Сировина хлібопекарського виробництва

СИРОВИНА ХЛІБОПЕКАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА

Сировина, що використовується у хлібопекарському виробництві, поділяється на основну і додаткову.

До основної сировини належить пшеничне і житнє борошно, дріжджі хлібопекарські, сіль кухонна харчова, вода; до додаткової — сировина, що застосовується згідно з рецептурою для надання виробам відповідних органолептичних і фізико-хімічних властивостей: цукор, жир, молоко тощо. Всі види сировини повинні відповідати вимогам стандартів і забезпечувати високу якість готових виробів.

1. Борошно

Види і сорти борошна

Вид борошна визначається родом зерна, з якого виготовлене це борошно. Основними видами хлібопекарського борошна є пшеничне і житнє. Пшеничного борошна виробляється більше, ніж житнього. Це пов'язане зі специфікою районування вирощування пшениці та жита, а також обумовлено приємними смаковими якостями і високою харчовою цінністю виробів з пшеничного борошна.

Пшеничне борошно. В Україні з пшениці виробляють хлібопекарське борошно вищого, першого, другого сортів і обойне.

Пшеничне сортове борошно виробляють з м'якої пшениці або з доданням не більше 20% твердої. Обойне борошно виробляють з м'якої пшениці.

Борошно вищого, першого і другого сортів виробляють при дво- і трисорто-вих помелах, а також при односортових помелах. При дво- і трисортових помелах одержують одночасно два або три сорти борошна, тоді як при односортових — один певний сорт. При трисортовому помелі зерна із загальним виходом борошна 75% відбирають борошна вищого сорту 10-30, першого — 50-40, другого — 15-5%. При двосортовому помелі одержують борошна першого сорту 50-60, другого — 25-15%. При односортовому помелі вихід борошна першого сорту — 72, другого — 85, обойного — 96%. Тип помелу і вихід борошна при помелі зерна обумовлюють сорт і хімічний склад борошна.

Борошно вищого сорту складається з тонкоподрібнених частинок ендосперму, переважно його внутрішніх шарів. Воно майже не містить висівок і має білий колір зі слабким кремовим відтінком. Розмір частинок в основному 30-40 мкм.

Борошно першого сорту складається з тонко подрібнених частинок всього ендосперму і 2-3% (від маси борошна) подрібнених оболонок і алейронового шару. Частинки борошна менш однорідні за розміром, ніж у борошні вищого сорту. Крупність їх в основному 40-60 мкм. Колір борошна білий з жовтуватим відтінком порівняно з борошном вищого сорту. Воно містить менше крохмалю і більше білків, тому з цього борошна відмивається більше клейковини, ніж з борошна вищого сорту.

Борошно другого сорту складається з частинок подрібненого ендосперму і 8-10% (від маси борошна) подрібнених периферійних частин зерна. Частинки борошна неоднорідні за розміром. Крупність їх — від ЗО до 200 мкм. Колір борошна білий з жовтуватим або сіруватим відтінком з помітними частинками оболонок зерна. Це борошно темніше, ніж борошно першого сорту, що обумовлено значним вмістом периферійних частинок. Масова частка білків у ньому перевищує їх вміст у борошні першого сорту, але вони утворюють значно менше клейковини.

Обойне борошно одержують при обойному односортовому помелі, подрібнюючи все зерно, тому воно містить як ендосперм, так і периферійні частини зерна. При його виробництві оболонки не відсіюють. Борошно більш крупне, частинки неоднорідні за розміром. Крупність їх від ЗО до 600 мкм і більше. Колір борошна — білий з жовтуватим або сіруватим відтінком і добре помітними подрібненими оболонками. За хімічним складом воно близьке до хімічного складу зерна.

Житнє борошно. Із зерна жита виробляють сіяне, обдирне і обойне борошно.

Сіяне борошно формується в основному з ендосперму зерна жита. Масова частка оболонок у ньому складає 2-3%. Колір борошна — білий з легким сіруватим відтінком. Розмір частинок — до 200 мкм. Вихід його при односортовому помелі — 63%.

