Роль компонентов пшеничной муки в образовании теста

Ведущая роль в образовании пшеничного теста принадлежит белковым веществам муки и крахмалу, которые в присутствии воды способны набухать. Однако эти компоненты муки обладают различной водопоглотительной способностью, которая в значительной степени зависит от температуры и химического состава жидкой фазы теста, структуры белка и физическою состояния крахмальных зерен.
Набухшие нерастворенные в воде белки и увлажненные крахмальные зерна составляют твердую фазу теста. Жидкая фаза теста представляет собой многокомпонентный водный раствор, состоящий из растворимых органических и минеральных веществ муки (белки, декстрины, сахара, соли и др.) и водорастворимых рецептурных компонентов теста.
При соприкосновении частичек муки с водой происходит осмотическое связывание волы свободным промежуточным белком, затем белком, окружающим отдельно лежащие крахмальные зерна, и наконец, белком крупных частиц муки — неразрушенных клеток эндосперма или их группы.
Набухание коллоидов протекает в две стадии. Вначале происходит адсорбция молекул воды на поверхности частичек муки за счет активных гидрофильных групп коллоидов. Процесс гидратаций сопровождается выделением теплоты.
В результате теплового движения гибких испей белка благодаря тому, что макромолекулы белка и крахмала упакованы неплотно, между этими составляющими образуются весьма малые зазоры, в которые проникают молекулы воды. В этот момент начинается вторая стадия набухания — осмотическое связывание воды.
Набухание крахмальных зерен зависит от температуры и степени их механического повреждения. Целые зерна крахмала связывают воду в основном адсорбционно, поэтому их объем увеличивается незначительно (адсорбционно может быть связано до 44 % воды). При помоле зерна на муку около 15—20% крахмальных зерен повреждается. Такие зерна поглощают до 200 % воды на СВ.
В хлебопекарной муке набухают только высокомолекулярные соединения, однако этот процесс не всегда заканчивается растворением. Так, альбуминовая и глобул и новая фракции белков пшеничной муки после набухания растворяются и переходят в раствор. Количество воды, которую проламиновая и глютслиновая фракции, набухая, связывают, в 2,0—2,5 раза превышает их массу, и при этом их объем резко увеличивается.
Оптимальная температура, обеспечивающая максимальное набухание клейковинных белков, 30 °С, так как при более высокой температуре их набухаемость снижается, а для крахмальных зерен максимальная набухаемость обеспечивается при температуре 50 °С. Такие различия в температурном оптимуме набухания белковых веществ и крахмала пшеничной муки обусловлены их молекулярной массой и строением молекул.
Скорости набухания и растворения высокомолекулярных веществ с увеличением молекулярной массы уменьшаются и зависят от длины и строения отдельных цепочек и химической связи между ними.
Белки являются гидрофильными веществами, их молекулы способны связывать значительное количество воды. Ha поверхности белковой глобулы расположены различные гидрофильные группы, притягивающие к себе дипольные молекулы воды. Гидрофильность различных групп неодинакова. Так, амидная группа (—CO—NH, пептидная связь) притягивает одну молекулу воды, карбоксильная (—COOH) — четыре, аминная (—NH2)— одну, строго ориентируя их на поверхности молекулы.
Атомные группировки белковой молекулы резко различаются по характеру взаимодействия с молекулами воды в растворе: они содержат полярные группы, образующие водородные связи с водой; заряженные группы, вызывающие сильное электрострикционное сжатие воды в гидратной оболочке; гидрофобные группы, влияние которых на многие характеристики воды качественно отличается от влияния полярных и заряженных групп. Электрострикция (от электро... и лат. strictio — стягивание, сжимание) — деформация диэлектриков в электрическом поле, обусловленная их поляризацией. Поэтому гидратная оболочка белковой глобулы гетерогенна, она способствует агрегативной устойчивости белков в растворе.
Значительная доля поверхностных гидрофильных атомных групп биополимеров представлена заряженными группами. Их взаимодействие с водой и ионными компонентами растворителя во многом определяет структуру и стабильность белков и термодинамические свойства их растворов. В результате диссоциации заряженных групп в водном растворе поверхность белковой молекулы приобретает избыточный электрический заряд, а в гидратной оболочке возникает двойной электрический слой, от величины потенциала которого зависят электростатические силы отталкивания.
