ГЛАВА 5.  ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ЗАКВАСОК И ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ В ХЛЕБОПЕКАРНОЙ ОТРАСЛИ

Хлеб – физиологически обязательный компонент рациона питания человека. Основы технологии хлебопечения были заложены еще на заре цивилизации.

Сначала хлеб представлял собой смешанную с водой и выпеченную муку. Дрожжи впервые попали в тесто спонтанно из воздуха, что было очень важно для получения рыхлого теста. Позднее хлеб стали печь из муки с добавками дрожжей, соли, сахара и небольшого количества жира. Все эти ингредиенты необходимы для активного развития дрожжей, что приводит к улучшению качества хлеба. В настоящее время для получения особых видов хлеба в тесто добавляют и другие компоненты.

Хлеб для населения России всегда был и остается одним из главных продуктов питания. Об этом убедительно свидетельствует анализ потребления хлебобулочных изделий в РФ, которое составляет 118 кг на душу населения в сопоставлении с мировым годовым потреблением хлеба – 45 кг на душу населения, а также с потреблением хлеба в странах Европы: Великобритания, Франция – 42–45 кг, Италия, Дания, Германия – 70–82 кг на душу населения.

Особое место хлебобулочных изделий в структуре питания населения РФ определяет приоритетное направление хлебопекарной отрасли и обеспечение высокого качества хлебобулочных изделий.

Качество хлеба определяется особенностями химического состава муки и активностью ферментативного комплекса в системе тесто-дрожжи. Значительное влияние оказывают также условия брожения и выпечки. Получить хлеб с надлежащей пористостью, объемом, окраской корки можно только при правильном сочетании в процессе тестоведения микробиологических и биохимических процессов.

Мука, поступающая на хлебопекарные предприятия для производства хлебобулочных изделий, характеризуется нестабильными свойствами.

Эффективным средством в решении многих технологических задач, в том числе создания гибкого и одновременно стабильного технологического процесса получения широкого ассортимента хлебобулочных изделий высокого качества, является целенаправленное применение микроингредиентов – пищевых добавок, хлебопекарных улучшителей, различных видов нетрадиционного сырья.

Все пищевые добавки и хлебопекарные улучшители, применяемые в настоящее время в хлебопекарной отрасли, можно разделить на следующие группы микроингредиентов:

  • окислительно-восстановительного действия;
  • модифицированные крахмалы;
  • ферментные препараты различного принципа действия;
  • поверхностно-активные вещества (пищевые эмульгаторы);
  • сухая клейковина и продукты на ее основе;
  • пшеничные закваски на основе микроорганизмов;
  • минеральные соли, органические кислоты, консерванты, пищевые волокна, ароматические и вкусовые добавки и т.п. 

5.1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБА

Принципиальная технологическая схема хлебопекарного производства включает следующие стадии (рис. 5.1).

 

Рис. 5.1

Рис. 5.1. Принципиальная технологическая схема производства хлебобулочных изделий

 

К основному сырью в хлебопекарном производстве относят муку, дрожжи, сахар, жир, соль.

Подготовка основного сырья к производству

Подготовка муки заключается в смешивании отдельных компонентов, просеивании и магнитной очистке. При необходимости смешивают муку разных партий (в пределах одного сорта) для улучшения свойств одной партии муки за счет другой (две или три партии муки в простых соотношениях 1:1, 1:2, 1:3 и т.д.) на специальных машинах – мукосмесителях.

Для просеивания муки с целью отделения посторонних примесей применяют бураты, вибросита или просеиватели иных конструкций. Для очистки муки от металломагнитных примесей в выходных каналах машин для просеивания устанавливают магнитные уловители, которые очищают через каждые 4 ч работы. При использовании аэрозольтранспорта применяют электромагнитные сепараторы.

Прессованные дрожжи освобождают от упаковки, грубо измельчают и готовят однородную суспензию в воде при температуре 30...35 °С.

Сахар растворяют в воде в емкостях с мешалками при температуре около 40 °С до 55%-й концентрации раствора.

Твердые жиры растапливают в бачках с водяной рубашкой и мешалкой. Температура маргарина при этом должна быть не более 40...45 °С, иначе он расслоится на жир и воду и неравномерно распределится в тесте. Жидкие жиры процеживают. Соль используют в виде 40%-го раствора. Дополнительным сырьем являются яйцепродукты и другие добавки.

Приготовление теста и полуфабрикатов

Для каждого сорта хлеба существует унифицированная рецептура, в которой указаны сорт муки и расход компонентов в зависимости от вида хлебобулочных изделий (в кг на 100 кг муки).

Технологический режим приготовления изделия определяется: температурой, влажностью, кислотностью полуфабрикатов, длительностью брожения, наличием и числом обминок, массой кусков теста, длительностью и температурным режимом расстойки и выпечки.

К полуфабрикатам хлебопекарного производства относятся жидкие дрожжи, опары и закваски. Пшеничное тесто можно готовить на жидких дрожжах, жидких заквасках опарным и безопарным способами. Ржаное тесто готовят на заквасках по различным технологическим схемам.

Тесто – это своеобразная гетерогенная коллоидная система, образованная ограниченно набухшими белками и крахмалом муки. Реологические характеристики теста определяются в первую очередь количеством и качеством белков муки, всеми остальными компонентами рецептуры и технологическими параметрами его приготовления.

Способы приготовления теста

Безопарным способом тесто замешивают в один прием сразу из всего сырья, предусмотренного рецептурой. Расход прессованных дрожжей при этом составляет 2–2,5 % к массе муки, длительность брожения теста – 3–4 ч. В процессе брожения проводят 2–3 обминки, последнюю – за 30–40 мин до разделки теста. Перед последней обминкой проводят отсдобку теста. Безопарным способом обычно готовят ситнички, московские калачи, московские булочки, рожки, рогалики, а также хлеб из пшеничной муки высшего и I сортов с низкой кислотностью.

Опарный способ состоит из двух операций: приготовление опары и теста. Для опары берут часть муки, часть воды и все количество дрожжей (0,5–1 % к массе муки). По консистенции опара более жидкая, чем тесто. Длительность ее брожения 3,5–4,5 ч. На готовой опаре замешивают тесто, добавляя оставшуюся часть муки, воду и другое сырье (соль и т. п.). Брожение теста продолжается 1–1,5 ч. В процессе брожения тесто из сортовой муки подвергают одной или двум обминкам, перед последней осуществляют отсдобку теста.

Применение жидких дрожжей и заквасок при приготовлении теста

Жидкие дрожжи и жидкие закваски представляют собой дрожжи и нетермофильные молочнокислые бактерии, находящиеся в активном состоянии, вместе с питательной средой.

Питательной средой для жидких заквасок служит осахаренная заварка, т.е. смесь воды и муки, нагретая до 65 ...75 °С для клейстеризации крахмала муки, к которой добавляют препараты ферментов, катализирующие расщепление крахмала с максимальным образованием Сахаров. Микрофлора жидких заквасок представлена в основном гетероферментативными молочнокислыми бактериями и небольшим количеством дрожжей. Поэтому пшеничный хлеб, приготовленный на жидких заквасках, имеет высокую кислотность. Жидкие закваски применяют для получения пшеничного хлеба из обойной муки.

Питательной средой для жидких дрожжей является осахаренная заварка, в которой при температуре 48...50°С развиваются молочнокислые бактерии, вырабатывающие молочную кислоту. Далее полученную смесь охлаждают до 28...30°С и используют в качестве питательной среды для размножения дрожжей. Микрофлора жидких дрожжей содержит гетероферментативные молочнокислые бактерии и дрожжи с преобладанием последних.

Жидкие дрожжи используют для приготовления хлеба из пшеничной муки высшего, I и II сортов, поскольку в этом случае не происходит чрезмерного повышения кислотности.