Обдирне борошно складається з ендосперму і 12-15% периферійних частин. Воно більш крупне, ніж сіяне, дещо темніше. Вихід його при односортовому помелі 87%.

Обойне борошно виробляють при обойному односортовому помелі. Подрібнюють всі частини зерна. Борошно крупне, сірого кольору, з масовою часткою оболонок 20-25%. Вихід його 95%.

Виробляється також обойне житньо-пшеничне борошно із суміші 60% жита і 40% пшениці та пшенично-житнє борошно з 70% пшениці та ЗО% жита. Вихід цих сортів 95 і 96% відповідно.

Вимоги до якості борошна

Якість борошна оцінюють такими показниками: колір, запах, смак, крупність помелу, вологість, зольність (білість), масова частка домішок, зараженість шкідниками хлібних злаків, масова частка клейковини та її якість, число падіння. Колір, крупність помелу, зольність (білість), масова частка клейковини нормуються по кожному сорту борошна.

Показник «білість» введено замість показника «зольність».

Вимоги до якості різних сортів пшеничного і житнього борошна наведені в габл. 2. У: для пшеничного борошна — за ГСТУ 46.004-99, для житнього — за ГОСТ 7045-90, для житньо-пшеничного і пшенично-житнього — за ГОСТ 12183-66.

Колір борошна має бути характерним для кожного сорту. Більш темний колір порівняно з еталоном свідчить про більш низький сорт борошна. Причиною потемніння борошна може бути неякісне зерно або процеси, що викликають псування борошна підчас зберігання. У лабораторіях колір визначають за показником білості.

Смак доброякісного борошна трохи солодкуватий, без стороннього присмаку. Гіркий присмак може бути наслідком недостатнього очищення зерна від домішок насіння різних трав або згіркнення жирів борошна. Явно солодкий смак свідчить про те, що борошно виготовлене з пророслого зерна; кислий присмак є ознакою несвіжості борошна. Не допускається хрусту на зубах, який вказує на недостатнє очищення зерна.

Запах має бути свіжий, слабко виражений. Не допускається затхлий, а також пліснявий.

Група	Колір	Еластичність	Розтяжність*	Пружність, од.шкали приладів прилад ИДК-1, -Ш, -2
				вищого, першого, ОІ1ОЙН0І0	другого
1- клейковина	Світлий або з	Хороша	Середня або	55-75	55-75
хороша	жовтим відтінком		довга
II- клейковина	Світлий або з	Хороша або	Коротка	35-50	40-50
задовільна міцна	сірим відтінком	задовільна
або задовільна	Світлий або з	Задовільна	Середня або	80-100	80-100
слабка	сірим відтінком		довга
III- клейковина	Темний	Нееластична або	Коротка	0-30	0-35
незадовільна міцна		крихка		105 і більше
або незадовільна	Темний	Нееластична,	Сильно
слабка		провисає при розтягуванні	тягнеться

 

Крупність помелу пов'язана з хлібопекарськими властивостями борошна — швидкістю його набухання, водопоглинальною здатністю тощо. Вона є характерною для кожного сорту борошна. Визначається шляхом просіювання борошна на ситах певного розміру. Нормується величиною сходу з верхнього сита (в%, не більше) і проходу через нижнє сито (%, не менше). Вищі сорти борошна мають дрібніші частинки, ніж більш низькі сорти. Крупні частинки повільно набухають, стримується інтенсивність ферментативних процесів у тісті. Борошно з дуже дрібними частинками утворює тісто з низькими фізичними властивостями, що негативно впливає на якість виробів.

Вологість як житнього, так і пшеничного борошна має бути не більшою за 15%. Борошно з підвищеною вологістю швидко псується у процесі зберігання, має нижчу ніж сухе водопоглинальну здатність. Сухе борошно після стиснення його у долоні має розсипатися. Для районів Півночі та важкодоступних районів вологість борошна не повинна перевищувати 14,5%.