Агрегативная устойчивость набухших белковых мицелл при замесе теста зависит согласно теории термодинамики тонких пленок и устойчивости дисперсных систем ДЛФО (Дерягина, Ландау, Фервея, Овербека) от трех составляющих расклинивающего давления в пленках воды, покрывающих белковые мицеллы.
Активная кислотность теста из пшеничной муки не превышает 6 и не соответствует изоэлектрической точке глиадина. В кислой среде молекулы белка представляют собой положительно заряженные частицы дисперсной фазы. Ионизирующие группы белковой глобулы, содействуя ее раскрытию, способствуют образованию множества новых коагуляционных контактов между отдельными участками разветвленной белковой молекулы. Только с этого момента из разрозненных белковых мицелл начинаемся образование длинных нитей и пленок, а затем формирование трехмерного структурного каркаса.
Набухшие белковые мицеллы, на поверхности которых находятся полярные группы, представляют собой лиофильные коллоидные системы. Состояние молекул в мицеллах близко к их состоянию в монослоях на границе раздела фаз с водой. Такие системы термодинамически устойчивы. На лиофильных поверхностях за счет водородных связей образуются слои жидкости с измененной структурой. Ориентация молекул в пограничных слоях жидкости, повышение вязкости, упругости, сопротивление сдвигу значительно препятствуют сближению набухших белковых мицелл. Перекрытие граничных слоев при сближении частиц приводит к появлению структурной составляющей расклинивающего давления, ответственной за устойчивость гидрофильных коллоидов.
При замесе теста прослойки гидратированной воды между отдельными белковыми молекулами утончаются, возникают коагуляционные константы, термодинамически более благоприятные в данных условиях, приводящие к образованию пространственной структуры.
При образовании коагуляционной сетки и ее агрегатов или цепочек в контакте между белковыми молекулами остается весьма тонкая и равновесная прослойка жидкой дисперсионной среды, толщина которой соответствует минимуму свободной энергии системы. Эти прослойки жидкости в местах коагуляционных контактов препятствуют дальнейшему сближению белковых молекул.
Основная роль в образовании белкового каркаса принадлежит гидрофобным взаимодействиям между неполярными группами белковых молекул. Значительную роль в возникновении структурного каркаса теста играют окислительно-восстановительные реакции. Перемешивание теста в атмосфере воздуха вызывает окисление сульфгидрильных групп кислородом с образованием дисульфидных связей, в том числе и поперечных, что упрочняет структуру белка. Значительная роль в упрочнении структурного белкового каркаса принадлежит водородным связям. Решающее влияние на агрегирование набухших белковых макромолекул оказывают электростатические и структурные силы. Для коагуляции белковых молекул последние должны преодолеть определенный энергетический барьер.
В набухшем состоянии преодоление этого барьера белковыми молекулами глиадина и глютенина возможно путем внешнего механического воздействия, превышающего сумму сил электростатического и структурного отталкивания.
Механическое воздействие на набухшие белки муки при замесе теста необходимо рассматривать как способ подготовки белковых макромолекул к коагуляции.
В протекании коагуляционных процессов существенную роль играет фактор агрегативной устойчивости, связанный со структурой и свойствами граничных гидратных прослоек у поверхности набухших белковых макромолекул.
Перемешивание массы теста приводит к разрушению и утончению гидратных прослоек у поверхности макромолекул. Этот эффект возрастает с увеличением времени механического воздействия. Процесс сопровождается ослаблением структурного отталкивания. Следовательно, чем продолжительнее или интенсивнее замес, тем быстрее достигается тот критический рубеж дегидратации белковых макромолекул, за которым наступает процесс коагуляции, так как механическое воздействие становится достаточным для преодоления ими электростатического барьера.
Введение при замесе теста поваренной пищевой соли — электролита — несколько нивелирует действие структурных сил, при этом ускоряется разрушение граничных слоев воды.
Снижение активной кислотности среды уменьшает структурные силы отталкивания и препятствует агрегированию молекул белка.
