Теплота передается выпекаемой тестовой заготовке излучением, конвекцией и кондукцией непосредственно от пода или подика. Основная роль, однако, во всех случаях остается за передачей теплоты излучением.
Существенное значение в передаче теплоты куску теста в первый период выпечки имеет теплота конденсации паров паровоздушной смеси пекарной камеры на его поверхности и в поверхностном слое.
Температура любого внутреннего слоя тестовой заготовки, к концу выпечки превращенного в мякиш, составляет 95-98°С.
Температура поверхности тестовой заготовки очень быстро достигает 100°С и продолжает расти до 160-180°С. Стабилизация температуры в мякише теста-хлеба на уровне 100°С обусловлена наличием подкоркового паровоздушного слоя, расположенного на границе корки и мякиша.
Тесто обладает низкой влагопроводностью вследствие большой разницы температур поверхностных и расположенных ближе к центру слоев выпекаемой тестовой заготовки. Подвод влаги к ее поверхности отстает от интенсивности обезвоживания поверхностного слоя, и поверхность испарения начинает постепенно проникать внутрь образуемого мякиша. Превращение воды в пар в этой зоне (в слое между уже образовавшейся обезвоженной корочкой и глубже расположенными слоями теста, позднее мякиша) происходит при 100°С (при нормальном давлении).
Влага тестовых заготовок испаряется при температуре около 100°С только в зоне испарения, расположенной между коркой и мякишем. От увлажнения атмосферы пекарной камеры в значительной степени зависят: упек и объем изделия, а также характер поверхности корки и форма хлеба.
Конденсация влаги происходит до тех пор, пока температура поверхности тестовой заготовки не превысит температуру точки росы, соответствующей параметрам паровоздушной смеси, заполняющей пекарную камеру. Наличие водяных паров на поверхности куска теста вызывает клейстеризацию крахмала, растворение декстринов, образовавшихся вследствие термического гидролиза крахмала. Жидкий слой клейстеризованного крахмала заполняет поры и сглаживает неровности на поверхности тестовой заготовки. При высыхании такого слоя в дальнейшем образуется гладкая корка, плотная и блестящая.
Конденсация паров на поверхности тестовой заготовки влияет на качество хлеба, его объем, форму и состояние поверхности корки. Кроме того, конденсирующийся пар оказывает существенное влияние на передачу теплоты тестовой заготовке и на ее прогрев, поскольку при конденсации пара выделяется удельная (скрытая) теплота парообразования. Увлажнение ускоряет прогрев поверхности тестовой заготовки, корки и слоя мякиша, примыкающего к корке. На прогрев тестовой заготовки в процессе выпечки оказывают влияние ее масса и форма. Чем больше масса тестовой заготовки, тем медленнее прогревается центральная часть теста и тем длительнее процесс выпечки. Повышение влажности теста ускоряет, а понижение замедляет прогрев теста при выпечке. Чем выше влажность теста, тем выше его теплопроводность.
Корка представляет собой слой, оказывающий большое сопротивление пару, проходящему через него из более глубоких слоев тестовой заготовки в пекарную камеру. Часть пара, образовавшегося в зоне испарения, может устремляться из корки через поры мякиша в слои, прилегающие изнутри к зоне испарения. Доходя до слоев, расположенных ближе к центру и менее нагретых, пары влаги конденсируются, тем самым повышая влажность слоя, в котором произошла конденсация.
Внутреннее перемещение влаги во влажном материале возможно, если существует разность потенциалов переноса. В тестовой заготовке перенос влаги обусловлен разностью концентрации влаги в разных участках объема и разностью температур.
По экспериментальным данным А. С. Гинзбурга к моменту завершения процесса выпечки влажность мякиша в целом повышается на 1,5-2,5%. Наиболее быстро влажность возрастает во внешних слоях мякиша в начальный период процесса выпечки, что объясняется большой ролью термовлагопроводности вследствие значительного градиента температуры в мякише.
Микробиологические процессы. Жизнедеятельность микрофлоры теста (дрожжевых клеток и кислотообразующих бактерий) в процессе прогрева тестовой заготовки сначала интенсифицируется, а затем полностью прекращается.
