Влияние поврежденности крахмальных гранул и бактериальной альфа-амилазы на хлебопекарные показатели муки

Извлечение мучных ингредиентов из пшеницы в процессе переработки не обходится без вредных последствий. Высокоскоростные валки и механическое разрушение зерен пшеницы приводят к некоторому повреждению гранул крахмала. Хотя процедуры измельчения рассчитаны на максимальное извлечение крахмала и минимальное включение отрубей, они неизменно приводят к небольшому, но значительному повреждению крахмала. Независимо от того, какой тип измельчения используется, повреждается от 5 до 12% гранул крахмала. Это, в свою очередь, изменяет характеристики муки при замесе теста и выпечке хлеба.

Крахмал является основной формой хранения углеводов в растениях и наиболее важным источником углеводов в питании человека. Молекула крахмала представляет собой полисахарид, собранный из простого сахара глюкозы; химически крахмал состоит из двух разных молекул, амилозы и амилопектина.

Что такое поврежденный крахмал? Это гранула крахмала, которая дробится на кусочки. Он не только увеличивает водопоглощение и влияет на реологию теста, но и увеличивает поступление пищи в дрожжи и повышает их восприимчивость к грибковой альфа-амилазе. Крахмал составляет 67-68% цельнозерновой пшеницы и от 78 до 82% муки, получаемой в результате помола. Полукристаллическая структура гранул крахмала в зерновом ядре может быть повреждена механическими операциями, в частности процессом измельчения. Поврежденный крахмал важен при выпечке хлеба: он поглощает в 4 раза больше своего веса в воде по сравнению с 0,4 для нативного крахмала.

Поврежденные крахмальные гранулы также подвергаются преимущественному воздействию специфических ферментов (α и β-амилаз). Некоторые из этих ферментов не способны атаковать неповрежденные гранулы из-за защитного покрытия на гранулах. Термин “Поврежденный крахмал” является несколько неправильным, поскольку слово “поврежденный” имеет негативный оттенок, подразумевающий что-то, чего следует избегать.

Поврежденный крахмал увеличивает водопоглощение и обеспечивает дополнительное питание для дрожжей. Его высокий уровень может привести к липкому тесту, которое образует слабую боковую стенку и липкий мякиш (при наличии достаточного количества амилолитических ферментов). Уровень повреждения крахмала напрямую влияет на водопоглощение и свойства муки при замесе теста и имеет технологическое значение. Он поглощает в 2-4 раза больше воды, чем обычные гранулы крахмала. Липкое тесто, высокое водопоглощение, более длительное время расстойки хлеба – это лишь некоторые из последствий повреждения крахмала. Разрушенные гранулы крахмала подвержены ферментативному разложению по сравнению с нативными крахмалами.

Влияние на качество хлеба. На самом деле, разрушенный крахмал должен быть оптимизирован, поскольку он оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на качество хлеба. Увеличение количества такого крахмала увеличивает влагоудерживающую способность муки; однако слишком большое количество приводит к липкому тесту, сильной расстойке и нежелательному подрумяниванию коржа. Оптимальное значение варьируется в зависимости от использования муки и в значительной степени зависит от содержания белка в муке, активности альфа-амилазы и типа хлеба, который будет приготовлен из такой муки. Большинство хлебобулочных изделий по всему миру имеют спецификации с точки зрения качества и функциональности используемой муки, и поврежденность крахмала является одной из таких спецификаций. Мука с высоким содержанием разрушенного крахмала не может использоваться для тех же целей, что и мука с низким его содержанием [1].

Одним из важных показателей помола является гранулометрический состав, характеризующий распределение в продукте крупинок муки по крупности. Размер частиц муки, как и их относительная однородность по размеру, имеют важное значение для всех этапов технологического процесса, определяя параметры рабочих органов и режимы работы технологического оборудования.

Дисперсность продуктов помола тесно взаимосвязана с физическими характеристиками мучных смесей и реологическими свойствами полуфабрикатов хлебопекарного производства [2]. Прежде всего, от размеров частиц и их однородности зависит скорость протекания в тесте биохимических и коллоидных процессов и, как следствие этого, качество и выход хлеба [3].

Известно, что лучшими хлебопекарными свойствами обладает мука, дисперсный состав которой характеризуется фракцией 80–120 мкм в количестве не менее 60 % [4].

Количеству разрушенного крахмала в муке уделяется особое внимание, по степени его разрушения определяют оптимальный режим работы размольного отделения. Поврежденность крахмальных гранул зависит как от зерна, так и от технологического процесса на мельницах. Зерно можно разделить на мягкозерное и твердозерное. Твердое зерно дает больше разрушенных крахмальных гранул.

Поврежденный крахмал очень важен для хлебопекарного производства. С одной стороны, наличие его в муке способствует увеличению водопоглотительной способности и влияет на реологические свойства теста, а также увеличивает запасы питательных веществ, необходимых для дрожжей, повышает восприимчивость муки к альфа-амилазе. С другой стороны, поврежденные гранулы крахмала более подвержены ферментативному расщеплению с образованием декстринов и избытка сахаров, что существенно влияет на протекание биохимических процессов приготовления теста и последующей выпечки хлеба. Нормой содержания поврежденного крахмала в пшеничной муке с зольностью 0,55 % во всем мире является 5 – 9 %. Для муки с более высокой зольностью (более 0,65 %) допускается незначительное увеличение этого показателя [5].