В результате замеса проламиновая и глютелиновая фракции образуют белковый клейковинный структурный каркас, состоящий из тонких пленок. Коагуляция набухших частиц муки, пронизанных клейковинными пленками, приводит к образованию однородной массы, состоящей из муки, воды и другого сырья. При этом образуется непрерывная структура теста, представляющая собой сетку клейковины, в которую включены крахмальные зерна и другие нерастворимые частицы муки и дополнительного сырья.
Пшеничное тесто с оптимальными физическими свойствами образуется при минимальном содержании клейковины 7,5 %. При снижении этого значения получить однородную массу теста невозможно, так как из-за недостатка белка он неспособен соединить всю массу крахмальных зерен. При этом существенное влияние оказывают свойства клейковины.
Продолжительность замеса теста из различных партий муки неодинакова, что также обусловлено свойствами клейковинных белков.
При образовании теста пленки гидратированного белка охватывают всю поверхность крахмальных зерен и других включений, и эта система должна соединяться достаточно прочно.
В пшеничной муке и хлебопекарных прессованных дрожжах (биологическом разрыхлителе) содержится комплекс ферментов, проявляющих свою активность уже при замесе теста и влияющих на его физические свойства. При этом следует отметить, что изменения в тесте, связанные с гидролитическим действием ферментов, зависят от доли вносимой при замесе воды. На этой стадии приготовления изделий из пшеничной муки проявляют активное протеолитические и амилолитические ферменты. В результате действия протеаз происходит частичная дезагрегация клейковинных белков, в результате действия амилаз — дезагрегация крахмала. Вследствие этого увеличивается доля веществ, переходящих в жидкую фазу теста. Присутствие в тесте кислорода воздуха несколько снижает активность протеолитических ферментов в результате окисления их SH-групп.
Во взаимодействии с клейковинным комплексом пшеницы находятся протеазы, их ингибиторы, амилазы и липоксигеназа. Протеазы, частично гидролизуя белки, ослабляют клейковину, а липоксигеназа, при участии которой продукты окисления жирных кислот окисляют —SН-группы белка, напротив, укрепляет ее. Высвобождение липоксигеназы из клейковины происходит в присутствии восстановленного глутатиона, с другой стороны, восстановленный глутатион, принимая участие в толовом обмене с клейковиной, уменьшает число —S-S-связей и ослабляет ее. Следовательно, ферментные системы в комплексе с клейковинными белками регулируют качество хлеба из пшеничной муки.
В образовании теста участвуют и липиды муки, доля которых в пшеничной муке достигает 2 %. Из этого количества 20—30 % липидов соединены с белками (липопротеиды) и углеводами (гликолипиды). В процессе замеса теста доля связанных липидов резко возрастает (до 60 %), При соединении с фосфорорганическими соединениями образуются фосфолипиды, которые в первую очередь связываются глиадином и глютенином.
Водорастворимые пентозаны (слизи) муки при замесе теста почти полностью пептизируются и переходят в раствор. Они способны поглощать до 1500 % воды. Целлюлоза и гемицеллюлоза за счет капиллярной структуры также связывают значительную долю воды. Если в тесте воды недостаточно, то происходит конкурентная борьба за воду, так как поглощение ее целлюлозой будет препятствовать набуханию белков и затруднять образование клейковины, что ухудшает свойства теста.
Поэтому тесто из муки высоких выходов замешивают большей влажностью (46—49 %), чем тесто из муки первого и высшего сортов (42—44 %).
При замесе теста в нем кроме твердой и жидкой фаз присутствует и газообразная фаза, которая образуется в результате захвата воздуха, вносимого с мукой, водой и другими видами сырья и полуфабрикатов при замесе и окклюзии его пузырьков в массе полуфабриката. Содержание газообразной фазы зависит от продолжительности замеса и может составлять 10—20 % от общего объема теста. Соотношение между твердой и жидкой фазами зависит от рецептуры теста, массовой доли влаги, количества и качества клейковины.
Следовательно, полуфабрикат после замеса представляет собой систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. От соотношения их масс в значительной степени зависят реологические свойства теста — вязкость, адгезия и текучесть.