Зміни хлібопекарських властивостей борошна під час дозрівання і подальшого зберігання

Свіжезмелене борошно, має низькі хлібопекарські властивості та характе­ризується як слабке за силою. З часом у процесі зберігання його хлібопекарські властивості покращуються.

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

Дозрівання борошна

Процес покращання хлібопекарських властивостей свіжезмеленого борош­на під час зберігання характеризується терміном — дозрівання борошна.

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

Причиною покращання хлібопекарських властивостей борошна при дозріванні 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 зберігання.

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.

Зразу після помелу відбувається перерозподіл вологи по всій масі борошна. При зберіганні вологість борошна змінюється. Вона 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.

Ліпіди борошна — нестійкі сполуки, вони зазнають змін у результаті фер­ментативного гідролізу та окислення. При зберіганні тригліцериди (триаце-тилгліцерини) 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.

Вода, що бере участь у цій реакції, дисоціює на водень і гідроксил. Водень приєднується до кислотного залишку, а гідроксил — до спиртового радикалу.

Розпад тригліцеридів протікає послідовно, з утворенням проміжних про­дуктів реакції моно- і дигліцеридів.

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 О °С, 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 гідропе-роксидів. Продуктами їх розкладу є такі речовини, як вода, СO₂, CO, мурашина і оцтова кислоти, альдегіди, кетони тощо, які надають борошну неприємного смаку і запаху, відбувається згіркнення борошна.

Швидкість окислення у значній мірі залежить від наявності кисню. Механізм реакції окислення пояснює перекисна теорія Баха — Енглера і теорія ланцюгових реакцій Н.Н.Семенова. Згідно перекисної теорії, проміжними продуктами окис­лення є пероксиди різних типів: насичені — при окисленні насичених жирних кис­лот; ненасичені або циклічні — при окисленні ненасичених жирних кислот.

Кисень при контакті з ненасиченими жирними кислотами приєднується замісцем подвійного зв'язку з утворенням циклічного пероксиду. Так, при окис­ленні олеїнової кислоти утворюється циклічний пероксид цієї кислоти:

Після розщеплення тригліцеридів ліпазою і накопиченням вільних жирних кислот активізується дія ліпоксигенази. Цей фермент особливо енергійно окис­лює саме вільні, а не зв'язані в тригліцеридах жирні кислоти, з утворенням гідро-пероксидів:

При зберіганні борошна реакції окислення жирів інтенсифікуються у часі. Це добре пояснюється теорією 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:

Чим більше накопичується пероксидів і гідропероксидів, тим більше збуд­жується нових ланцюгів окислення, тим активніше йде процес окислення, нако­пичуються продукти окислення: карбонільні (альдегіди, гліцероальдегіди) і кар-боксилвміщуючі сполуки (мурашина, оцтова та інші кислоти), що погіршують смак і аромат. Згіркнення жирів під дією ферментів ліпази і ліпоксигенази відбу­вається приблизно за такою схемою, рис. 3.13. Швидкість реакції приско-

рюється 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.

У пшеничному борошні міститься 1,4-2,3 % ліпідів. З цієї кількості 65 % ста­новлять вільні ліпіди. Саме у вільних ліпідах з перших днів зберігання відбува­ються гідролітичні та окислювальні процеси. Зв'язані ліпіди починають змінюва­тись тільки після 40 діб зберігання.

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

При дозріванні борошна саме ненасичені жирні кислоти у першу чергу окис­люються і утворюють сполуки — пероксиди, гідропероксиди жирних кислот, що мають велику окислювальну активність. Ці сполуки окислюють пігменти борош­на, внаслідок чого воно світлішає, а також компоненти білково-протеїназного комплексу. Під дією перекисних сполук і кисню повітря зазнають змін третинна і четвертинна структури білкових молекул.

В молекулах білку сульфгідрильні групи —SH 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 ліпопроте'ідів — 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), покращання її 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, рис. 3.14.

При дуже інтенсивному гідролізі жирів, значному накопиченню пероксидів клейковина борошна значно укріплюється і може стати крихкою. Це спос-

терігається в бо­рошні, що надмірно довго зберігалося і почало псуватись.