Дрожжевые клетки ускоряют процесс брожения и газообразования до максимума при прогреве примерно до 40°С. При повышении температуры до 50°С из-за гибели дрожжевых клеток газообразование совсем прекращается.
Жизнедеятельность кислотообразующей микрофлоры теста в зависимости от температурного оптимума (для мезофильных бактерий 35°С, а для термофильных — 48- 54°С) в процессе прогрева сначала форсируется, а затем, после достижения температуры выше оптимальной, замедляется и при 60°С совсем прекращается. Термофильные молочнокислые бактерии типа бактерий Lactobacillus delbrneckii могут находиться в активном состоянии при температурах 75-80°С.
Биохимические процессы. Активность ферментов в каждом слое прогреваемого теста сначала возрастает до максимума, а затем снижается до нуля из-за тепловой денатурации ферментов. Наиболее быстро процесс инактивации ферментов протекает в поверхностных слоях теста. В центре куска ферментативные процессы протекают почти до конца выпечки. Коллоиды теста оказывают на ферменты защитное влияние.
В период выпечки в тестовой заготовке происходит ферментативный гидролиз крахмала (под действием β-амилазы) и, отчасти, кислотный. В пшеничном тесте, в отличие от ржаного, кислотный гидролиз крахмала практического значения не имеет. Клейстеризация крахмала при прогреве теста значительно повышает его атакуемость амилазами. В результате этого содержание крахмала в тестовой заготовке при выпечке снижается. Активность β-амилазы в определенном интервале температур резко возрастает (рис. 10.2). Температурный оптимум р-амилазы находится в пределах 62-64°С, а-амилазы — 74- 75°С. Температура инактивации этих амилаз соответственно 82-84 и 97-98°С.
В тестовой заготовке из ржаной обойной муки при выпечке процессы гидролиза нативного и клейстеризованного крахмала протекают более интенсивно. Ржаное тесто имеет кислотность в 3-4 раза более высокую, чем тесто из пшеничной сортовой муки.
В процессе выпечки тестовых заготовок ржаного хлеба из обойной муки при обычной для этого вида хлеба кислотности р-амилаза полностью инактивируется при 60°С, а-амилаза — при 71°С. Однако накопление в тестовой заготовке ржаного хлеба продуктов гидролитического распада крахмала продолжается до самого конца выпечки и даже в первые часы хранения еще горячего хлеба. Это значит, что в ржаном хлебе гидролиз крахмала продолжается и после инактивации амилаз.
α-амилаза в процессе выпечки инактивируется при более высокой температуре, чем р-амилаза. В интервале времени выпечки, когда β-амилаза уже инактивирована, а α-амилаза еще активна, в мякише хлеба накапливается значительное количество высокомолекулярных декстринов, придающих мякишу липкость и влажность на ощупь.
В процессе выпечки ржаного хлеба происходит частичный гидролиз высокомолекулярных пентозанов теста до низкомолекулярных. Таким образом, в процессе выпечки хлеба резко увеличивается количество водорастворимых углеводов, которое обусловливает увеличение общего содержания в ржаном хлебе водорастворимых веществ.
Белково-протеиназный комплекс тестовой заготовки в процессе выпечки также претерпевает ряд изменений.
В тестовой заготовке до определенной степени ее прогрева происходит протеолиз. Протеиназа пшеничной муки имеет оптимум рН 4-5,5 и температурный оптимум около 45°С.
Растворимость водонерастворимых белков прогреваемого пшеничного теста в 0,1 М растворе уксусной кислоты начинает резко снижаться при температуре прогрева, равной 70°С. Это свидетельствует о том, что, начиная с 70°С, белки прогреваемого пшеничного теста подвергаются термической денатурации.
Температура инактивации ферментов зависит от скорости прогрева тестовой заготовки: чем быстрее происходит прогрев, тем быстрее инактивируются ферменты. Тепловая денатурация значительно повышает атакуемость белков протеолитическими ферментами, однако количество водорастворимых азотсодержащих веществ в результате выпечки снижается на 50-70%. Это снижение объясняется расходом продуктов протеолиза на реакцию меланоидинообразования. Накопление декстринов и вообще водорастворимых веществ в корке в значительной мере объясняется термическим изменением крахмала и, в частности, его термической декстринизацией (температура поверхности корки достигает 180°С, на границе с мякишем — около 100, а в середине — примерно 130°С).
