Изменение свойств хлеба при черствении

23.10.2014

Механизм черствения хлеба изучается рядом исследователей.
Е. Виллхофт обобщил исследования ряда авторов по черствению хлеба. Процесс черствения хлеба им выражается в виде эмпирического уравнения, в котором отражена зависимость между твердостью F (модулем сжатия) и временем i:

В уравнении отражено изменение жесткости хлеба при хранении в течение 7 сут; а и б являются константами, характеризующими качество хлеба, t1 определяется как единица времени (сут).
Одновременно степень черствения хлеба характеризовалась также путем определения деформации сжатия целого хлеба с помощью газа под определенным давлением. Метод основан на том, что фиксируется сила деформации, т, е, давление и количество газа, необходимые для обеспечения деформации определенного объема в зависимости от времени, на основании чего рассчитывается общий модуль сжатия, а после восстановления упругих деформаций замеряются пластические. Для силы сжатия в 2,5 кПа величина деформации (упругое последействие) целого хлеба колеблется в пределах от 48 % за 8 ч до 14 % за 7 сут хранения, что соответствует общему модулю сжатия 0,5 и 1,8 кПа.
Изменение жесткости во времени (в кПа) характеризуется эмпирическим уравнением

Д. В. Эксфорд с сотр. изучал процесс черствения хлеба путем определения модуля эластичности мякиша на коническом инденторе.
Модуль эластичности определяли по уравнению

где εt — модуль эластичности в момент времени t; ε0 — начальный модуль, εl — конечный модуль, достигнутый через теоретически бесконечное время; τ — константа времени.
Эти исследования показали, что изменения в мякише хлеба начинаются уже в первые часы его хранения.
Процесс черствения хлеба исследовался также с использованием дифференциального термического анализатора «Дюпон 900». Метод определения заключался в выявлении эндотермического эффекта, получаемого при подогреве черствого хлеба со скоростью 10°С в минуту. Известно, что кристаллизация крахмала является экзотермическим процессом, а переход крахмала в аморфное состояние может идти в обратном направлении с поглощением тепла.
Установлено, что в процессе прогрева черствого мякиша при температуре около 55°C появляется эндотермический пик, площадь которого зависит от длительности хранения хлеба. При более продолжительном хранении хлеба пик выражен сильнее; при прогреве свежего хлеба такого пика не наблюдается.
Термограммы свежего и черствого хлеба приведены на рис. 1.

Максимальный эндотермический пик появляется при тех же температурах, что и клейстеризация пшеничного крахмала. Предполагается, что пик начинает увеличиваться при новой «фазе», которая проявляется при хранении хлеба. Площадь этого пика коррелирует с величиной модуля упругости хлеба при его черствении.
Изменение состояния биополимеров хлеба при черствении, как предполагает В. В. Щербатенко, можно выразить через изменение энтальпии системы Н.
Энтальпия при определенной температуре Ht связана с теплоемкостью cp при постоянном давлении и выражается уравнением

где ср — молярная теплоемкость, Дж/(моль*К); T — температура, К.
Для практических определений молярная теплоемкость ср заменяется удельной теплоемкостью су. Тогда в соответствии с уравнением черствение хлеба должно изменять его удельную теплоемкость.
Оценка черствости хлеба по эндотермическому эффекту прогрева путем записи процесса нагревания пробы, сопровождающегося переходом системы из кристаллического состояния в аморфное, позволила зафиксировать уменьшение теплоемкости аморфной фазы хлеба.
Использование метода дифференциального термического анализа под твердило, что при черствении хлеба повышается его удельная теплоемкость и соответственно энтальпия системы.
М. И. Княгиничев связывает процесс черствения хлеба с изменением систем вода—крахмал, вода—белок. Он считает, что в процессе выпечки при нагревании теста происходит изменение микроструктуры крахмала и белка, в результате чего в системе образуются микрополости, играющие роль микрорезервуаров для воды.
Часть молекул воды термодинамически связана, другая часть распределена в межмолекулярных пространствах денатурированного белка и набухшего частично клейстеризованного крахмала и составляет осмотически связанную воду.
Термодинамически связанная вода составляет 25 % от общего количества связанной воды. Она имеет плотность, равную плотности твердого тела, и не оказывает влияния па черствение хлеба. Остальная вода, заполняющая микронеплотности крахмала, осмотически связана. По мнению Княгиничева, черствение хлеба связано с изменением содержания этой формы воды в микронеплотностях хлеба.
Для исследования изменений в хлебе при хранении использован усовершенствованный метод определения связанной воды в хлебе.
Содержание воды, осмотически связанной крахмалом и белком, в муке различное (табл. 1).

