Физико-химические процессы, происходящие при выпечке хлеба и хлебобулочных изделий

Хлеб был и остается одним из основных продуктов питания. Он обеспечивает более 50% суточной потребности в энергии и до 75% потребности в растительном белке.

Хлеб, изготовленный из различных сортов пшеничной и ржаной муки, содержит 40-50% влаги и 50-60% сухих веществ. В состав сухих веществ входят: углеводы (около 45%), небольшое количество белков (8-9%), а также жиры, минеральные вещества, витамины и кислоты. Содержание основных групп пищевых веществ в хлебобулочных изделиях зависит от рецептуры.

Вместе с тем белки хлеба не являются полноценными: в них мало незаменимых аминокислот лизина и метионина. Поэтому в процессе производства хлеба его белковую ценность повышают путем обогащения молочными продуктами, белками бобовых и масличных культур (сои, подсолнечника).

Издавна хлеб соотносили с даром небес, перед ним благоговели, ибо помнили всегда – он дает жизнь. Ассортимент хлеба и хлебобулочных изделий позволяет удовлетворить любые вкусы.

Выпечка — это процесс превращения тестовых заготовок в готовые изделия, в результате которого окончательно формируется их качество. Выпечка хлеба осуществляется в хлебопекарных печах различных конструкций.

В процессе выпечки происходят следующие изменения с тестовой заготовкой:

- прогрев;

- образование корки и мякиша;

- формирование вкуса и аромата;

- увеличение объема;

- уменьшение массы.

Изменения, характеризующие переход тестовой заготовки в процессе выпечки в хлеб, являются результатом целого комплекса процессов: физических, микробиологических, коллоидных и биохимических.

Однако в основе всех процессов лежат физические явления – прогревание теста, и вызываемый им внешний влагообмен между тестом – хлебом и паровоздушной средой пекарной камеры; и внутренний тепломассообмен в тесте – хлебе.

В начале выпечки тесто поглощает влагу в результате конденсации паров воды из пекарной камеры; в этот период масса куска теста – хлеба несколько увеличивается. После прекращения конденсации начинается испарение влаги с поверхности. Часть влаги при образовании корки испаряется в окружающую среду, а часть (около 50 %) переходит в мякиш. Вследствие этого содержание влаги в мякише горячего хлеба на 1,5-2,5% выше содержания влаги в тесте.

В первые минуты выпечки спиртовое брожение внутри теста ускоряется и при 35°С достигает максимума.

В дальнейшем брожение затухает и при 50°С прекращается, так как дрожжевые клетки отмирают, а при 60°С приостанавливается жизнедеятельность кислотообразующих бактерий. В результате остаточной деятельности микрофлоры во время выпечки в тесте – хлебе увеличивается содержание спирта С2Н5ОН, диоксида углерода СО2 и кислот, что повышает объем хлеба и улучшает его вкус.

Биохимические процессы связаны с изменением состояния крахмала и белков, и при температуре 70-80°С они прекращаются. Крахмал при выпечке клейстеризуется и энергично разлагается. Белки при выпечке также расщепляются с образованием промежуточных продуктов. Глубина и интенсивность расщепления крахмала и белков влияют на характер протекания химических процессов, определяющих цвет корки пшеничного хлеба, его вкус и аромат.

Белки и крахмал при выпечке претерпевают существенные изменения. При 50-70°С одновременно протекают процессы денатурации (свертывания) белков и клейстеризации крахмала. Белки при этом выделяют воду, поглощенную при замесе теста, уплотняются, теряют эластичность и растяжимость. Прочный каркас свернувшихся белков закрепляет форму хлеба. Влага, выделенная белками, поглощается крахмалом. Однако, этой влаги недостаточно для полной клейстеризации крахмала. Процесс протекает сравнительно медленно и заканчивается при прогреве мякиша до 95-97°С. Клейстеризуясь, крахмальные зерна прочно связывают влагу, поэтому мякиш хлеба кажется более сухим, чем тесто.

Хлебные изделия выпекают в пекарной камере хлебопекарных печей при температуре паровоздушной среды 200-280°С. Для выпечки 1 кг хлеба требуется около 300-550 кДж.

Образование твердой хлебной корки происходит в результате обезвоживания наружных слоев тестовой заготовки. Твердая корка прекращает прирост объема теста и хлеба, поэтому корка должна образовываться не сразу, а через 6-8 мин после начала выпечки, когда максимальный объем заготовки будет уже достигнут.

Корка образуется в результате прогрева тестовой заготовки и изменений крахмала и белка при нагревании. В первые минуты выпечки в результате конденсации пара крахмал на поверхности заготовки клейстеризуется, переходя частично в растворимый крахмал и декстрины. Жидкая масса растворимого крахмала и декстринов заполняет поры на поверхности заготовки, сглаживает мелкие неровности и после обезвоживания придает корке блеск и глянец.

Денатурация белковых веществ на поверхности изделия происходит при температуре 70-90°С. Денатурация белков, наряду с обезвоживанием верхнего слоя, способствует образованию плотной неэластичной корки.

Основную роль в образовании мякиша хлеба играют коллоидные процессы, протекающие при прогревании тестовой заготовки и связанные главным образом с изменением состояния крахмала и белковых веществ. Эти изменения происходят почти одновременно. Крахмальные зерна при температуре 55-60°С и выше клейстеризуются, т. е. переходят из кристаллического состояния в аморфное. В зернах крахмала образуются трещины, в которые проникает влага, отчего они значительно увеличиваются в объеме. При клейстеризации крахмал поглощает как свободную влагу теста, так и влагу, выделенную белками. Поэтому свободной влаги в тесте уже не остается и мякиш хлеба становится сухим и нелипким на ощупь.