Более темный мякиш ржаного хлеба по сравнению с цветом ржаного теста в основном вызван действием о-дифенолоксидазы на тирозин с образованием меланинов. При длительной выпечке ржаного хлеба цвет его мякиша темнеет за счет образования меланоидинов — продуктов взаимодействия непосредственно восстанавливающих сахаров теста с продуктами гидролиза белков.
Коллоидные процессы. Важнейшими коллоидными процессами, протекающими в тестовой заготовке при выпечке, являются клейстеризация крахмала и денатурация белков. Эти процессы превращают тесто в готовый продукт. Изменения коллоидов теста начинаются при прогреве его до температуры 55-60°С. Тепловая денатурация белков теста происходит при 50-70°С. В результате тепловой денатурации белки выделяют влагу, поглощенную ранее, уплотняются, лишаются эластичности и растяжимости. Денатурированные клейковинные белки образуют каркас хлеба, фиксирующий форму изделия. Кинетика тепловой денатурации белков в наружных слоях тестовой заготовки имеет большое значение для качества изделия. Увеличение продолжительности процесса денатурации приводит к снижению удельного объема хлеба и формоустойчивости подовых изделий.
Крахмальные зерна муки интенсивно набухают при 40°С. При дальнейшем прогреве крахмальные зерна лопаются из-за резкого повышения осмотического давления. Вода, проникая внутрь зерен, разрушает их. Амилоза крахмала переходит в жидкую фазу теста, а амилопектин образует вязкий гель. Для полной клейстеризации крахмала необходимо в 2-3 раза больше воды по сравнению с содержанием ее в тесте, поэтому крахмал во время выпечки клейстеризуется лишь частично, а процесс протекает замедленно и заканчивается при прогревании центральных слоев выпекаемой тестовой заготовки до 95-97°С. При этом некоторая часть зерен крахмала сохраняет свою кристаллическую структуру. Клейстеризуясь, крахмал связывает свободную влагу теста и воду, выделяемую денатурированными белками. Резкое уменьшение содержания свободной влаги в тестовой заготовке способствует образованию сухого эластичного мякиша. При действии на крахмал а-амилазы в процессе выпечки его влагоемкость снижается и, в конечном счете, ухудшается состояние мякиша, он становится липким при нормальной влажности.
Изменение объема выпекаемой тестовой заготовки. Объем хлеба из пшеничной муки на 10-30% больше объема тестовой заготовки перед посадкой в печь: увеличение объема теста в процессе выпечки обеспечивает необходимую пористость хлеба, улучшает его внешний вид и повышает усвояемость. Объем тестовой заготовки зависит от физических и микробиологических процессов, протекающих в ней в результате прогрева. Форсированное увеличение объема тестовой заготовки в первые минуты выпечки объясняется интенсивным накоплением СО2 вследствие спиртового брожения, тепловым расширением воздуха и газов в тесте и переходом спирта в парообразное состояние. За счет этих процессов клейковинный каркас теста растягивается из-за повышения давления газообразных продуктов внутри тестовой заготовки.
Объем выпеченного хлеба зависит от состояния теста перед посадкой в печь, от состояния муки и воды, хлебопекарных свойств муки, обусловливающих структурномеханические свойства теста, от способа посадки заготовок на под печи, от гигротермического режима выпечки и др. При температуре пода 200°С в первой зоне печи интенсивность образования паров спирта и других летучих веществ максимальна, поэтому объем хлеба заметно увеличивается. Этот процесс прекращается при достижении верхней поверхностью тестовой заготовки температуры 100-110°С, так как при этом образуется жесткий обезвоженный слой — корка, а под коркой — утолщающийся слой образующегося мякиша.
Корка в процессе выпечки очень быстро теряет способность к растяжению, поэтому она служит возрастающим препятствием для дальнейшего увеличения объема тестовой заготовки.