Содержание воды, осмотически связанной белком муки, более чем в 3 раза выше, чем связанной крахмалом. Примерно такое же соотношение получено Л. И. Пучковой и сотр. при определении осмотически удержанной жидкости и влаги макрокапилляров (называемой свободной водой) методом низкотемпературной дифференциальной сканирующей микрокалориметрии на приборе ДСМ-2 в хлебцах, выпеченных из крахмала и сухой клейковины (табл. 2).
Установлено значительное снижение при хранении содержания свободной воды в хлебцах из крахмала.
Внесение поверхностно активных веществ снижает содержание воды, осмотически связанной крахмалом. Это объясняется образованием комплекса из крахмала и поверхностно-активных веществ, что препятствует проникновению воды в микронеплотности крахмала. В результате снижается степень структурообразования крахмальных цепей и воды при хранении хлеба, что замедляет процесс черствения хлеба.

Изменение содержания осмотически связанной белком воды при добавлении поверхностно-активных веществ выражено значительно слабее.
Исследования показывают, что гидрофобизация муки в процессе приготовления теста позволяет снизить содержание осмотически связанной влаги и влаги в микронеплотностях крахмала, потеря которой при хранении хлебцев из крахмала в течение 24 ч составляет около 27%, а следовательно, и замедлить процесс черствения хлеба. Изменение состояния воды в наибольшей степени происходит в крахмале, играющем, как показано многими исследователями, значительную роль в черствении хлеба.
Е. Виллхофтом процесс черствения хлеба исследовался также путем измерения его емкостного сопротивления и электропроводности. Емкостное сопротивление и электропроводность определяются при постоянной частоте тока 1592 Гц и при трех различных температурах хранения хлеба (табл. 3).

Хранение хлеба при различных температурах изменяет величины емкостного сопротивления и электропроводности мякиша хлеба. Зависимость электрических параметров от сроков храпения описана эмпирическим уравнением

где C и G сопротивление или электропроводность мякиша хлеба, %; l∞, lt и l0 — электрические параметры (емкостное сопротивление или электропроводность) в точке времени ∞, t и 0; k — константа для данной муки; n — константа, близкая к единице.
Отмечено, что показатель степени n снижается с увеличением температуры. Величины емкостного сопротивления для n при 0; 10 и 36 °C составили 1,03; 0,93 и 0,88.
Такое изменение показателей, наблюдаемое с увеличением температуры, по мнению автора, показывает, что с помощью электрических измерений можно выявить ретроградацию крахмала, а также преобразование клейковины. Первый процесс преобладает при более низких температурах, второй — при более высоких.
Ряд исследователей считают, что черствение хлеба сходно с процессом кристаллизации высокополимерных систем.
Исходя из положения, что процесс черствения хлеба можно представить как кристаллизацию высокополимеров мякиша, объясняются изменения физико-химических и гидрофильных его свойств, а также его изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха.
Снижение мягкости мякиша хлеба сопоставляется с повышением плотности полимера при переходе из аморфного состояния в кристаллическое. Изменение гидрофильных свойств мякиша при черствении объясняется упорядочением и уплотнением его структуры, в результате чего уменьшается внутренняя энергия системы, расходуемая частично на кристаллизацию. Уплотнением структуры высокополимеров хлеба объясняется также уменьшение способности веществ мякиша (амилозы и др.) переходить в водный раствор.
По аналогии с кристаллизацией высокомолекулярных систем при охлаждении можно представить процесс черствения хлеба при различных температурах его хранения. Скорость процесса кристаллизации проходит через максимум и затем понижается до нуля, т. е. до температуры, при которой снижается подвижность молекул и кристаллизации не происходит.
Влияние температуры хранения хлеба на его черствение исследовано как у нас в стране, так и за рубежом. Повышение температуры в хлебохранилище с 1 до 30 °C способствует замедлению черствения хлеба.
В табл. 4 показано изменение сжимаемости мякиша и сжимаемости целого изделия через 6 ч после выпечки в зависимости от температуры окружающего воздуха.