Жидкие дрожжи и жидкие закваски можно использовать для приготовления пшеничного хлеба любым способом – опарным и безопарным. Их расход составляет 20–35 % массы муки. Жидкие дрожжи можно использовать в смеси с прессованными дрожжами (например, 1–1,5 % прессованных дрожжей и 8–15 % жидких).

Ржаное тесто должно иметь высокую кислотность. Клейстеризованный крахмал ржаной муки, который легко разрушается активной амилазой, при выпечке разлагается с образованием большого количества декстринов. Мякиш хлеба при этом становится липким на ощупь и заминается. Высокая кислотность не только способствует улучшению физических свойств теста, но и придает ржаному хлебу специфический вкус и аромат. Поэтому ржаное тесто готовят на заквасках, которые обеспечивают интенсивное кислотообразование. Закваска в этом случае – это порция спелого теста, приготовленная без соли, которая содержит активные молочнокислые бактерии. Кроме молочнокислых бактерий в состав закваски входит небольшое количество дрожжей. В зависимости от влажности, закваски могут быть: густыми (влажность 50 %), менее густыми (влажность 60 %) и жидкими (влажность 70–80 %).

Замес теста

Замес – короткая, но важная технологическая операция. Его длительность для пшеничного теста составляет 7–8 мин, для ржаного – 5–7 мин.

Цель замеса – получить однородную массу теста с определенными физическими свойствами. При замесе одновременно протекают физико-химические и коллоидные процессы, которые взаимно влияют друг на друга. Коллоидные процессы связаны с набуханием белков и крахмала пшеничной муки. Нерастворимые в воде белки муки набухают и связывают воду в количестве, приблизительно в 2 раза превышающем их массу. Вследствие этого образуется клейковинный каркас теста губчатой структуры, который определяет эластичность теста. Крахмал связывает воду в количестве около 30 % своей массы, но поскольку крахмала в муке значительно больше, чем белков, количество воды, связанной белками и крахмалом, приблизительно одинаковое. Набухшие зерна крахмала и частицы оболочек распределяются внутри клейковинного каркаса.

Вследствие механического перемешивания набухшие частицы слипаются в сплошную массу, и образуется тесто.

Тесто после замеса состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Газообразная фаза состоит из пузырьков воздуха, полученных при замесе теста. Состав твердой и жидкой фаз в пшеничном и ржаном тесте имеет некоторые отличия.

В пшеничном тесте твердая фаза представлена набухшими нерастворимыми в воде белками, зернами крахмала и частицами оболочек. Она преобладает над жидкой фазой, в состав которой входят водорастворимые вещества (сахар, соль, водорастворимые белки и др.). Основная часть жидкой фазы пшеничного теста связана набухшими белками. В ржаном тесте твердая фаза состоит из небольшого количества частично набухающих белков (2–3 %), крахмала и частиц отрубей. Клейковинного каркаса в ржаном тесте нет. В состав жидкой фазы входят неограниченно набухающие белки (до 97 %), слизи, декстрины, сахара и другие вещества.

Поэтому структурно-механические свойства пшеничного и ржаного теста различны: пшеничное тесто эластичное, упругое, а ржаное – вязкое, пластичное. Структурно-механические свойства ржаного теста в значительной мере зависят от его кислотности: ее повышение до 10–12 °Т (конечная кислотность пшеничного теста – 7 °Т) увеличивает долю твердой фазы, делает тесто менее вязким за счет медленного разложения крахмала и снижения образования декстринов, которые придают тесту липкость.

Брожение теста

Брожение теста начинается с момента его замеса и заканчивается при окончательной расстойке. Цель брожения – разрыхление теста, придание ему определенных структурно-механических свойств, необходимых для последующих операций, а также накопление вкусовых и ароматических веществ и получение окраски хлеба.

Комплекс процессов, которые одновременно протекают на стадии брожения и взаимно влияют друг на друга, объединен общим понятием «созревание теста». Созревание включает в себя микробиологические (спиртовое и молочнокислое брожение), коллоидные, физические и биохимические процессы.

Спиртовое брожение, в результате которого сахара превращаются в спирт и диоксид углерода, осуществляется дрожжами. Источником Сахаров являются собственные сахара муки, а также крахмал, который расщепляется до мальтозы. Скорость брожения зависит от температуры, кислотности среды, количества и качества дрожжей, содержания сбраживаемых Сахаров, аминокислот, минеральных веществ, витаминов. Высокие концентрации в тесте соли, сахара, жира тормозят газообразование. Брожение ускоряется при добавлении в тесто амилолитических ферментных препаратов.

Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые бактерии, которые попадают в тесто вместе с мукой. Они трансформируют глюкозу в молочную кислоту. В пшеничном тесте преобладает спиртовое, а в ржаном – молочнокислое брожение.

Вследствие повышения кислотности теста ускоряется набухание белков, замедляется расщепление крахмала до декстринов и мальтозы, при этом образуется тесто с оптимальными физическими свойствами, которые обусловливают вкус и аромат хлеба. Поэтому кислотность теста является признаком его созревания, а кислотность хлеба – одним из показателей его качества, включенным в стандарт.

Коллоидные процессы, которые начинаются на стадии замеса, продолжаются во время брожения.

В результате физических процессов происходит насыщение теста диоксидом углерода, увеличивается его объем и на 1...2 °С повышается температура.

Биохимические процессы являются наиболее важными, поскольку от их протекания зависят и микробиологические, и коллоидные, и физические процессы. Они заключаются в расщеплении составных компонентов муки (белков и крахмала) под действием ферментов муки, дрожжей и других микроорганизмов. При этом необходима определенная степень протеолиза, так как она ведет к получению достаточно упругого и эластичного теста, которое обладает оптимальными свойствами для получения качественного хлеба. Кроме того, продукты разложения белков на стадии выпечки участвуют в образовании цвета, вкуса и аромата хлеба. При интенсивном разложении белков, особенно в муке со слабой клейковиной, тесто расплывается и хлеб получается неудовлетворительного качества. При расщеплении крахмала ферментами образуется мальтоза (5–6 % к массе муки), которая расходуется на брожение теста и участвует в процессе выпечки, определяя вкус и аромат хлеба.

Температура является основным фактором, регулирующим ход технологического процесса приготовления теста. Оптимальная температура для спиртового брожения – 35 °С, для молочнокислого – 35...40 °С, повышение температуры приводит к повышению кислотности, усилению биохимических процессов, ослаблению клейковины. Оптимальная температура брожения теста – 26...32 °С. Повышенную температуру рекомендуют для приготовления теста из муки с сильной клейковиной; тесто из слабой муки готовят при более низкой температуре.

В процессе брожения тесто подвергается обминке, т.е. кратковременному повторному промесу в течение 1,5–2 мин. При этом происходит равномерное распределение пузырьков диоксида углерода по всей массе теста, улучшается его качество, мякиш хлеба приобретает мелкую, тонкостенную и равномерную пористость.

Разделка теста

Разделкой называют ряд операций обработки выбродившего теста. Разделка пшеничного теста включает в себя следующие основные операции: деление теста на куски; округление; предварительную расстойку; формирование (закатку) тестовых заготовок; окончательную расстойку.

При производстве подового хлеба исключаются операции предварительной расстойки и закатки.

Разделка ржаного теста состоит из следующих операций: деление теста на куски; формирование (округление или закатка) тестовых заготовок; окончательная расстойка.

Разделка теста включает и дополнительные операции: посадка тестовых заготовок в шкаф для расстойки и их выгрузка, надрезка заготовок после окончательной расстойки, посадка их в печь.

Различия в разделке пшеничного и ржаного теста обусловлены особенностями их свойств. Ржаное тесто не имеет клейковинного скелета и более пластично. Оно обладает повышенным прилипанием, для него необходима минимальная механическая обработка. Пшеничное тесто упругое и требует более интенсивного механического воздействия. Многократная обработка пшеничного теста необходима для получения однородной структуры во всей массе куска, вследствие чего получается хлеб с равномерной, мелкой пористостью.