Зольність (білість) характеризує сорт борошна. Величина зольності (білості) залежить від вмісту в борошні периферійних частинок зерна, які є основними носіями мінеральних речовин і обумовлюють затемнення борошна. Борошно низьких сортів містить значну кількість периферійних частинок зерна, тому зольність його вища, а показник білості нижчий, ніж борошна високих сортів.

Масова частка металомагнітних домішок не повинна перевищувати 3 мг на 1000 г борошна. Розмір окремих їх частинок повинен бути не більше 0,3, а маса крупинок руди чи шлаку — не більше 0,4 мг.

Масова частка домішок рослинного походження нормується у підготовленому до помелу зерні. До цих домішок відносять: шкідливу домішку (сажка, ріжки, гірчак, в'язіль та інші); домішку зерен інших культур — жита, ячменю, а також пророслих зерен. Масова частка шкідливої домішки має бути не більше 0,05, у тому числі гірчака або в'язелю (окремо або разом) — не більше 0,04, куколю — не більше 0,1%. Домішки насіння геліотропу опушеноплідного, триходе-сми сивої, фузаріозних зерен не допускається. Домішка зерен жита, ячменю і пророслих зерен не повинна перевищувати 5%, у тому числі пророслих зерен має бути не більше 3%.

Зараженість борошна шкідниками хлібних запасів не допускається.

Кількість і якість клейковини, що відмивається з пшеничного борошна, є основними показниками його якості. У свій час згідно ГОСТ 26574-85 на борошно хлібопекарське, що діяв на всій території колишнього СРСР, масова частка клейковини мала бути в борошні вищого сорту — 28,1 сорту — ЗО, II сорту — 25 і обойному — 20%. Проте на заготівельні підприємства України в останні роки у зв'язку з погодними та іншими несприятливими умовами надходила пшениця із масовою часткою клейковини в середньому 20-22,2%. З такого зерна виготовити борошно у відповідності до вимог ГОСТ 26574-85 практично неможливо. Тому в Україні розроблений галузевий стандарт ГСТУ 46.004-99 «Борошно пшеничне», який впроваджений з 1999 р. Вимоги до якості борошна, передбачені в ГСТУ, за всіма показниками відповідають тим, які були в ГОСТ 26574-85, за винятком масової частки клейковини. Цей показник встановлено для борошна вищого сорту — 24, І сорту — 25, II сорту — 21 і обойного борошна — 18%. Цим стандартом передбачено, що у борошні вищого сорту, яке буде використовуватись для виготовлення макаронних виробів, масова частка клейковини має бути не менше 25%.

Якість клейковини характеризується кольором, розтяжністю, еластичністю, пружністю. За якістю, залежно від цих показників, клейковину поділяють на три групи (табп. 2.2). Борошно, що містить клейковину третьої групи, в хлібопекарському виробництві не повинне використовуватись.

Важливим показником, який не зазначений у нормативно-технічній документації, але має велике значення у хлібопеченні, є кислотність борошна. Вона характеризує сорт і свіжість борошна, впливає на смак і запах хліба.

Кисла реакція борошна обумовлюється кислими фосфатами і вільними жирними кислотами, карбоксильними групами білкових сполук. Органічних кислот (таких, як молочна, оцтова, щавлева тощо) у борошні незначна кількість.

Кислі фосфати: КН₂РО„ Са(Н₂РО„)₂. Мд(Н₂Р0₄)₂, - утворюються внаслідок гідролізу фосфорорганічних сполук, а жирні кислоти — у процесі гідролізу жирів. У борошні високих виходів: пшеничному II сорту і обойному, житньому обдирному і обойному цих сполук міститься більше, ніж у борошні низьких виходів, тому кислотність їх вища.

Кислотність борошна залежить також від тривалості та умов його зберігання. В умовах, що сприяють ферментативному гідролізу полімерів борошна, інтенсифікації окислювальних процесів, кислотність борошна підвищується.