Клейстеризация крахмала из-за недостатка влаги идет медленно и заканчивается только при нагревании центрального слоя теста-хлеба до температуры 96-98°С.

При выпечке ржаного хлеба клейстеризация крахмала начинается при более низкой температуре. Однако протекание ферментативного и кислотного гидролиза некоторого количества крахмала увеличивает содержание декстринов и cахаров в тесте-хлебе, придает липкость и заминаемость мякишу ржаного хлеба.

Жизнедеятельность бродильной микрофлоры теста (дрожжевых клеток и кислотообразующих бактерий) изменяется по мере прогревания куска теста-хлеба в процессе выпечки.

Дрожжевые клетки при прогревании теста примерно до 35°С ускоряют процесс спиртового брожения до максимума. Примерно до 40°С жизнедеятельность дрожжей в выпекаемой тестовой заготовке еще очень интенсивна. При прогревании свыше 45°С спиртовое брожение, вызываемое дрожжами, резко снижается, а при температуре теста около 50°С дрожжи начинают погибать.

Уменьшение массы изделий при выпечке (упек). Упек - это уменьшение массы тестовой заготовки при выпечке за счет испарения части воды и улетучивания некоторых продуктов брожения.

Основной причиной уменьшения массы теста-хлеба при выпечке является испарение влаги при образовании корки. Упек — наибольшая технологическая затрата в процессе производства хлебных изделий. Поэтому упек систематически контролируют в каждой печи.

Режимы выпечки определяются:

- степенью увлажнения среды пекарной камеры;

- температурой в различных ее зонах;

- продолжительностью процесса.

Режим выпечки зависит от:

- сорта хлеба;

- вида и массы изделия;

- качества теста;

- свойств муки;

- конструкции печи.

Решающим фактором является масса тестовой заготовки.

Для большинства пшеничных изделий режим выпечки включает три периода:

• первый период выпечка протекает при высокой относительной влажности (до 80%) и сравнительно низкой температуре паровоздушной среды пекарной камеры 110-120°С и длится 2-3 мин;

• второй период идет при высокой температуре и несколько пониженной относительной влажности газовой среды. При этом образуется корка, закрепляются объем и форма изделий;

• третий период – это завершающий этап выпечки. Он характеризуется менее интенсивным подводом теплоты 180°С, что приводит к снижению упека.

Хлеб является продуктом кратковременного хранения. Срок реализации хлеба из ржаной и ржано-пшеничной муки - 36 ч, из пшеничной - 24 ч, мелкоштучных изделий массой менее 200 г - 16 ч. Сроки хранения хлеба исчисляются со времени выхода их из печи. Лучше всего потребительские свойства хлеба сохраняются при температуре 20-25°С и относительной влажности воздуха 75%.

Помещения для хранения хлеба должны быть сухими, чистыми, вентилируемыми, с равномерными температурой и относительной влажностью воздуха.

При хранении в хлебе протекают процессы, влияющие на его массу и качество. При этом параллельно и независимо друг от друга идут два процесса: усыхание (потеря влаги) и очерствение.

Усыхание — уменьшение массы хлеба в результате испарения водяных паров и летучих веществ. Начинается сразу после выхода изделий из печи. Пока хлеб остывает до комнатной температуры, процессы усыхания идут наиболее интенсивно. Масса изделий уменьшается на 2-4% по сравнению с массой горячего хлеба. Активное вентилирование в этот период снижает потерю массы. После остывания хлеба усыхание протекает с постоянной скоростью, но вентилирование помещений в этот период увеличивает потери. Чем больше первоначальная масса влаги в хлебе, тем интенсивнее он ее теряет.

Очерствение хлеба при хранении — сложный физико-коллоидный процесс, связанный в первую очередь со старением крахмала. Первые признаки очерствения появляются через 10-12 ч после выпечки хлеба. У черствого хлеба корочка мягкая, матовая, а у свежего — хрупкая, гладкая, глянцевитая. У черствого хлеба мякиш твердый, крошащийся, неэластичный. При хранении вкус и аромат хлеба изменяются одновременно с физическими свойствами мякиша, происходят потеря и разрушение части ароматических веществ и появляются специфические вкус и аромат лежалого, черствого хлеба.

Любые добавки и факторы, увеличивающие объем и улучшающие структуру и физические свойства мякиша, способствуют более длительному сохранению свежести. Например, регулирование рецептуры (введение различных добавок — животных и растительных белков, жиров, эмульгаторов, соевой и ржаной муки), интенсивный замес теста - замедляют процесс очерствения.

На процесс очерствения оказывают влияние:

- условия хранения;

- температура;

- упаковка.

Более приемлемый способ замедления процессов очерствения — упаковка хлеба в специальные виды бумаги, полимерной пленки, в том числе перфорированной и термоусадочной.

Плесневение хлеба возникает при длительном хранении хлеба. Оно происходит в результате попадания спор плесени из окружающей среды на выпеченный хлеб.

Оптимальными условиями для развития плесени являются температура 25-35°С и относительная влажность воздуха 70-80%. Плесневые грибы сначала поражают корку хлеба, а затем и мякиш. Ферменты плесени разлагают мякиш хлеба, портят его вкус и запах. Некоторые виды плесени образуют ядовитые вещества. Заплесневевший хлеб непригоден к реализации и к вторичной переработке.

Чтобы предупредить плесневение, поверхность такого хлеба обрабатывают консервантами — этиловым спиртом C2Н5ОН или сорбиновой кислотой СН3─СН=СН─СН=СН─СООН, а затем упаковывают.

Нами были изучены физико–химические процессы, протекающие при выпечки и хранении хлеба и хлебобулочных изделий. Данный материал широко используется при изучении спецдисциплин по специальности «Технология продукции общественного питания», по которой мы и обучаемся.