Цель окончательной расстойки – брожение теста, которое необходимо для восполнения СО2, удаленного на стадиях разделки. Хлеб из теста без окончательной расстойки получается малого объема, с плохо разрыхленным мякишем, с разрывами и трещинами на корке. Окончательная расстойка проводится в атмосфере воздуха при температуре 35...40°С и относительной влажности воздуха 75–85 % в течение 25–120 мин в зависимости от массы кусков теста, условий расстойки, свойств муки, рецептуры теста и ряда других факторов.

Выпечка хлеба

При выпечке основными являются физические процессы – прогрев теста, внешний влагообмен между тестом– хлебом и паровоздушной средой пекарной камеры и внутренний тепломассообмен в тесте-хлебе. Кроме физических процессов при выпечке хлеба протекают микробиологические, коллоидные и биохимические процессы.

В начале выпечки тесто вследствие конденсации паров воды из среды пекарной камеры поглощает влагу, и его масса несколько увеличивается. После прекращения конденсации влаги начинается ее испарение с поверхности, которая к тому времени прогревается до 100 °С, превращаясь в сухую корку. При этом часть влаги испаряется в окружающую среду, а часть (около 50 %) переходит в мякиш. Влажность мякиша горячего хлеба на 1,5–2,5% выше влажности теста. Обезвоженная корка прогревается в процессе выпечки до 160... 180 °С, а мякиш – до 95...97 °С. Выше этой температуры мякиш не прогревается вследствие его высокой влажности (45–50 %).

В первые минуты выпечки спиртовое брожение в середине теста ускоряется и при 35 °С достигает максимума. После этого скорость его снижается, и при 50 °С оно прекращается, так как дрожжевые клетки отмирают. При 60 °С останавливается жизнедеятельность кислотообразующих бактерий. Вследствие остаточной деятельности микрофлоры во время выпечки в тесте-хлебе увеличивается содержание спирта, диоксида углерода и кислот, что повышает объем хлеба и улучшает его вкус. Кроме того, в первые минуты выпечки происходит тепловое расширение воздуха и газов в середине теста, которое существенно влияет на увеличение объема хлеба.

Биохимические процессы связаны с изменением состояния крахмала и белков. При 70...80 °С они прекращаются. Крахмал при выпечке клейстеризуется и интенсивно разлагается, причем его гидролиз в ржаном тесте идет интенсивнее, чем в пшеничном. Поэтому в ржаном хлебе содержание водорастворимых веществ (декстринов и Сахаров) значительно выше, чем в пшеничном. Белки расщепляются на составные части с образованием промежуточных продуктов. От глубины и интенсивности разложения крахмала и белков зависят цвет корки пшеничного хлеба, его вкус и аромат. Цвет пшеничного хлеба обусловлен присутствием меланоидинов, ржаного хлеба – меланинов, образованных в хлебе при участии некоторых аминокислот и ферментов.

Режимы выпечки зависят от сорта хлеба, вида и массы изделия, качества теста, свойств муки, конструкции печи. Решающим фактором является масса тестовой заготовки. Длительность выпечки колеблется от 8–12 мин для мелкоштучных изделий и до 60 мин для ржаного хлеба массой 1 кг. Для большинства пшеничных и ржаных изделий режим выпечки включает три периода.

В первом периоде выпечка производится при высокой относительной влажности (до 80 %) и сравнительно низкой температуре паровоздушной среды пекарной камеры (110...120 °С) в течение 2–3 мин; при этом тестовая заготовка увеличивается в объеме, а пар, конденсируясь, улучшает состояние ее поверхности.

Второй период идет при высокой температуре (240...280 °С) и пониженной относительной влажности; при этом образуется корка, закрепляются объем и форма изделия.

Завершающий этап выпечки происходит при менее интенсивном подведении теплоты (180 °С), что способствует снижению упека.

Упек хлеба – это потеря массы теста при выпечке; он выражается разницей между массой теста и горячего хлеба, отнесенной к массе теста (в %) и составляет 6–14 %. Почти 95 % этих потерь составляет влага, а другую часть – спирт, диоксид углерода, летучие кислоты и др.

Качество хлеба и хлебобулочных изделий должно отвечать требованиям соответствующих стандартов (ГОСТ) или технических условий (ТУ). Стандарт определяет требования к качеству сырья, форму и массу изделий, сорт муки, органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества хлеба. 

5.2. ПШЕНИЧНЫЕ ЗАКВАСКИ НА ОСНОВЕ
МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

В современных условиях особую актуальность приобретает решение проблем качества продукции, повышения микробиологической чистоты, пищевой и биологической ценности, возникающих из-за снижения хлебопекарных свойств зерна и муки, микробиологической контаминации сырья, снижения «устойчивости» технологий в экологически неблагополучных зонах, широкого развития ассортимента диетических хлебобулочных изделий.

Для решения этих проблем эффективно применение новых микробиологических заквасок – полуфабрикатов, приготовление которых осуществляется непосредственно на хлебопекарных предприятиях.

Первыми были закваски, полученные на основе целенаправленного культивирования гомо- и гетероферментативных молочнокислых бактерий и дрожжей Saccharomyces cerevisiae в виде мучных полуфабрикатов с кислотообразующей и газообразующей способностью.

Новые виды заквасок отличает программированный состав чистых культур микроорганизмов с заданными биохимическими, бактерицидными и технологическими свойствами.

Основой создания новых видов пшеничных заквасок является селекция высокоактивных видов и штаммов микроорганизмов, способных развиваться на мучных средах в условиях незначительной аэрации. При этом помимо традиционных методов селекции (выделение чистых культур микроорганизмов из спонтанных заквасок и производственных сред) используют современные методы: индуцированный мутагенез, гибридизацию, адаптацию, комбинированные методы селекции.

Следующим, не менее важным этапом создания заквасок направленного действия, является составление из селекционированных микроорганизмов композиций в определенных соотношениях.

После формирования микробиологического состава заквасок необходимым условием их стабильности становится оптимизация параметров приготовления закваски, которая включает: состав и способ приготовления основного питательного субстрата, оптимум температуры, рН среды, кислотности, продолжительности выращивания, ритм отбора и возобновления закваски и др.

Источником чистых культур микроорганизмов служат музейные штаммы, применяемые в хлебопекарной, дрожжевой, молочной промышленности, и культуры, выделенные из природных источников, производственных сред и заквасок спонтанного брожения.

Среди музейных культур отбирают виды и штаммы микроорганизмов, которые обладают такими свойствами, как способность размножаться на мучных средах, определенный уровень ферментативной активности, стабильность при непрерывном культивировании, синтез некоторых витаминов, наличие антибиотической активности и др.

Большое значение имеет рациональное составление композиции микроорганизмов, выявление доминирующих форм, определение соотношений между отдельными представителями микрофлоры той или иной закваски.

В ГосНИИХП в результате длительных исследований созданы закваски: пропионовокислая, комплексная, ацидофильная, витаминная, эргостериновая, дрожжевая.

Пропионовокислая закваска

Ее основу составляет штамм пропионовых бактерий Propionibacterium freundenreichii ssp. shermanii BKM-103. Данная закваска разработана с целью получения наиболее эффективного биологического средства предотвращения картофельной болезни и плесневения хлеба. Смесь пропионовой, муравьиной и уксусной кислот, а также антибиотический полипептид – пропионин, синтезируемый этим штаммом, оказывает максимальное ингибирующее действие на развитие споровых бактерий и плесеней, подавляя комплекс флавиновых ферментов дыхательного цикла микроорганизмов. Кроме того, в процессе метаболизма эта культура синтезирует значительные количества витамина В12, который, как известно, в организме человека участвует в кроветворении. Поэтому применение пропионовокислой закваски в процессе приготовления теста и выпечки хлеба преследует две цели: предохранение хлеба от микробиологической инфекции и обогащение его витамином В12, что повышает его пищевую ценность.