у практиці хлібопечення кислотність борошна характеризується показником — загальна кислотність, що відображає вміст у ньому кислот і кисло реагуючих речовин.

Борошно нормальної якості має нижчезазначені орієнтовні норми кислотності (у градусах):

пшеничне житнє

вищого сорту -3,0 сіяне -4,0

першого сорту -3,5 обдирне -5,0

другого сорту -4,5 обойне -5,5

обойне —5,0

Активна кислотність борошна характеризується показником рН і знаходиться у межах 5,8 — 6,3.

Хімічний склад борошна

Хімічний склад борошна знаходиться у прямій залежності від хімічного складу зерна. У той же час хімічний склад зерна залежить від його селекційних особливостей, агротехнічних, кліматичних і ґрунтових умов вирощування. Середній хімічний склад борошна за видами і сортами наведено у табл.

Як свідчать дані таблиці, чим вищий сорт борошна, тим більша в ньому масова частка крохмалю. Масова частка білків, жирів, мінеральних речовин, пентозанів і вітамінів збільшується зі зниженням сорту борошна і найбільше цих сполук міститься в обойному борошні. Це пояснюється тим, що у процесі виготовлення борошна різних сортів до його складу надходять анатомічні частинки зерна у різному співвідношенні.

Вуглеводи. Основну частину борошна становлять полісахариди (крохмаль, клітковина, геміцелюлози, пентозани). У незначній кількості містяться моносахариди (глюкоза, фруктоза, пентози) і олігосахариди (сахароза, мальтоза, рафіноза). Встановлено також наявність мелібіози та глюкофруктозану (левозину). Найважливіші вуглеводи, що містяться у борошні, представлені на рис. 2.1.

Олігосахариди складаються із 2-5 моносахаридів.

Дисахарид сахароза складається із залишків глюкози і фруктози, з'єднаних глюкозидним зв'язком, а дисахарид мальтоза — із залишків глюкози.

Трисахарид рафіноза (С_І8Н₃₂0,₆) являє собою з'єднання сахарози із залишком галактози. Під дією ферменту |і-фруктофуранозидази від рафінози відщеплюється фруктоза, а під дією а-галактозидази рафіноза розщеплюється з утворенням галактози і сахарози.

З точки зору харчової цінності вуглеводи борошна поділяються на такі, що засвоюються організмом (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, крохмаль, декстрини) і такі, що не засвоюються (целюлоза, геміцелюлоза, пентозани). Вуглеводи є важливим джерелом енергії. 100 г вуглеводів, що засвоюються, забезпечують 375 ккал тепла або 1570Дж.

У пшеничному сортовому борошні моно- і олігосахаридів міститься від 0,7 до 1,8% на сухі речовини. Серед них: глюкози 0,01-0,05; фруктози — 0,015-0,05; мальтози 0,005-0,05; сахарози 0,1-0,55, решта — рафіноза і глюко-фруктозан. У борошні з пророслого зерна масова частка мальтози зростає.

Житнє борошно містить значно більше цукрів, ніж пшеничне, а саме — від 4,5 до 6,5% на сухі речовини, залежно від сорту борошна. До 80% всіх цукрів житнього борошна приходиться на долю сахарози. Оскільки цукри у зернівці концентруються в ендоспермі та зародку, то найбільше їх міститься у борошні низьких помелів.

Глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза борошна служать енергетичним матеріалом для дріжджів під час бродіння тіста.

Пентози борошна не зброджуються дріжджами. В складі пентозанів вони відіграють певну роль у водопоглинальній властивості борошна, беруть участь у реакції меланоїдиноутворення під час випікання хліба.

Крохмаль є основною складовою борошна. У пшеничному борошні масова частка крохмалю становить 56-70, у житньому — 55-65% залежно від сорту. Оскільки весь крохмаль знаходиться в ендоспермі зерна, сортове борошно містить його більше, ніж обойне. У борошні крохмаль знаходиться у вигляді різних за розміром (від 0,002 до 0,17 мкм) крохмальних зерен сферичної, овальної чи неправильної форми. Поряд з цілими зернами є частина зерен, ушкоджених під час помелу {рис. 2.2).