Окислювально-відновні процеси, що обумовлюють дозрівання борош­на, тобто покра­щання його хлібо­пекарських власти­востей, і в першу чергу сили борош­на, активно відбува­ються протягом

перших 7-30 діб після помелу, потім протікають дуже мляво. Настає період відносно стабільних хлібопекарських властивостей борошна.

При підвищенні відносної вологості та температури наявність кисню при­скорює дозрівання борошна внаслідок сприятливіших умов для окислювально-відновних процесів. За даними Н.П.Козьміної, найшвидше дозріває борошно

при відносній вологості 80 %, значно повільніше — при більш низькій во­логості, а при ф = 40 % — дуже слабко. В умовах більш високої вологості активніше протікає і про­цес гідролізу жирів (рис. 3.15). На швидкість дозрівання значно впли­ває наявність кисню. У безкисневій зоні укріплення клейковини

відбувається дуже повільно.

Тому аерація борошна сприяє прискоренню його дозрівання, особливо підігрітим повітрям.

Заданими Є.Д.Казакова, аерація борошна повітрям при 25 °С протягом 6 год при питомих витратах повітря 2-3 м³/т борошна є оптимальними умовами для при­скорення його дозрівання. 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. Спо­стерігається, що 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.

На силу борошна впливає вміст у ньому пентозанів. 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. 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.

Наростання титрованної кислотності найбільш інтенсивно відбувається у перші 15-20 діб після помелу і становить долі градусу кислотності.

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 перок-сидів окислюються та знебарвлюються. Цей процес протікає дуже повільно, він активується при аерації борошна внаслідок насичення його киснем повітря. Але при певних умовах, а саме: при зберіганні борошна, що має підвищену во­логість, за умови вмісту в ньому значної кількості амінокислоти тирозину може спостерігатись потемніння борошна. Цей процес частіше спостерігається при зберігання борошна із пророслого, морозобойного, недозрілого або ушкодже­ного клопом-черепашкою зерна.

Оскільки незначне підвищення кислотності борошна при дозріванні та дея­ке зниження цукроутворювальної 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 необмежене набухаючими білками утво­рюють в'язкі розчини, що обумовлюють формоутримувальну 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.

Житнє борошно дозріває швидше, ніж пшеничне, в меншій мірі змінюється його якість при тривалому зберіганні.

Швидкість дозрівання як пшеничного, так і житнього борошна залежить перш за все від ступеню закінченості післязбирального дозрівання борошна. Борошно із свіжезібраного зерна дозріває довше. Слабке борошно дозріває до­вше, ніж сильне. Швидше дозріває борошно високих виходів, з більш високою вологістю, при вищій температурі зберігання та інших факторах. Тому 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 З, 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.3.4.2. 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. Підвищена вологість борошна, вища 15 %, також негативно впливає на його зберігання.

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.

Частинки борошна при зберіганні мають здатність до газообміну. Борошно поглинає кисень і виділяє СO₂. За даними Є.Д.Казакова, 1 т свіжезмеленого бо­рошна при 10 °С виділяє 6,4г СO₂ 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:

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, при помелі 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.

Контрольні питання до розділу З

1. Які основні показники характеризують хлібопекарські властивості пшенич­ного і які — житнього борошна ?

2. Які складові борошна формують його «силу» ?

3. Який склад білків клейковини ? Які внутрішньомолекулярні зв'язки вплива­ють на її структурно-механічні властивості ?

4. Як впливають вуглеводна і ліпідна фракції борошна на його силу?

5. Якими приладами оцінюють силу борошна ?

6. Які фактори обумовлюють газоутворювальну здатність пшеничного бо­рошна ?

7. Яке технологічне значення має крупність частинок пшеничного борошна ?

8. Які фактори викликають потемніння м'якушки хліба ?

9. Від яких факторів залежить автолітична активність борошна ?

10. Які хлібопекарські властивості має борошно з пророслого зерна ?

11. Які хлібопекарські властивості має борошно із зерна, ушкодженого кло-пом-черепашкою ?

12. Які особливості хлібопекарських властивостей житнього борошна ?

13. Які види борошна, окрім житнього і пшеничного, використовуються у хлібопеченні ?

14. Які фактори впливають на процес дозрівання борошна ?

15. Від яких факторів залежить водопоглинальна властивість борошна ?

16. Які хлібопекарські властивості борошна можна оцінити за допомогою фа-ринографа ?Розділ 4