Комплексная закваска

Основу этой закваски составляют штаммы молочнокислых бактерий, дрожжей и пропионовокислых бактерий следующих видов: Lactobacillus casei-C1, L. brevis-B78, L. fermenti-34, Saccharomyces cerevisiae-69, Propionibacterium shermanii BKM-103, которые находятся в следующем соотношении: 0,5:0,25:0,25:1:0,02. В качестве питательного субстрата для приготовления закваски используют мучную осахаренную заварку, которую готовят из пшеничной муки первого сорта в соотношении мука: вода – 1:3.

В процессе длительной эксплуатации закваска отличается стабильностью.

Ацидофильная закваска

Она состоит из культуры L. acidophillus-146 и штамма дрожжей S. cerevisiae «Рязанские-17», адаптированного к высоким температурам (40...45 °С). Ацидофильная закваска характеризуется устойчивостью к повышенным температурам.

Витаминная закваска

Она была создана в результате использования в микробиологическом составе пшеничной закваски каро- тинобразующих дрожжей, адаптированных к мучным средам.

Каротиноидные дрожжи не обладают бродильной активностью, температурный оптимум роста у них сдвинут в сторону низких значений – 22...28 °С, они имеют низкую скорость роста – 0,18 ч-1. Витаминная закваска, характеризующаяся способностью к синтезу большого количества p-каротина, витамина В12, обладающая бактерицидными, радиопротекторными свойствами и высокими технологическими показателями, включает: каротиноидные дрожжи Bullera armenioca штамм Сб-103, дрожжи Saccharomyces cerevisiae штамм Фр-3, молочнокислые бактерии L. acidophillus-146, пропионовые бактерии Propionibacterium shermanii ВКМ-103 в соотношении 1:1:0,5:0,2. В качестве основного субстрата для получения закваски необходимо использовать мучную осахарен- ную заварку с влажностью 82–85 %. Процесс выращивания продолжается в течение 5–6 ч при температуре 22...25 °С.

Эргостериновая закваска

В ее состав входят дрожжи Saccharomyces cerevisiae-576, обладающие высокими биохимическими и технологическими свойствами, способные к повышенному синтезу эргостерина (предшественник витамина D2), и мезофильные молочнокислые бактерии L. casei-C1, L. plantarum-30.

Возможно частично заменить эргостериновой закваской прессованные дрожжи. Процесс брожения наиболее интенсивно происходит при замене 50 % прессованных дрожжей (от рецептурного количества) на 15 % эргостериновой закваски (к массе муки в тесте). Использование эргостериновой закваски при приготовлении хлеба и хлебобулочных изделий способствует увеличению удельного объема на 9–20 %, пористости – на 2–4, структурно-механических свойств – на 10–15%, повышению пищевой ценности за счет обогащения изделий витамином D2 – на 0,2–0,3 %.

Дрожжевые закваски

Для регионов с низкими значениями среднегодичных температур для замены жидких дрожжей путем селекции молочнокислых бактерий, способных развиваться при температуре 25...28 °С, и дрожжевых культур создана мезофильная дрожжевая закваска, включающая сообщество микроорганизмов: L. casei-Cl, L. plantarum-A-63, дрожжи Saccharomyces cerevisiae штамм Фр-3 на мучной питательной среде.

При ее использовании интенсифицируется процесс газообразования в тесте, сокращается продолжительность брожения. В готовых хлебобулочных изделиях отмечено увеличение удельного объема на 25–30 %, пористости – на 2–3, общей упругой деформации – на 35–40 % по сравнению с образцами хлеба, приготовленными на традиционных жидких заквасочных дрожжах.

Вариантом дрожжевой закваски является закваска, созданная на основе высокоактивного штамма дрожжей S. cerevisiae «Красно- дарская-11», отличительной особенностью которой является возможность использования для ее выращивания водно-мучной среды, что позволяет заменить жидкие дрожжи на хлебозаводах, где отсутствуют условия для приготовления осахаренной мучной заварки.

Микробиологический состав и свойства заквасок приведены в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1. Характеристика биохимических, бактерицидных и технологических свойств пшеничных заквасок

Таблица 5.1

 

Стартерные культуры молочнокислых, пропионовых бактерий и дрожжей, используемые в производстве пшеничных заквасок, обладают активными внутри- и внеклеточными протеазами и амилазами, которые осуществляют гидролиз структурных компонентов муки как в заквасках, так и в процессе приготовления теста.

В формировании вкуса и аромата хлеба важную роль играют летучие компоненты заквасок.

В составе летучих компонентов различных пшеничных заквасок идентифицированы как простые, так и сложные по своей структуре вещества с высокой молекулярной массой. При этом, чем разнообразнее микробиологический состав заквасок, тем больше в них образуется промежуточных продуктов расщепления полисахаридов и полипептидов, а также веществ, представляющих продукты взаимодействия отдельных компонентов в заквасках.

Применение заквасок в процессе приготовления теста способствует образованию пор, равномерно распределенных по всему объему, созданию устойчивой структуры теста, повышению его эластичности и упругости. 

5.3. БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ФЕРМЕНТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ СТАДИЯХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ХЛЕБА

Получить хлеб с надлежащими пористостью, объемом, окраской корки можно только в том случае, если в тесте на всех стадиях технологического процесса достаточно Сахаров, обеспечивающих интенсивность газообразования.

Несмотря на значительное количество собственных Сахаров муки, их технологическое значение невелико, и хлеб, полученный за счет брожения только собственных Сахаров муки, не будет отвечать требованиям стандарта.

Для получения хлеба нормального качества большое значение имеет не только процесс газообразования сам по себе, но и его динамика. При газообразовании только за счет собственных Сахаров муки максимум выделения СО2 приходится на 1–2-й часы брожения. При наличии в муке активной р-амилазы газообразование в процессе приготовления теста идет по возрастающей кривой, максимум которой приходится на 4-й час брожения. Такой ход процесса газообразования полностью отвечает требованиям хлебопечения.

Значение сахара не ограничивается только брожением. Сахара имеют огромное значение для образования красящих и ароматических веществ хлеба как один из источников, участвующих в образовании продуктов, обеспечивающих ценные качества хлеба – его вкус и аромат.

Особенно важны для хлебопечения изменения, которые происходят с белковым комплексом муки при тестоведении и расстойке теста.

Белковый комплекс и его ферментативные изменения определяют физические свойства теста, особенно его газоудерживающую способность, поэтому от белкового комплекса зависит как поведение теста при его замесе и расстойке (в частности, формоудержание), так и качество хлеба, его объем, пористость и структура мякиша.

Для хлебопечения чрезвычайно важна скорость, с которой происходят изменения физических свойств клейковины под действием протеаз, однако в нормальном пшеничном зерне активность протеаз очень мала.

Ранее в качестве биологического улучшителя хлебопекарных достоинств муки использовали активный солод. Широкое применение солод нашел в основном при приготовлении питательных сред (заварок) для жидких дрожжей, для активирования прессованных дрожжей, а также при выпечке специальных сортов хлеба, например рижского и др.

Добавление солода непосредственно в тесто при замесе исключало большие потери сухого вещества и оказывало благоприятное влияние на хлеб, особенно приготовленный из муки с пониженной диастатической активностью. Однако поскольку в солоде содержатся достаточно активные протеолитические ферменты, добавить нужное количество а-амилазы, не превысив допустимый уровень протеазы, очень трудно. В то же время наличие активных протеолитических ферментов отрицательно сказывалось на качестве хлеба, приготовленного из муки со средними хлебопекарными достоинствами. Поэтому в настоящее время в хлебопечении широко используют микробные ферментные препараты – эффективные улучшители качества хлеба, обладающие рядом преимуществ по сравнению с солодом, а именно: амилазы, протеазы, гемицеллюлазы, липазы, глюкозооксидазы и их смеси. 

