6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве

Среди древнейших созданий человеческого разума и рук есть творение, значимость которого с годами не уменьшается, а увеличива- ется. Это – хлеб. И не только потому, что «без хлеба нет обеда». Хлеб издавна символизировал народное благополучие.

Когда «родился» хлеб? Ученые утверждают, что еще во времена мезолита (10-15 тыс. лет назад) человек начал возделывать злаки, кото- рые были прародителями ячменя, пшеницы, овса, ржи. На Ближнем

Востоке лепешки выпекали из крутого пресного теста на горячих кам-

нях, в золе или на раскаленных стенках печек, имевших форму пче-

линых улиев. Лепешки были жёсткими и сухими, но зато долго сохра-

124

нялись. Подобные печки – тандыры сохранились и поныне в Средней

Азии и в Закавказье.

Прошло ещё много столетий, прежде чем в тесто начали добав- лять дрожжи, превратившее жесткую лепешку в пышную и мягкую булку. Историки считают, что кислое тесто впервые появилось у

египтян, которым был известен способ приготовления пива, а значит и

процесс брожения, приблизительно в середине второго тысячелетия до нашей эры.

Хлебопекарные дрожжи – это скопление клеток семейства грибов-сахаромицетов. Они вызывают спиртовое брожение сахаров теста, в результате чего образуется спирт и углекислый газ. Примене- ние дрожжей в хлебопечении основано на том, что при брожении угле- кислый газ разрыхляет тесто, придает ему пористую структуру. Угле- кислый газ как бы растягивает, расширяет тесто, делает его пышным. В процессе брожения в тесте накапливаются сложнейшие органические соединения, которые при выпечке под влиянием высоких температур предают хлебу великолепный вкус и аромат.

Зерно имеет в своем составе разнообразный комплекс ферментов, которые влияют на качество хлеба. Низшие сорта муки отличаются большим содержанием и активностью ферментов, чем высшие, так как ферменты сосредоточены в зародыше и периферийных частях зер- на. Ферментная активность отдельных партий муки одного и того же сорта зависит от многих факторов: условий произрастания, хранения и сушки, режима кондиционирования, продолжительности хранения зерна или муки. Повышенная ферментная активность наблюдается

у муки, полученной из зерна недозревшего, морозобойного, проросше- го или пораженного клопом-черепашкой, а низкая - у муки, получен- ной из зерна, чрезмерно перегретого при сушке. При хранении муки

(зерна) активность ферментов несколько снижается. Ферментативные

процессы в полуфабрикатах при их брожении или выпечке должны протекать с определенной скоростью в зависимости от биологических процессов, качества муки и режимов приготовления теста. При повы- шенной или пониженной (по сравнению с обычным значением) фер- ментной активности муки осложняется технологический процесс, воз- никают дефекты хлеба. В технологическом процессе производства хлеба наиболее важны ферменты, гидролизующие главные вещества муки - белки и крахмал. Интенсивность, с которой сложные вещества муки разлагаются под действием ее собственных ферментов, характе- ризует автолитическую активность муки (автолиз - саморазложение).

125

Роль дрожжей сахаромицетов в хлебопечении. Дрожжи саха- ромицеты выполняют в основном роль разрыхлителей теста, оказывая существенное влияние на объем готового хлеба и пористость мякиша. Сбраживая сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала муки под действием амилаз, они образуют углекислый газ и спирт. Химизм спиртового брожения в настоящее время изучен детально. Известно, что наряду с главными продуктами брожения получаются побочные, например - уксусный альдегид, спирты (бутиловый, изобутиловый, изоамиловый), органические кислоты (молочная, янтарная, винная, щавелевая) и некоторые другие вещества, придающие хлебу специфи- ческий вкус и аромат. Кроме того, небольшое количество спирта, кото- рое остается после выпечки в готовом хлебе (до 0,5%), также значи- тельно улучшает вкус и аромат хлеба.

Для разрыхления пшеничного теста применяют дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их вносят в виде прессованных дрожжей, дрожжевого молока, сгущенных или жидких дрожжей. В брожении

ржаных заквасок участвуют два вида дрожжей сахаромицетов:

Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces minor.