Крохмальні зерна мають кристалічну листковану структуру, окремі кристали згруповуються у тонкі мікрокристали.

Крохмаль — неоднорідна речовина, до його складу входять два полісахариди — амілоза і амілопектин. У крохмальних зернах знайдені також високомолекулярні жирні кислоти (0,6%) і мінеральні речовини (0,2-0,7%). Відносна густина крохмалю біля 1,5, Співвідношення амілози і амілопектину в крохмалі становить 1:(3-3,5).

Оболонка крохмального зерна побудована з амілопектину, а в середині зерна знаходиться амілоза. У пшеничному крохмалі міститься в середньому 25% амілози і 75% амілопектину. Амілоза та амінопектин складаються із залишків глюкози (С₆Н,₀0₅), але мають різну хімічну будову. Молекула амілози складається з кількох паралельних довгих нерозгалужених спіралеподібних ланцюжків, у яких глюкозні залишки сполучені між собою а-1,4 глюкозидними зв'язками, тобто кисневий місток зв'язує між собою перший і четвертий вуглецеві атоми сусідніх залишків глюкози.

Молекулярна маса амілози може коливатись від 20 тис. до 1 млн. Амілоза розчиняється у теплій воді, утворюючи розчини з невеликою в'язкістю, з йодом дає синє забарвлення. Водопоглинальна здатність амілози м'якої пшениці — 83-84%.

Молекула амілопектину дуже розгалужена. В основі її структури лежать окремі ланцюжки із залишків глюкози, які в точках розгалуження сполучені між собою а-1,6 глюкозидним зв'язком, тобто кисневим містком між першим вуглецевим атомом крайнього залишку глюкози одного ланцюжка і шостим вуглецевим атомом одного із глюкозних залишків другого ланцюжка.

Схема будови молекули амілози і амілопектину показана на рис. 2.3.

а-1,6 глюкозидні зв'язки становлять 6,7% усіх зв'язків у молекулі амілопектину. Амілопектин складається із 6000-40000 глюкозидних залишків. Його молекулярна маса — від 1 до 10 млн.

Амілопектин у гарячій воді набухає, утворюючи в'язкий клейстер, розчиняється лише під тиском, з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення. Сам крохмаль з розчином йоду дає синє забарвлення. Ця властивість використовується при перевірці повноти відмивання його від клейковини. Крохмаль у холодній воді тільки набухає. При цьому він поглинає води ЗО% до своєї маси. Внаслідок набухання діаметр зерна крохмалю збільшується на 10%, а об'єм — приблизно на ЗО%. Здатність крохмалю поглинати воду в значній мірі залежить від ступеню механічного ушкодження зерен у процесі помелу. Цілі зерна крохмалю адсорбують 0,3 г води на 1 г, а ушкоджені — 2-3 г і більше.

Порівняно з крохмалем пшеничного борошна крохмаль житнього борошна має значно більшу гідрофільність. Швидкість зв'язування крохмалем води зростає з підвищенням температури.

При підвищенні температури до 55-70 °С крохмаль швидко набухає, поглинає велику кількість води, крохмальні зерна збільшуються в об'ємі, втрачають форму, утворюється в'язкий клейстер. Пшеничний крохмаль повністю клейстеризується при співвідношенні крохмалю і води 1:10. При недостатній кількості води крохмальні зерна клейстеризуються лише частково, з поверхні зерна. Така клейстеризація крохмалю спостерігається у процесі випікання хліба.

Температура клейстеризації для різних крохмалів різна. За даними різних авторів пшеничний крохмаль клейстеризується при температурі 62-65, житній — 55-57, кукурудзяний — 66-70 °С. На температуру і швидкість клейстеризації крохмалю впливають цукор, сіль, жири та інші інгредієнти. Цукор і сіль затримують набухання крохмалю і підвищують температуру клейстеризації. Жир знижує температуру клейстеризації.