5.4. ЦЕЛИ ПРИМЕНЕНИЯ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

Основные задачи, решаемые с помощью ферментов в хлебопечении, следующие:

  • корректировка хлебопекарных свойств пшеничной и ржаной муки при нестабильном ее качестве (укрепление клейковины, расслабление, «структуризация» клейковины, увеличение сахарообразующей способности и ферментативной активности муки и др.);
  • приготовление специальных полуфабрикатов;
  • улучшение биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей;
  • интенсификация технологического процесса, реализация ускоренных технологий приготовления хлеба;
  • формирование заданных реологических свойств теста, увеличение его стабильности;
  • улучшение качества хлеба и хлебобулочных изделий по физико-химическим и органолептическим показателям;
  • экономия сырья, повышение водопоглотительной способности теста, увеличение выхода готовых изделий;
  • продление срока сохранения свежести хлеба, снижение его крошковатости;
  • введение в комплексные хлебопекарные улучшители для решения многофакторных технологических задач.

В зависимости от поставленных задач при производстве хлебобулочных изделий применяются ферментные препараты различного действия.

Амилолитические ферменты

Это основная группа ферментов, используемых для интенсификации процесса тестоприготовления. α-Амилаза (3.2.1.1: α-1,4-глюкан-4-глюканогидролаза) – фермент, осуществляющий, как уже упоминалось ранее, беспорядочный разрыв молекулы крахмала по нескольким α-1,4-связям, сопровождающийся в основном образованием декстринов и небольшого количества мальтозы и значительным снижением вязкости субстрата.

В пшеничной муке из нормального зерна а-амилаза отсутствует, но в избытке содержится β-амилаза (3.2.1.2: α-1,4-глюканмальтогидролаза) – фермент, воздействующий на крахмал последовательным отщеплением мальтозы от невосстанавливающего конца цепочки. Недостаток субстрата с подобными концами углеводной цепочки является причиной слабого сахарообразования. При совместном действии микробной α -амилазы и зерновой β-амилазы сахарообразование значительно усиливается, так как распад молекулы на декстрины приводит к значительному увеличению числа невосстанавливающих концов.

Характер действия грибной и бактериальной α-амилаз на крахмал и их свойства значительно различаются.

По сравнению с грибной и солодовой α-амилазами бактериальная а-амилаза обладает повышенной термостабильностью, что, однако, осложняет работу с ней, так как превышение оптимальной дозы может привести к образованию липкого заминающегося мякиша.

Грибная α-амилаза термолабильна. В процессе выпечки, к моменту, когда атакуемость крахмала в результате клейстеризации резко возрастает, она быстро инакгивируется и поэтому даже при значительных передозировках не портит мякиша хлеба. Различия в свойствах сравниваемых амилаз проявляются в оптимумах рН и температуры, а также температуры инактивации.

Гидролиз крахмала с помощью а-амилазы и глюкоамилазы (3.2.1.3: α-1,4-глюканглюкогидролаза) повышает содержание сбраживаемых Сахаров в тесте, что приводит к интенсификации процесса брожения. За счет усиленного газообразования тесто разрыхляется, приобретает однородную консистенцию, увеличивается объем выпекаемого хлеба. Расщепление крахмала до декстринов способствует замедлению черствения хлеба, в основе которого лежат процессы ретроградации клейстеризованного крахмала и образования поперечных связей между молекулами крахмальных полисахаридов и белков клейковины. Для замедления черствения хлеба наиболее эффективна α-амилаза, при действии которой на крахмал образуются низкомолекулярные декстрины, препятствующие кристаллизации крахмала. Увеличение содержания в тесте низкомолекулярных Сахаров приводит к активации меланоидинообразо- вания при выпечке, при этом усиливается окраска корочки хлеба.

Образование Сахаров в тесте особенно важно при брожении опары, в которую обычно сахар не добавляют. Амилолитические ферментные препараты в дозировках 0,002 % к массе муки существенно повышают газообразование и положительно влияют на физические свойства теста из муки твердой пшеницы. Оно становится более эластичным, менее упругим и подобным тесту, приготовленному из муки мягких пшениц.

Из отечественных препаратов применяют Амилоризин, Амило- субтилин, Глюкаваморин, Глюконигрин, Амилонигрин; из импортных чаще используются препараты фирмы «Новозаймс» (Дания): Фунгамил (грибная α-амилаза из культуры A. oryzae), Новамил (α-амилаза из В. subtilis), АМГ (глюкоамилаза из культуры A. niger). В процессе выпечки хлеба препараты инактивируются и не вызывают образования липкого мякиша.

При производстве хлеба на жидких дрожжах целесообразно добавлять а-амилазу пофазно: на стадии приготовления заквашенных заварок и на стадии приготовления опары.

Установлено также, что добавление в обычных дозах соли, сахара, улучшителей окислительного действия (аскорбиновой кислоты) не ингибирует α-амилазу в пшеничном тесте, поскольку накапливающийся в тесте в процессе брожения этанол также не влияет на активность α-амилазы.

Добавление в опару 0,002 % ферментного препарата Амилоризин П10Х увеличивает удельный объем хлеба на 11–15 %, улучшает его пористость на 2–3 %, повышает формоустойчивость подового хлеба и сжимаемость мякиша, а также усиливается вкус и аромат. Значительно увеличивается содержание Сахаров, которые в сочетании с продуктами гидролиза белков обусловливают и более интенсивную окраску корки.

При приготовлении теста на концентрированной молочнокислой закваске (КМКЗ) могут применяться грибные препараты как глюкоамилазы, так и α-амилазы. Физико-химические свойства КМКЗ (рН, влажность) соответствуют оптимуму действия глюкоамилазы грибов. Препарат Глюкаваморин Г20Х вносят в закваску при достижении рН 4,2, при дозировке 10–12 ед/100 г муки. Действие глюкоамилазы усиливается при дополнительном введении триполифосфата натрия (ТПФ) в количестве 0,01 % к массе муки. Содержание глюкозы в готовой закваске увеличивается в 1,6–1,9 раза и составляет 7,4–8,8% сухих веществ. Удельный объем хлеба, изготовленного на КМКЗ с глюко-амилазой, увеличивается на 10–15 %, пористость – на 2–3, общая сжимаемость мякиша – на 25–30 %. В хлебе возрастает содержание альдегидов, эфиров, ароматических и гетероциклических соединений.

Качество хлеба улучшается при введении в КМКЗ наряду с глюкоамилазой хлебопекарных дрожжей (0,1 % массы муки) и сахара. Гидролиз сахарозы дрожжевой β-фруктофуранозидазой увеличивает содержание глюкозы и фруктозы в закваске в 9–10 раз, в тесте – в 1,4–1,6 раза.

Комплексные препараты, содержащие кислотоустойчивую α-амилазу и глюкоамилазу, целесообразно использовать вместе с молочной сывороткой при оптимальном рН 3,8–4,2. Наибольшая эффективность достигается при приготовлении теста из пшеничной муки на жидких опарах. Рекомендуемая дозировка препарата – 4–5 ед. амилазы и 10–15 ед. глюкоамилазы на 100 г муки при влажности полуфабриката 70–75%. Хлеб, приготовленный на полуфабрикате с таким ферментным препаратом, имеет более высокие удельный объем, формоустойчивость и сжимаемость мякиша (соответственно на 15, 20 и 30 %).