Рассмотрим исследование, которое посвящено изучению влияния поврежденности крахмала на ВПС (водопоглотительная способность) муки и податливости влияния бактериальной альфа-амилазе. Количество и объем поврежденного крахмала в муке контролируется при помощи анализатора Y41 (Турция). Работа прибора основана на амперометрическом анализе поврежденного крахмала в образцах муки.

Для исследования взяли помольную партию зерна с физико-химическими характеристиками, указанными в таблице 1.

Таблица 1

Физико-химические характеристики помольной партии зерна

На начальном этапе исследования зазоров между вальцами 1-3 размольных систем был установлен 0,3мм, а далее на втором этапе его уменьшили до 0,03мм. Эти системы дают больше всего крахмала.

Результаты определения реологических свойств теста из муки высшего сорта были получены на Фаринографе – АТ и приведены в таблице 2.

Таблица 2

Реологические свойства теста из муки высшего сорта

Результаты определения физико-химических свойств муки высшего сорта указаны в таблице 3.

Таблица 3

Физико-химические свойства муки высшего сорта

Из таблицы 2 видно, что уменьшение зазора между вальцами 1-3 размольных систем приводит к увеличению ВПС муки высшего сорта на 2% за счет дополнительной поврежденности крахмальных гранул (таблица 3). Из таблицы 3 видно, что также незначительно выросло число падения. Это связано с изменением грануляции и разрушенностью крахмальных гранул муки. Считается, что у муки с числом падения выше 400с отсутствуют собственные амилазы, соответственно, для того чтобы получить хлеб хорошего качества необходимо добавлять альфа-амилазу [6].

Также приведены результаты исследования влияния бактериальной альфа-амилаза (стандартная активность 120±6 Е/г) на качество, усушку, упек формового и подового хлеба из пшеничной муки высшего сорта с разной степенью разрушения крахмальных гранул.

Тесто готовили традиционным безопарным способом [7]. Рецептура изделий указана в таблице 4. Воду добавляли по расчету, исходя из влажности теста 43,5% в первых двух образцах, полученных при зазоре между вальцами 0,3мм, тогда как в третьем и четвертом образцах, полученных при зазоре между вальцами 0,03мм воду прибавили на 2% в соответствие с возросшим водопоглощением муки, чтобы добиться теста той же консистенции. В результате проведения пробных лабораторных выпечек были установлены оптимальные дозировки альфа-амилазы: 10ppm для второго образца и 7ppm для четвертого.

Таблица 4

Рецептура изделий

Следующим этапом проведения исследования было изучение влияния бактериальной альфа-амилазы на качество готовых изделий. Органолептические показатели готовых изделий имеют наибольшую значимость при оценке качества. В связи с этим проводили профильный дегустационный анализ хлеба, полученного в результате пробной лабораторной выпечки [8].
В таблице 5 представлены результаты оценки качества хлеба из разных образцов муки высшего сорта.

Таблица 5

Показатели качества хлеба

Из таблицы 5 видно, что внесение альфа-амилазы способствует улучшению внешнего вида, цвета корки и вкуса изделий, причем образец 4 с большей степенью поврежденности крахмальных гранул давал цвет корки такой же как образец 2, несмотря на снижение дозировки альфа-амилазы. Затем было изучено влияние фермента на величину упека.

Таблица 6

Влияние альфа-амилазы на упек хлеба из пшеничной муки, %

Данные, приведенные в таблице 6, свидетельствуют о том, что бактериальная альфа-амилаза снижает упек, образуя из крахмала декстрины, которые лучше удерживают влагу.

В рамках данного исследования также было изучено влияние бактериальной альфа-амилазы на величину усушки хлеба.

Таблица 7

Влияние альфа-амилазы на усушку хлеба из пшеничной муки через 3 часа, %

Из представленных в таблице 7 экспериментальных данных видно, что у образцов хлеба, приготовленных из пшеничной муки высшего сорта с внесением ферментного препарата, величина усушки снижалась, по сравнению с контрольным образцом. 

Стоит также рассмотреть суммарную потерю влаги подового хлеба от упека и усушки. У хлеба из муки образца 1 (мука с зазором 0,3мм без добавок) суммарная потеря влаги составила 8,4%. У хлеба из муки образца 4 (мука с зазором 0,03мм + 7ppm альфа-амилазы) суммарная потеря влаги составила 9,3%, при том что, изначально в тесто было добавлено воды на 2% больше. Таким образом больше половины воды, внесенной дополнительно в тесто, сохранилось в готовом хлебе (1,1%).

В результате проведенных исследований было установлено, что бактериальная альфа-амилаза положительно влияет на органолептические показатели качества хлеба и на снижение величин упека и усушки хлеба, произведенного в том числе из муки с повышенной степенью поврежденности крахмальных гранул.

В заключение хотелось бы отметить, что для получения хлеба хорошего качества должен соблюдаться баланс между количеством воды, используемой при замесе, содержанием белка в муке, количеством поврежденного крахмала и активности амилазы. Эти значения также различаются при разных способах выпечки хлеба. При быстром производстве хлеба с коротким временем выдержки влияние поврежденного крахмала на субстрат минимально, но при длительном процессе ферментации эффект является существенным. Уровень поврежденного крахмала менее важен в цельнозерновом хлебе, чем в белом хлебе. За исключением некоторых видов печенья и тортов, при приготовлении последнего предпочтительна пшеница с низким содержанием поврежденного крахмала.