Утворений крохмалем клейстер з часом старіє. Спостерігається явище синерезису. Клейстеризовані крохмальні зерна віддають воду, зменшуються в об'ємі, відбувається процес їх переходу з аморфного стану до початково-кристалічного, тобто ретроградація крохмалю.

Клейстер житнього крохмалю старіє повільніше, ніж пшеничного.

Молекула крохмалю деполімеризується під дією амілаз — а- і |ї-амілази. Обидва ферменти каталізують тільки розщеплення и-1,4-глюкозидних зв'язків, але в їх дії є суттєва різниця. Під дією а-амілази глюкозидні зв'язки в амілозі та амілопектині крохмалю розриваються без певного порядку. Молекула крохмалю розпадається з утворенням низькомолекулярних декстринів і мальтози. При цьому спостерігається розрідження крохмальних розчинів, зменшення їх в'язкості.

р-амілаза послідовно відщеплює мальтозу нередукуючих кінців ланцюжків. Утворюються високомолекулярні декстрини і мальтоза, тобто під дією цих ферментів відбувається декстринізація крохмалю — розщеплення його молекули на декстрини різної молекулярної маси і мальтозу.

Гідроліз крохмалю відбувається ступенево. Спочатку утворюються амілодекстрини, які забарвлюються розчином йоду в фіолетово-синій колір. Потім з'являються еритродекстрини. Вони при взаємодії з розчином йоду дають червоно-буре забарвлення. Ще пізніше утворюються ахродекстрини і мальтодекст-рини, які не забарвлюються йодом, і мальтоза.

При кислотному гідролізі крохмалю при певних умовах продуктом гідролізу є глюкоза

(С_г,Н,₀О_ь)„ + пН_гО->пС₆Н,_гО₆.

Крохмаль відіграє велику роль у технології хліба. Від складу і стану його зерен залежить водопоглинальна здатність тіста. Продукти ферментативного гідролізу крохмалю є джерелом поживних речовин, що забезпечують процес бродіння. Він бере участь у структуроутворенні тіста і хліба.

Здатність крохмалю клейстеризуватися при підвищеній температурі, зв'язуючи при цьому значну кількість води, забезпечує утворення сухої еластичної м'якушки хліба. Здатність крохмалю до ретроградації є основною причиною черствіння хліба.

Клітковина. Клітковина або целюлоза складається із залишків (i-D-глю-копіраноз, з'єднаних |І-глюкозидним зв'язком, утворює структурну основу оболонок рослинних клітин. Міститься в оболонках зерна і стінках клітин алейронового шару. У зерні пшениці та жита її масова частка складає 1,7...2,5%. Виходячи з того, що клітковина знаходиться у периферійних частинках зерна, її досить багато у обойному борошні. Так, у пшеничному обойному борошні міститься 1,6-1,9% клітковини, у житньому обойному — до 2,0, тоді як у борошні вищого сорту біля 0,2, а другого сорту — 0,8% на CP.

Клітковина не засвоюється організмом людини — у травному тракті людини не виробляються ферменти, що її розщеплюють. У тісті та хлібі вона бере участь у створенні їх структури.

Геміцелюлози — це гетерополісахариди, які нарівні з целюлозою входять до складу клітинних стінок оболонок і ендосперму зернівок. Основною складовою геміцелюлози є пентози. У зерні пшениці та жита міститься від 8 до 10% геміцелюлоз. Пшеничне і житнє борошно, залежно від сорту, містить різну кількість геміцелюлоз. У висівках сортового помелу їх масова частка складає 40%.

Геміцелюлози, як і клітковина, не засвоюються організмом людини. Ці полісахариди підсилюють перистальтику кишечнику, виводять із організму холестерин, важкі метали та інші шкідливі речовини.

Пентозани — це полісахариди, що складаються в основному з пентоз — ксилози і арабінози. Вони містять також залишки гексоз. Хроматографією препаратів пентозанів встановлено, що в їх молекулі міститься зв'язаний з вуглеводними ланцюжками білок.

