Изменение крахмала при черствении хлеба

23.10.2014

Крахмалу принадлежит ведущая роль в процессе черствения хлеба. Крахмал представляет собой высокомолекулярный полисахарид, зерна которого, как показали рентгенографические исследования, имеют кристаллическую структуру. При выпечке крахмальные зерна набухают и частично клейстеризуются с поглощением воды, выделяемой коагулируемыми белками. Крах мал при этом переходит из кристаллического состояния в аморфное. При хранении хлеба происходит обратный переход крахмала в кристаллическое состояние. Это было впервые установлено в 1902 г. Л. Линде, покачавшим, что при храпении хлеба происходит снижение растворимости крахмала его мякиша. Им было введено понятие о ретроградации крахмала как о переходе крахмала из аморфного состояния в кристаллическое при его старении.
И. Р. Катц в течение ряда лет исследовал процесс черствения хлеба с помощью рентгенографии. Им было установлено, что рентгенограмма свежевыпеченного хлеба отличается от рентгенограммы черствого хлеба. Это различие обусловливается тем, что свежевыпеченный хлеб содержит крахмал в аморфном состоянии, а при хранении хлеба восстанавливается кристаллическая структура крахмала, т. е. происходит явление ретроградации крахмала.
Характер рентгенограммы зависит от влажности крахмального студия. Скорость образования кристаллической структуры также зависит от влажности студня.
По мнению И. Максвелла и X. Цобеля, повышение влажности крахмального студня замедляет ретроградацию крахмала, что, по видимому, можно объяснить, если рассматривать ретроградацию крахмала как процесс агрегации его структурных элементов, который протекает медленнее из-за разъединения крахмальных зерен в студне при большой влажности.

Изменение крахмала при черствении хлеба

При исследовании крахмала, прогреваемого с различным количеством воды, т. е. с различной влажностью, установлено, что в пшеничном хлебе из-за недостатка воды до состояния разрыва оболочек клейстеризуется только 5—10 % крахмала.
После выпечки хлеба свойства его крахмала изменяются — снижается относительная вязкость крахмальных зерен.
В табл. 6 показано изменение относительной вязкости крахмалов при прогревании.
Из таблицы видно, что относительная вязкость крахмала после его прогревания (пли после выпечки хлеба) уменьшается.
Как показано на рис. 2, при избытке воды и повышении температуры набухание крахмальных зерен резко увеличивается, начиная с 60 °C, когда они клейстеризуются (кривая 3). Прогревание клейковины (кривая 1) приводит, начиная с 40 °С, к уменьшению ее набухания, так как начинается денатурация белка.
Изменение крахмала при черствении хлеба

Мука (кривая 2) занимает промежуточное положение. В тесте-хлебе при недостатке воды этот процесс менее выражен. Можно предположить, что степень клейстеризации крахмала при выпечке хлеба оказывает влияние па процесс ретроградации при его хранении.
На скорость ретроградации крахмала хлеба также влияет степень изменения водородных связей гидроксильных групп амилозной и амилопектиновой фракций крахмала, способность его к гидратации, а также температура хранения хлеба.
На изменение водородных связей гидроксильных групп в амилозной и амилопектиновой фракциях крахмала при его ретроградации в процессе черствения указывает Р. В. Керр. Установлено, что две макромолекулы крахмала, имеющие по три полярные группы ОН, образуют между собой водородные связи, в результате чего возникают ассоциаты. Продолжительность существования ассоциатов зависит от внешних условий.
Черствение хлеба, по мнению ряда исследователей, можно представить как кристаллизацию высокополимеров. Установлено, что полимеры регулярного строения кристаллизуются самопроизвольно при охлаждении. Скорость кристаллизации зависит от двух процессов: образования ядер и дальнейшего их роста.
Аврами исследовал процесс кристаллизации и определил скорость, с которой происходит изменение фаз. Он это выразил в виде уравнения, которое затем было упрощено Эвансом и Морганом и представлено в следующем виде:
θ = эксп (-ktn),

где θ — фракция крахмала некристаллизовавшегося, оставшегося после истечения времени t; k — параметр роста (кристаллизации); n — характеристика степени образования ядер, из которых может сформироваться новая фаза, выраженная целым числом (от 1 до 4).
Процесс кристаллизации прекращается при высоких температурах вследствие термодинамической неустойчивости кристаллической фазы и при низких температурах, так как повышается вязкость жидкости, а также теряется кинетическая подвижность высокополимеров. Поэтому скорость кристаллизации за висит от температуры.
Кристаллизация высокополимеров является экзотермическим процессом, который может идти в обратном направлении.
Это свойство высокополимеров было использовано для изучения процесса черствения хлеба путем проведения дифференциального термического анализа хлеба в процессе его хранения при различных температурах с помощью дифференциального термографа (фирмы «Дюпон»). Метод основан на определении эндотермического пика, полученного при прогреве черствого мякиша.
О роли кристаллизации в процессе черствения судили по изменению концентрированных студней крахмала влажностью 52—54 %. Крахмальный гель хранился в герметической упаковке в течение 7 дней при температуре 21 и 4 °С. Ежесуточно измерялась площадь эндотермического пика Данные термографических измерений показали, что полученная экспоненциальная кривая очень сходна с кривой, полученной при определении модуля эластичности хлеба при его черствении. Это подтверждает возможность применения теории кристаллизации для изучения процесса черствения хлеба.
С помощью дифференциального термического анализатора проведены исследования изменения крахмала при различных температурах (в °C): -1; +10; +21; +32 и +43.
Скорость изменения крахмала при 1 и +10°С практически одинакова, по при +21 °C она выше, чем при +32°, т. е. при повышении температуры хранения скорость старения крахмала ниже, так же как и при хранении хлеба. Одновременно отмечается, что при хранении хлеба при повышенных температурах кристаллизация крахмала протекает в меньшей степени по сравнению с низкими температурами.
Замедление черствения хлеба при повышенных температурах К. X. Колвелл и др. объясняют переносом влаги из середины мякиша во внешние слои хлеба, а также возможным ростом более совершенной симметричной структуры крахмала при более высоких температурах, что снижает его кристаллизацию и твердость мякиша хлеба.
Исходя из ранее выдвинутого положения, что черствение хлеба сходно с процессом кристаллизации высокополимерных систем при охлаждении, Л. В. Ким при описании процесса черствения хлеба применил уравнение, математически решенное Л. Н. Колмогоровым, упрощенное Н. Н. Сиротой и уточненное Л. В. Кимом:
Vt = V0(1-e-ktm),

где Vt — конечный объем проб; Vo — начальный объем проб; k — коэффициент пропорциональности, зависящий от формы кристаллов; t — продолжительность роста кристаллов; m — целые числа (от 1 до 4), в зависимости от формы кристаллов.
Изменение объема пшеничного крахмала, выделенного из хлеба, фиксировалось с помощью пикнометра.
Это уравнение предназначено для характеристики процесса кристаллизации крахмала при хранении хлеба.
Приведенные материалы подтверждают, что крахмал играет значительную роль в процессе черствения хлеба.