияет на ее хлебопекарные свойства.