Комплекс амилолитических ферментов дает хорошие результаты при использовании ржаной муки с различными хлебопекарными свойствами, в том числе с пониженной автолитической активностью. Сокращается продолжительность брожения закваски, повышается подъемная сила полуфабрикатов, становится более выраженным вкус и запах хлеба.

Установлено, что осахаривание предварительно заваренной части ржаной муки в комплексе с внесением указанных ферментных препаратов в дозировке 1 ед. ОС/г муки приводит к увеличению содержания усвояемых Сахаров в питательной среде на 22,5 % по сравнению с самым продуктивным контрольным вариантом. При этом температура осахаривания снижается с 68 до 40 °С, на 25 % уменьшается продолжительность процесса. Приготовление питательной среды с использованием ферментных препаратов приводит к интенсификации спиртового и молочнокислого брожения. Соответственно на 76 и 15 % увеличивается накопление основных продуктов метаболизма – СО2 и кислот в пересчете на молочную. При этом возможно регулирование процесса путем изменения дозировки ферментных препаратов в зависимости от исходной автолитической активности партий муки.

Комплекс амилолитических ферментов используется при получении высокоосахаренных ферментативных полуфабрикатов (ВФП). Введение ВФП в рецептуру хлеба сокращает продолжительность процесса приготовления теста и расход сахара. Для приготовления ВФП пригодны различные сорта муки – пшеничной, ржаной и из зерна тритикале, а также рисовая мучка, крахмальное молоко, крахмал-сырец, черствый хлеб. Осахаривание проводят в течение 6 ч при температуре 60... 65 °С и рН 4–4,2, который устанавливают с помощью лимонной или ортофосфорной кислоты. В качестве амилолитических ферментных препаратов можно использовать грибные α-амилазу и глюкоамилазу. Вид препарата не влияет на качество ВФП при условии соблюдения дозировки ферментов: глюкоамилазы – 500 ед/100 г сырья, а-амилазы – 100 ед/100 г сырья для пшеничной муки, 50 ед/100 г сырья для муки из тритикале и ржаной. Промышленный вариант получения ВФП основан на использовании комплекса Глюкаваморина и Амилоризина. Степень конверсии крахмала в ВФП из пшеничной муки I сорта составляет 73–75 %, из хлеба пшеничного I сорта – 84–85, из рисовой мучки – 66–68 %.

Использование ВФП в составе теста приводит к увеличению подъемной силы дрожжей, скорости сбраживания Сахаров, усилению газообразования, что позволяет сократить продолжительность приготовления теста. При безопарном способе приготовления теста ВФП вводят в количестве 5–10 % к массе муки. Длительность брожения сокращается в 1,4–1,7 раза, удельный объем хлеба возрастает на 10–29 %, пористость – на 2–4, сжимаемость мякиша – на 21–34 % к контролю (без ВФП), содержание редуцирующих Сахаров – на 1,5–2,5 % к массе сухих веществ. Хлеб медленнее черствеет, что объясняется более глубоким расщеплением крахмала и белка. При опарном способе приготовления теста введение ВФП в опару приводит к сокращению длительности брожения опары до 2 ч, теста – до 30 мин. Применение ВФП позволяет снизить расход сахара в рецептуре на 2,5–5,0 % к массе муки.

Для замедления черствения хлебобулочных изделий наряду с традиционно используемыми ферментными препаратами α-амилазы возможно применение ферментных препаратов с мальтогенной α-амилазой в технологиях пшеничного и ржано- пшеничного хлеба. Установлено, что ферментный препарат, содержащий бактериальную мальтогенную α-амилазу, существенно улучшает структурно-механические свойства мякиша, увеличивает срок сохранения свежести готовых изделий до 7–12 сут.

β-Галактозидаза

В рецептуры хлебобулочных изделий часто вводят творожную молочную сыворотку, которая содержит 4,2– 4,7 % сухих веществ, в том числе 0,5–1,4 % белка, 3,2–5,1 % лактозы, до 0,4 % жира, минеральные вещества и витамины. Сыворотка имеет рН 4–4,2, что соответствует активной зоне многих грибных гидролитических ферментов. В хлебопечении лактозу в чистом виде не используют из-за ее функциональных свойств: низкой растворимости и отсутствия сладости, а также часто встречающейся непереносимости организмом человека.

Лактоза не сбраживается пекарскими дрожжами, поэтому на среде с ней их бродильная активность уменьшается. В тесте с добавлением негидролизованной сыворотки отмечается депрессия газообразования, объем теста снижается на 9–13%. При расщеплении лактозы, катализируемом ферментом β-галактозидазой (3.2.1.23: β-D-галактозидгалакгогидролаза), образуются глюкоза и галактоза. Эта смесь уже имеет сладкий вкус, хорошо растворяется в воде, усваивается как животными, так и микроорганизмами.

Для гидролиза лактозы могут быть использованы препараты Лактоканесцин Г10Х и Г20Х, Лактоинеквалин Г10Х, Лактофраги- лин Г10Х. Чаще применяют Лактоканесцин, который содержит сопутствующие ферменты β-фруктофуранозидазу и протеазу. Он способен гидролизовать лактозу сыворотки, инвертировать сахарозу в тесте, частично гидролизовать белки сыворотки и муки. При его использовании повышается бродильная активность дрожжей, кислого- и газообразование, сокращается продолжительность брожения теста.

Рациональный способ использования сыворотки – это приготовление на ее основе 45–65%-х растворов сахара с добавлением Лактоканесцина. При этом достигается не только гидролиз лактозы, но и частичная инверсия сахарозы. Степень инверсии сахарозы повышается при добавлении прессованных хлебопекарных дрожжей, содержащих β-фруктофуранозидазу (3.2.1.26: β-D-фруктофуранозидфруктогидролаза) в количестве 0,05–0,1 % к массе раствора. Этот фермент гидролитически отщепляет концевые нередуцирующие β-D-фруктофуранозидные остатки в β-фруктофуранозидах, обладает способностью переносить остатки фруктозы на различные акцепторы, осуществляет гидролиз (инверсию) сахарозы на глюкозу и фруктозу. Дрожжи служат дополнительным источником β-фруктофуранозидазы. Использование концентрированных растворов сахарозы и молочной сыворотки интенсифицирует процесс созревания теста и улучшает его реологические свойства.

Целлюлазы и гемицеллюлазы

Эти ферменты применяют при приготовлении хлеба из ржаной муки, смеси ржаной и пшеничной, а также муки с добавками отрубей и других компонентов с повышенным содержанием структурных полисахаридов.

Гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз повышает количество сбраживаемых Сахаров в тесте, что интенсифицирует процесс брожения. Расщепление β-1,3 –1,4-глюкана приводит к снижению вязкости теста, что особенно важно при использовании ржаной муки. Повышаются пористость и удельный объем хлеба, мякиш становится менее липким.

Преобладающими гемицеллюлозами оболочки зерна являются разновидности ксиланов, среди них – арабиноглюкуроноксилан. Пентозные полисахариды составляют 2,5–3 % пшеничной муки. Ксиланы ассоциируются с белками клейковины, при этом белки теряют нативную структуру, происходит развертывание глобулы. Денатурация сопровождается утратой эластичности белка, что отрицательно влияет на упругие свойства теста. Гидролиз ксиланов предотвращает их ассоциацию с белками клейковины. Продукты частичного гидролиза ксиланов имеют высокую водоудерживающую способность. Образуется водонасыщенный развитый клейковинный каркас. Ксилоолигосахариды препятствуют взаимодействию крахмала с белками клейковины, что улучшает свойства теста при разделке, повышает стабильность тестовых заготовок при расстойке, увеличивает объем теста при выпечке, замедляет процесс черствения хлеба.