При повышении температуры с 1 до 30 °С сжимаемость целого изделия увеличивается па 15 %, а сжимаемость мякиша на 13 %.
Через 17 ч после выпечки батоны простые массой 0,5 кг при температуре 6 °C имели черствый, недостаточно эластичный, крошковатый мякиш, a при температуре 33 °C изделия имели свежий и эластичный мякиш, их набухаемость была выше, чем изделий при 6 °С, на 10 %.
Хранение хлеба в упакованном виде при температуре 4 и 20 °C показывает, что через 72 ч сжимаемость первого образца ниже, чем второго. Эти данные подтверждают, что храпение при низких температурах ускоряет процесс черствения изделий. Путем определения модуля эластичности мякиша хлеба также установлено, что при низкой температуре хлеб черствеет быстрее. Выявлено, что черствение хлеба ускоряется при температуре от 2 до +20 °C, понижение температуры до 10 °С и ниже предотвращает процесс черствения хлеба. Высокая температура также способствует сохранению свежести мякиша хлеба.
С. К Ким и Д’Апполония также изучали влияние температуры хранения хлеба па процесс его черствения. Они показали, что хранение хлеба в течение 5 дней при температурь 21 °C приводит к черствению 93 % хлеба, при температуре 30° С — 50 % хлеба и при 35 °C — 20 % его от общего количества. Они также установили, что при 32 и 43 °C крахмальные гели стареют в 3—4 раза медленнее, чем хлеб при этих же температурах.
Данные исследований показывают, что при повышении температуры хранения важную роль помимо крахмала играют изменения в белке и перераспределение влаги между компонентами.
Исследована способность мякиша хлеба к набуханию в процессе хранения его при различных температурах (табл. 5).
Черствение свежевыпеченного хлеба предотвращается при хранении его в пределах температур от 60 до 90 °C и от -20 до -190 °С.

И. Р. Катц предложил хранить хлеб при температуре около 60 °C. Замедление черствения хлеба при 60 °C и выше объясняется неустойчивостью кристаллической фазы при высокой температуре, что препятствует переходу крахмала мякиша в кристаллическое состояние.
Однако хранить хлеб при 60 °C и выше не представляется возможным, так как при таких температурах хлеб усыхает в результате усиленного испарения влаги и, кроме того, возможна его микробиологическая порча.
Снижение степени черствения хлеба в замороженном состоянии происходит в связи с понижением кинетической подвижности молекулярных цепей и цепочек крахмала. При хранении хлеба в пределах температур от +50 до -7 °С, включая и комнатную, наблюдается процесс его черствения.
Таким образом, черствение хлеба замедляется при повышении температуры и ускоряется при ее понижении до точки замерзания.
Приостановление черствения хлеба при низких температурах возможно при его замораживании, широко применяемом в Западной Европе и в США.
При хранении хлеба в обычных условиях хлебохранилищ можно рекомендовать температуру не ниже 26-28 °C (особенно в холодное время года) и относительную влажность не ниже 60%. Более высокая температура помещения может привести к появлению в хлебе картофельной болезни.