Технология приготовления теста

Замес теста. Замес теста - важнейшая технологическая опера-

ция, от которой в значительной степени зависит дальнейший ход тех- нологического процесса и качество хлеба. При замесе из муки, воды, дрожжей, соли и других составных частей получают однородную мас- су с определенной структурой и физическими свойствами, чтобы в по- следующем при брожении, разделке, расстойке, тесто хорошо перера- батывалось. Количество воды на замес берут с учетом сорта муки и её влажности. При избытке воды тесто имеет слабую консистенцию и расплывается. Если в тесте недостаточно воды, оно уплотняется, мед- ленно созревает и не достигает нужного объема. Тесто при замесе тщательно перемешивают. Это, во-первых, необходимо для того, что- бы смешать основное и вспомогательное сырье и получить плотную однородную массу, а во-вторых, во время перемешивания тесто обога- щается кислородом, который необходим для нормального брожения. Плохо перемешанное тесто имеет неоднородную массу, неравномерно бродит и созревает. Если тесто перемешивать слишком долго, из него будет удален воздух, без которого нарушается нормальное брожение теста, то есть тесто не будет иметь подъемной силы. В результате изде- лия получатся небольшими по объему, с плотным не разрыхленным мякишем. Продолжительность замеса теста зависит от ряда условий, в том числе от количества муки, ее влажности и других физических

126

свойств. С начала замеса в полуфабрикатах происходят различные процессы - физические, биохимические и др. Существенная роль в об- разовании пшеничного теста принадлежит белковым веществам. Не- растворимые в воде белки муки, соединяясь с водой при замесе, набу- хают и образуют клейковину. При этом белки связывают воду в коли- честве, примерно в два раза большем по сравнению со своей массой;

75% этой воды связывается осмотически. Набухшие белковые веще- ства муки образуют "каркас теста" губчатой структуры - клейковину, что и определяет растяжимость и эластичность теста. Основная часть муки (зерна крахмала) адсорбционно связывает большое количество воды. Значительная её часть поглощается пентозанами муки. Тесто представляет собой полидисперсную систему, состоящую из твер- дой, жидкой и газообразной фаз. От соотношения фаз в этой поли- дисперсной системе зависят физические свойства теста. Наряду с фи- зическими и коллоидными процессами в тесте под действием фермен- тов муки и дрожжей начинают проходить и биохимические процессы. Наиболее значительное влияние оказывают ферменты муки, которые дезагрегируют белок. Соприкосновение теста во время замеса с кисло- родом воздуха снижает дезагрегационное влияние ферментов. В мень- шей мере действуют и ферменты, расщепляющие крахмал.

Разрыхление теста. Чтобы получить вкусный пористый, с хо- рошим мякишем хлеб, следует предварительно разрыхлить тесто. В основном используется биологический способ разрыхления. Он ос- нован на спиртовом брожении сахара. Дрожжи образуют в тесте угле- кислый газ, который разрыхляет хлебные полуфабрикаты.

Брожение. Процессы брожения в тесте начинаются с момента замеса и продолжаются до полного прогревания его в печи. Брожение теста можно разделить на два этапа: от замеса до разделки и от начала

разделки до выпечки. На первом этапе происходит созревание его, на-

копление вкусовых и ароматических веществ и оптимальное измене- ние физических свойств. Разрыхление теста на этой стадии брожения существенного значения не имеет, так как углекислый газ во время раз- делки практически полностью удаляется из тестовых заготовок. Со- зревшее тесто направляют на разделку. На втором этапе в тесте про- должается брожение. При разделке, расстойке и в начале выпечки те- сто разрыхляется образующимся в нем углекислым газом, что необхо- димо для получения хлеба с хорошо разрыхленным и пористым мяки- шем. В пшеничном тесте преобладает спиртовое брожение, одна- ко наряду с ним всегда протекает и молочнокислое брожение.