Отечественные препараты Целлокандин, Амилоризин имеют широкий спектр действия, эффективно расщепляют различные виды гемицеллюлоз (арабиноглюкуроноксилан пшеницы, арабиноксилан ржи, ксилан овса, 4-О-метил-глюкуроноксилан березы, арабиногалактан, лихенан, галактоманнан), целлюлозные субстраты, а также различные виды зернового сырья (пшеничные и ржаные отруби, ячменную муку). Получены положительные результаты при выпечке дарницкого хлеба с внесением 0,005 % Амилоризина за 1,5 ч до расстойки, докторских булочек – с внесением 0,025 % Целлокандина за 30–40 мин до расстойки. Применение препаратов с гемицеллюлазной активностью улучшает структуру мякиша, повышает удельный объем хлеба, его пористость, хрустящие свойства корки.

Для сохранения свежести хлебобулочных изделий препараты ксиланазы сочетают с амилолитическими. Использование комплекса бактериальной α-амилазы (препарат Новамил), мальтогенной α-амилазы и ксиланазы (препарат Фунгамил) в дозе 0,01 % к массе муки увеличивает набухаемость мякиша на 30–40%, вязкость суспензии мякиша – на 13–30, сжимаемость мякиша – на 17–44 % (интервал значений дан за период хранения 12–96 ч без упаковки).

Увеличение выпуска хлеба с повышенным содержанием структурных полисахаридов и длительным сроком хранения неизбежно расширяет спектр препаратов целлюлаз и гемицеллюлаз, применяемых в хлебопечении. В качестве таких препаратов рекомендуются Вильзим АК, Поликанесцин, Биобейк, Фермизим, Бейкзайм, Ультразим, Целловиридин, Пентопан, Фунгамил.

В современном хлебопечении в основном используют муку различных сортов, химический состав которой значительно беднее по сравнению с целым зерном. При традиционно сложившихся схемах помола зерна самые ценные в пищевом отношении части зерна, богатые белком, витаминами, непереваримыми растительными волокнами, удаляются.

В связи с этим среди населения большинства стран мира растет популярность зерновых продуктов, и в частности, хлеба из цельного зерна.

Общепринятые технологии производства зернового хлеба предусматривают удаление богатого клетчаткой и гемицеллюлозой наружного слоя зерновых.

Для совершенствования технологии производства зернового хлеба применяют ферментные препараты целлюлолитического действия Пентопан 500 BG, содержащий ксиланазу, и Фунгамил Супер АХ (фирмы «Новозаймс», Дания), содержащий ферментный комплекс из ксиланазы и а-амилазы, а также отечественный препарат Целловиридин, в состав которого входят целлобиогидролаза, р-глюканаза и ксиланаза.

Ферментные препараты вносят на стадии замачивания зерна при температуре 50 °С в дозах 0,003–0,006 % для Пентопана 500 BG, 0,00575–0,015% от массы зерна для Фунгамила Супер АХ и 0,003–0,009 % от массы зерна для Целловиридина.

Пористость и удельный объем хлеба при применении ферментных препаратов увеличиваются вследствие того, что целлюлолитические ферменты способствуют деструкции некрахмальных полисахаридов оболочек и алейронового слоя зерновки. В результате деструкции происходит накопление низкомолекулярных продуктов, используемых в процессе брожения дрожжами, что интенсифицирует газообразование в тесте, повышает пищевую ценность и удлиняет сроки сохранения свежести изделия.

Протеолитические ферменты

Их применяют для регулирования упругих свойств клейковины муки.

Для улучшения хлебопекарных качеств муки с короткорвущейся клейковиной, тесто из которой имеет низкие показатели растяжимости и разжижения, применяют протеолитические ферменты эндо- и экзопептидазы.

Для хлебопекарного производства наибольшее значение имеют пептидазы, действующие в зоне рН 3,5–5,5. Умеренный протеолиз оказывает благоприятное действие на клейковину из муки нормального хлебопекарного достоинства. Вязкость ее уменьшается, что благоприятно влияет на тесто, объем хлеба и структуру пористости мякиша.

Бактериальная протеаза по результативности превышает грибную. Это связано с тем, что в бактериальных препаратах преобладают протеазы эндотипа, которые необходимы для быстрого расщепления белка на крупные фрагменты. Применение бактериальной протеазы в дозе 0,02 % к массе муки с низкими хлебопекарными свойствами дает увеличение объема хлеба на 37 % и повышение общей хлебопекарной оценки на 1,5 балла.

В качестве препаратов нейтральной бактериальной протеазы могут использоваться отечественный Протосубтилин Г20Х и Нейтраза фирмы «Новозаймс».

Большим преимуществом грибных протеаз по сравнению с зерновыми является их довольно высокая экзопептидазная активность, благодаря чему в процессе приготовления теста происходит накопление аминокислот. Технологическое значение их очень велико как для обеспечения дрожжей питанием, так и для интенсификации образования меланоидинов в корке хлебобулочных изделий при выпечке, благодаря чему она становится румяной и ароматной.

Преимущество в этом отношении имеют препараты, полученные при поверхностном культивировании, поскольку глубинные почти не обладают экзопептидазной активностью.

Пептидазы комплексных грибных ферментных препаратов наиболее активны в кислой среде при рН 4,0. При рН 3,3 их активность несколько снижается.

Наиболее эффективны те препараты, в которых наряду с активными протеазами имеются активные амилазы. В этом случае не только увеличиваются объем хлеба и сжимаемость мякиша, но значительно усиливается окраска корки, улучшается вкус и аромат, возрастает содержание сахара в мякише.

Липаза

В хлебопекарной промышленности сравнительно недавно стали использовать ферментные препараты, содержащие липазу (3.1.1.3: триацилглицеролацилгидролаза), осуществляющую гидролиз триацилглицеридов с образованием жирных кислот, моно- и диглицеридов, которые, обладая эмульгирующими свойствами, а также функциональной способностью образовывать комплексные соединения со структурными компонентами теста – белками, крахмалом, оказывают положительное влияние на свойства теста и качество готовых изделий. Возможно также окисление свободных жирных кислот липоксигеназой пшеничной муки с образованием пероксидов. При использовании ферментного препарата Липопан улучшаются свойства клейковины, увеличивается удельный объем готовых изделий, улучшаются структурно-механические свойства мякиша, наблюдается эффект его отбеливания, замедляется процесс черствения хлеба.

В технологии хлебопечения используют гидролизованные грибной липазой масла, содержащие 60–70% триглицеридов, 2,5% моно- и 16 % диглицеридов и 9–10 % жирных кислот. Они способствуют улучшению физических свойств теста, интенсификации брожения и замедлению черствения готовых изделий.

Положительную биохимическую модификацию структурных компонентов муки (полярных и неполярных собственных липидов муки) при приготовлении пшеничного хлеба возможно получить при использовании фосфолипазы. При ее применении образуются компоненты, обладающие поверхностно-активными свойствами. Фосфолипаза может быть использована в качестве заменителя пищевых эмульгаторов – стеароиллакгатов, эфиров моно- и диглицеридов с диацетилвинной кислотой – в количестве от 50 до 100 % от массы эмульгаторов с достижением аналогичного технологического эффекта.

Окислительно-восстановительные ферменты

Как и протеолитические, эти ферменты используются для регуляции реологических свойств теста. С их помощью достигается эффект, обратный действию протеаз: укрепление клейковины путем образования дополнительных дисульфвдных связей за счет окисления SH-групп белков. В качестве окислительных агентов выступают соединения, образующиеся в системах с участием окислительно-восстановительных ферментов. Самоокисление сульфгидрильных групп белков протекает как неферментативная химическая реакция. Эффект укрепления клейковины дополняется сопутствующим снижением протеолитической активности муки, которое вызывается переходом активатора протеаз – глутатиона – в неактивную окисленную форму.

В качестве окислительных используют системы, включающие липоксигеназу или комплекс глюкозооксидазы и каталазы. Окислительно-восстановительные ферменты постепенно вытесняют из практики хлебопечения химические окислители, такие, как бромат калия.

