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).
- О. Ю. Сартакова
- Учебное пособие
- Содержание
- 1 Основы микробиологии ................................................... 7
- 2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- 3 Типовая схема и основные стадии
- 4 Основные понятия биокатализа и53
- 5 Ферментация....................................................................... 65
- 6 Области применения биотехнологии........................... 69
- Введение
- 1 Основы микробиологии
- 1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- 1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- 1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- 1.3.1 Структура эукариотической клетки
- Ской мембраны
- 1.3.2 Структура прокариотической клетки
- 1.3.3 Ультрамикробы
- 1.3.4 Бактерии
- 1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- 1.3.4.2 Движение бактерий
- 1.3.4.3 Размножение бактерий
- 1.3.4.4 Питание бактерий
- 1.3.4.5 Типы питания
- 1.3.4.6 Систематика бактерий
- 1.3.5 Актиномицеты
- 1.3.6 Грибы
- 1.3.7 Водоросли
- 1.3.8 Простейшие
- 1.3.9 Коловратки
- 2 Основы биотехнологии
- 2.1 Объекты биотехнологии
- 2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- 2.3 Перспективы развития биотехнологии
- 2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- 2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- 3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- 4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- 4.1 Основные группы биотрансформаций
- 4.2 Основные виды реакций биокатализа
- 4.3 Классификация ферментов
- 4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- 4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- 4.6 Методы иммобилизации ферментов
- Го связывания с носителем
- «Сшивки»
- 4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- 4.8 Примеры использования ферментов
- 5 Ферментация
- 5.1 Классификация процессов ферментации
- Ферментация бывает:
- 5.2 Основные параметры периодической ферментации
- 5.3 Понятие скорости роста
- 5.4 Фазы периодической ферментации
- 5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- 6 Области применения биотехнологии
- 6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- 6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- 6.3 Биохимические методы очистки воды
- 6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- 6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- 6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- 6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- 6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- 6.3.6 Методы обработки осадка
- 6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- 6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- 6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- Биогаз (сн4, co2 )
- 6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- 6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- 6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- 6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- 6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- 6.5 Применение биотехнологии в медицине
- 6.5.1Антибиотики
- 6.5.2. Гормоны
- 6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- 6.5.4 Ферменты
- 6.5.5 Биодатчики в медицине
- 6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- 6.6.1 Законы биоэнергетики
- 6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- 6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- 6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- 6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- 6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- 6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- 6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- 6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- 6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- 6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- 6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- 6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- 6.10 Биогеотехнология
- 6.10.1Биогидрометаллургия
- 6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- 6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- 6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- 6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- 6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- 6.10.7 Обогащение руд
- 6.10.8 Извлечение нефти
- 6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- Глава 1
- Главы 2, 3
- Глава 4
- Глава 5
- Глава 6