127

Спиртовое брожение вызывается дрожжами. При приготовле- нии опары или теста дрожжи развиваются, питаются, размножаются, сбраживают основные сахара. В течение первых 1,5-2 часов брожения дрожжи разлагают сахара муки - глюкозу, фруктозу, сахарозу. Послед- няя под действием ферментов, содержащихся в дрожжах (фермент са- харозы), превращается во фруктозу и глюкозу, которые затем также сбраживаются дрожжами. Скорость превращения сахарозы муки в глюкозу и фруктозу очень велика. Уже через несколько минут после замеса теста собственные сахара муки сбраживаются и могут играть существенную роль только в первый период брожения теста. В даль- нейшем дрожжи сбраживают мальтозу. Прессованные дрожжи, как правило, выращивают на средах, не содержащих мальтозы, поэтому для сбраживания ее ферментная система дрожжевой клетки должна быть в течение определенного периода перестроена. Часть сахара, на- ходящегося в тесте, затрачивается на увеличение дрожжевой массы при размножении дрожжей в опаре или заквасках. На интенсивность размножения дрожжей в полуфабрикатах влияют их исходные количе- ства, консистенция полуфабриката, его температура, влажность и со- держание питательных веществ, необходимых клетке. В густых полу- фабрикатах дрожжи размножаются медленнее, чем в жидких, так как обмен веществ в густой среде затруднен. Решающее влияние на ход спиртового брожения оказывает температура полуфабриката. Она ко-

леблется от 23 ⁰С до 35 ⁰С. Чем выше температура полуфабриката, тем интенсивнее совершается спиртовое брожение. Так, при температуре

35 ⁰С интенсивность брожения в два раза выше, чем при температуре

25 ⁰С. Процесс брожения во многом зависит от содержания в полу- фабрикатах растворимых азотистых веществ, минеральных соедине- ний, сахара и витаминов, необходимых дрожжам, а также рН среды и

концентрации поваренной соли. В ряде стран набор минеральных, азо-

тистых и ростовых веществ является обязательным компонентом пше- ничного теста. рН теста обычно совпадает с оптимальным для спирто- вого брожения значением (4-6). Весьма небольшие дозировки поварен- ной соли (около 0,1% к массе муки) положительно влияют на жизне- деятельность дрожжей.

Молочнокислое брожение. Значительную роль в созревании по- луфабрикатов хлебопекарного производства играют молочнокислые бактерии, представляющие обширную группу микроорганизмов, обра- зующих в результате брожения молочную кислоту и другие вещества. По ферментативной деятельности молочнокислые бактерии разделяют на гомоферментативные и гетероферментативные. При гомофермен-

128

тативном брожении образуется от 85% до 90% молочной кисло- ты, при гетероферментативном образуется около 20% - 40%. При молочнокислом брожении, помимо молочной кислоты, образуются ук- сусная кислота, муравьиная кислота, этиловый спирт, диоксид углеро- да и другие вещества. Важным является спиртоустойчивость молочно- кислых бактерий при совместном использовании их с дрожжами. Гете- роферментативные молочнокислые бактерии и некоторые виды Lactobacillus plantarum сбраживают пентозы. Дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, простые декстрины, не сбра- живают лактозу, крахмал, клетчатку. Они усваивают этиловый спирт, молочную кислоту, уксусную кислоту. В пшеничное тесто молочно- кислые бактерии попадают с мукой, другим сырьем (например, с дрожжами) и из воздуха. В ржаное тесто они вносятся с заквасками. Содержание молочнокислых бактерий в заквасках весьма значитель- ное, поэтому молочнокислое брожение в ржаных полуфабрикатах про- текает очень интенсивно. В накоплении кислот в пшеничном и ржа- ном тесте принимают участие молочнокислые бактерии, которые обра- зуют кислоты: уксусную, щавелевую, винную, муравьиную и прочие.

В пшеничном тесте образуется в основном молочная кислота. Доля же всех остальных кислот сравнительно невелика от 25% до 30%. В ржа- ном тесте, вследствие специфических особенностей микрофлоры ржа- ных заквасок, доля молочной кислоты составляет около 30%, а в ос- новном образуется уксусная кислота. На интенсивность кислотооб- разования в бродящих полуфабрикатах и на состав кислот, прежде всего, влияет температура, а также консистенция полуфабрика- тов и исходное количество кислотообразующих бактерий. Процесс кислотонакопления в густых средах идет более интенсивно, чем в жид- ких заквасках. Молочнокислые бактерии расщепляют собственные сахара муки, вносимую по рецептуре сахарозу, а также мальтозу, обра- зующуюся из крахмала. В молочнокислом брожении при обычной

температуре тестоведения от 28 ⁰С до З0 ⁰С основное значение имеют нетермофильные бактерии с оптимумом действия около 35⁰С.