Под действием липоксигеназы (1.13.11.12: линолеат: кислородоксидоредуктаза) происходит образование гидропероксидов ненасыщенных жирных кислот, которые и окисляют далее другие соединения, в частности белки по сульфгидрильным связям, а также каротиноидные пигменты, что приводит к осветлению теста. При наличии в системе аскорбиновой кислоты происходит образование дегидроаскорбиновой кислоты, которая выполняет роль окислителя сульфгидрильных групп белков. Это усиливает действие липоксигеназы. Субстратами для нее служат свободные жирные кислоты, поэтому целесообразно вносить препарат липазы в рецептуры теста, включающие жиры.

Глюкозооксидазу (1.1.3.4: β-D-глюкоза: О2-оксидоредук- таза) используют в комплексе с каталазой (1.11.1.6: Н2О2 : Н2О2-оксидоредуктаза). При окислении глюкозы глюкозооксидазой образуются глюконовая кислота и пероксид водорода – активный окислитель. Избыточный Н2О2, не участвующий в окислительных процессах, может быть удален из системы, что достигается с помощью каталазы, разлагающей пероксид на воду и кислород. Окислительное действие глюкозооксидазы усиливается при сочетании с аскорбиновой кислотой, которая в присутствии пероксида водорода окисляется в дегидроформу.

Система, включающая глюкозооксидазу, может активно работать при наличии глюкозы, которая появляется при гидролизе сахарозы и мальтозы дрожжевыми ферментами – инвертазой и мальтазой. Поэтому применение глюкозооксидазы эффективно при высокой ферментативной активности дрожжей. Для повышения содержания мальтозы в среду вводят препарат грибной (мальтогенной) α-амилазы.

Окислению сульфгидрильных групп белка препятствуют ассоциированные с ними ксиланы. Для повышения доступности белка используют ксиланазы. Так складывается система: глюкозооксидаза + каталаза + аскорбиновая кислота + грибная а-амилаза + ксиланаза. Она может быть дополнена бактериальной α-амилазой для замедления черствения хлеба.

Рекомендуют следующий порядок введения компонентов в тесто: готовят суспензию ферментативно активных дрожжей с добавлением сахара, аскорбиновой кислоты и препарата глюкозооксидазы и каталазы, отдельно – раствор амилаз и ксиланазы. Эти композиции вводят в тесто, приготовляемое по интенсивной технологии. Применение комплекса ферментов дает увеличение удельного объема хлеба на 33–34 %, пористости – на 3–4, сжимаемости мякиша – на 40–41 % по сравнению с контролем, где использовалась только аскорбиновая кислота.

Окислительные системы с липоксигеназой и глюкозооксидазой существенно влияют на реологические свойства теста: повышается его упругость, снижается растяжимость, возрастает интенсивность газообразования при брожении.

С использованием окислительных систем, включающих липоксигеназу и глюкозооксидазу, разработаны комплексные хлебопекарные улучшители (Фортуна, Топаз, Шанс, Мультэнзим и др.).

В их составе использованы препараты Глюзим (глюкозооксидаза + каталаза), Фунгамил, Новамил, Пентопан (ксиланаза), Липопан (липаза), ферментативно активная соевая мука (источник липоксигеназы), а также аскорбиновая кислота. 

5.5. ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ДОБАВОК
ПИЩЕВЫХ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
ДЛЯ ХЛЕБОПЕЧЕНИЯ

Белки – один из главных и обязательных компонентов здорового и полноценного питания. Растительные белки дешевле животных и могут применяться как в производстве продуктов массового спроса, так и в изделиях лечебно-профилактического и диетического назначения благодаря высокой биологической активности, хорошей усвояемости и уникальности функциональных свойств. Перспективным нетрадиционным источником пищевого растительного белка являются получаемые при помоле зерна пшеничные отруби (15–26 % от перерабатываемого сырья). На долю белка в составе отрубей приходится 25–29 % общего его количества в сырье.

Выделение белка из отрубей в виде белкового концентрата достигается ферментативным катализом с использованием препарата Целловиридин Г20Х из расчета 50 ед/г пшеничных отрубей. При этом выход белка составляет 70 %. Полученный белковый концентрат может быть использован для обогащения хлеба и хлебобулочных изделий.

Эффект максимального обогащения хлеба белком достигается при внесении белкового концентрата из пшеничных отрубей (60 % белка) в виде белково-липидных композитов в количестве 12 % к массе муки при ускоренном приготовлении теста. Содержание в хлебе белка со сбалансированным аминокислотным составом увеличивается на 40 %, лизина и треонина – на 49 и 28 % соответственно. Улучшаются показатели степени свежести хлеба: общая деформация и удельная набухаемость мякиша повышаются на 13-14%.

Получение гидролизатов вторичных продуктов различных производств

Получение таких продуктов представляет отдельную технологическую задачу хлебопечения, актуальность которой определяется расширением сырьевой базы и ассортимента хлебобулочных изделий.

В рецептуру хлебобулочных изделий вводят вторичные продукты консервного производства: томатные, яблочные, цитрусовые выжимки, являющиеся источником пищевых волокон, пектина, гемицеллюлозы и целлюлозы, способных оказывать лечебно-профилактическое действие, нормализуя обмен веществ и работу пищеварительного тракта.

Обработка препаратами целлюлаз в концентрации 1 % к массе сырья при температуре 55 °С, рН 4–4,5, продолжительности гидролиза 6–8 ч изменяет структуру выжимок, повышает содержание глюкозы.

Гидролизаты вторичных продуктов могут использоваться при производстве пшеничного хлеба, где оптимальная доза гидролизатов составляет 8–15 % к массе муки, при этом в готовых изделиях увеличивается количество редуцирующих Сахаров и ароматических веществ, улучшается структура, замедляется процесс черствения.

При введении в пшеничный хлеб оптимального количества ферментативного гидролизата облепихового шрота (13 % массы муки) удельный объем хлеба увеличивается на 10,5 %, пористость – на 15 %, длительность брожения сокращается на 30–40 мин. Хлеб обогащается β-каротином, незаменимыми аминокислотами, полиненасыщенными жирными кислотами.

При введении гидролизата соевой обезжиренной муки – вторичного продукта производства соевого масла – в среду для активации хлебопекарных дрожжей их бродильная активность повышается в 2 раза, что положительно влияет на процесс приготовления теста и качество хлеба. Высокая степень расщепления соевого белка (67,5 %) достигается при двухстадийном гидролизе с использованием на первой стадии Амилоризина П10Х, на второй – Протосубтилина Г10Х.

Для хлебопекарного производства рационально использовать гидролизаты нетрадиционного сырья – амаранта.

При получении амарантового масла в качестве побочного продукта накапливается углеводная фракция, основную долю которой составляет крахмал (до 75 %). В ее состав входят также белок – 11%, липиды – 3, клетчатка – 24, моно- и дисахариды – 0,9 %, поэтому она может быть использована для производства пищевых продуктов.

Гидролизаты из углеводной фракции амаранта получают, применяя ферментный препарат Ликвамил 1200. Гидролиз ведут в течение 20мин при температуре 70...72 °С и расходе препарата 1–1,5 ед. АС/г крахмала. При этом достигается полная декстринизация крахмала и частичное его осахаривание.

Добавление гидролизата в количестве до 3,5 % к массе муки в тесто позволяет увеличить удельный объем хлеба на 38 %, пористость – на 10, массовую долю сахара – на 25 %, что положительно сказывается на органолептических показателях качества хлеба.

Таким образом, целенаправленное применение ферментных препаратов является эффективным средством регулирования технологического процесса и оптимизации качества хлебобулочных изделий за счет положительной биохимической модификации структурных компонентов муки и использования потенциальных возможностей химического состава сырья хлебопекарного производства.