Изменения в степени кислотности теста и состава кислот, образую-

щихся при брожении, влияют на ферментативные и коллоидные про-

цессы, жизнедеятельность микрофлоры теста и на образование аромата

и вкуса хлеба. При повышении кислотности теста ускоряются процес- сы набухания и пептизации белков, молочная кислота препятствует развитию вредной микрофлоры. На повышение кислотности теста влияют прессованные дрожжи, в которых содержится некоторое коли- чество кислотообразующих бактерий. Накопление кислот в определен-

129

ном количестве и соотношении их в совокупности со спиртами, обра- зующимися при брожении, определяют вкус и аромат хлеба. Повыше- ние кислотности теста снижает активность основных ферментов муки: амилолитических и протеолитических. Конечная кислотность опары и теста есть основной способ определения готовности теста.

При брожении теста наряду с вышеописанными продолжаются коллоидные и физические процессы: интенсивное набухание коллои- дов, набухание и пептизация белковых веществ. В благоприятных ус-

ловиях при повышении кислотности теста и накоплении спирта уве-

личивается гидрофильность коллоидов теста. Набухание белков может проходить с различной интенсивностью и скоростью. В тесте из силь- ной муки набухание проходит медленно, ограниченно, заканчивается только к концу брожения. Это уменьшает количество жидкой фазы в тесте и улучшает его физические свойства. Обминка теста из сильной муки ускоряет процесс набухания белков и также улучшает физиче- ские свойства теста. В тесте из слабой муки структура белков непроч- ная, поэтому набухание происходит очень быстро, а белки частично пептизируются. Это приводит к быстрому увеличению количества жидкой фазы в тесте и его разжижению, что ухудшает физические свойства теста. Тесто из слабой муки не следует интенсивно обминать, так как при механическом воздействии указанные выше процессы ус- коряются и могут ухудшить физические свойства теста. При броже- нии теста изменяется структура его клейковинного каркаса. В резуль- тате разрыхления теста углекислым газом, образующимся при спирто- вом брожении, увеличивается его объем и клейковинные пленки из на- бухших белков муки растягиваются. При дальнейшем механическом воздействии в технологическом процессе (обминка и разделка теста) клейковинные пленки вновь слипаются, образуя в тесте новую струк- туру клейковинного губчатого каркаса. Новая структура способствует газоудержанию и сохранению формы изделий при окончательной рас- стойке и выпечке хлеба. Мякиш выпеченного хлеба приобретает рав- номерную, тонкостенную и мелкую пористость. Таким образом, в про- цессе брожения теста основные составные части его (крахмал, белки) претерпевают значительные изменения. В процессе брожения темпе-

ратура теста повышается на 1 - 2⁰С. Это обусловлено тем, что разложе-

ние сахара сопровождается положительным тепловым эффектом. Кро- ме того, адсорбционное связывание влаги крахмалом и другими веще- ствами муки также сопровождается выделением тепла. Масса теста из- меняется и к концу брожения уменьшается на 2-3%, поскольку в окру- жающую среду улетучивается часть углекислого газа, спирта, летучих

130

кислот и испаряется вода. В основном эти потери происходят за счет сухого вещества теста (сахара), который при спиртовом брожении раз- лагается на спирт и углекислый газ.

Выпечка хлеба. В период выпечки интенсивно протекают про- цессы ферментативного гидролиза углеводов, когда под действием амилаз крахмал переходит в глюкозу.

Новые разработки клеточной инженерии по созданию высокопро- дуктивных штаммов хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бакте- рий способствуют интенсификации производственных процессов. В основе процессов приготовления хлебобулочных изделий лежит сово- купность сложнейших изменений сырья под воздействием микроорга- низмов. Современный хлебозавод представляет собой предприятие, основные отделения которого полностью механизированы (рис. 33).