Пшеничне борошно містить пентозанів від 2,1% у вищому сорті до 6,5% у обойному. В житньому сіяному борошні їх масова частка складає 4,2, а обойному — 8,6% на сухі речовини борошна.

Пентозани діляться на розчинні та нерозчинні. Розчинні пентозани часто називають слизями або гумі. У пшеничному борошні масова частка водорозчинних пентозанів становить 20-24, а у житньому — біля 40% від загальної маси пентозанів.

Молекули пентозанів мають високополімерний характер, містять велику кількість гідроксильних груп. Водорозчинні пентозани мають підвищену здатність до гідратації, сильно виражені колоїдні властивості, здатність до гелеутворення.

Біля половини водорозчинних пентозанів є глікопротеїдами. Саме ця фракція водорозчинних пентозанів утворює в'язкі розчини, які під дією окислювачів переходять у щільний гель. Оптимальним для утворення пентозанами драглів є рН 5,0-4,0. Слизі зерна жита швидко набухають у воді й утворюють в'язкі розчини. В'язкість цих розчинів у багато разів вища в'язкості розчину желатину тієї ж концентрації.

У ендоспермі зерна слизів майже у 2 рази менше, ніж у його периферійній частині, але в'язкість слизів ендосперму у 50 разів більша, ніж слизів, що містяться у периферійних частинах зерна. Розчинні пентозани поглинають воду у співвідношенні 1:15, нерозчинні — добре набухають у воді, поглинають воду в кількості, що перевищує їх масу в 10 разів.

Пентозани відіграють значну роль у формуванні структурно-механічних властивостей житнього тіста. Дріжджами вони не зброджуються, організмом людини не засвоюються.

Одним з найбільш розповсюджених пентозанів є арабаноксилан, який міститься у ендоспермі пшениці та жита.

Пектинові речовини — високомолекулярні полісахариди, основним структурним компонентом яких є галактуронова кислота. Вони входять до складу клітинних стінок разом з целюлозою, геміцелюлозою і лігніном. Це нерозчинні пектини (протопектини). Розчинні пектини містяться у клітковинному соку. В борошні масова частка пектинових речовин дуже мала.

Важливою властивістю пектинів є здатність до набухання і комплексоутворення.

Азотисті речовини борошна. Азотисті речовини борошна представлені білками і небілковими речовинами. Основну частину азотистих речовин складають білки.

Білки або протеїни (грецьке protos — перший, головний) є високомолеку-лярними високополімерними органічними сполуками, що складаються із залишків амінокислот, сполучених пептидними зв'язками у точно визначеному порядку. Відомо більше 200 амінокислот, але до складу білків входять лише 20.

Молекулярна маса білків коливається від 6000 до 1 млн. і більше. Так, є дані, одержані методом седиментації, що білок пшениці гліадин має молекулярну масу 24-28 тис, а глютенін — 41 -56 тис.

Складна молекула білку утворюється завдяки хімічним зв'язкам різної міцності — ковалентним, водневим, іонним, гідрофобної взаємодії, рис. 2.5. Найміцнішими є ковалентні зв'язки. До них відносять пептидні, ди-сульфідні та складно-ефірні.

Пептидними зв'язками (—CO— NH—) сполучені між собою залишки амінокислот.

Дисульфідні містки (—S—S—) утворюються між молекулами цистеїну різних поліпептидних ланцюгів або двома молекулами цистеїну одного ланцюга внаслідок відщеплення атомів водню від сульфгідрильних груп (—SH)

—SH+ О -> (-S-S-) + Н_г0—SH

Інші види зв'язку порівняно з ковалентними слабкі, але завдяки своїй бага-точисельності вони відіграють важливу роль у будові молекули та її стійкості.

Водневий зв'язок виникає між ковалентно зв'язаним атомом водню, що має позитивний заряд, і від'ємно зарядженими атомами кисню, азоту сусідніх частин молекули або сусідніх молекул і служить «містком» між ними. Енергія водневих зв'язків лежить у межах 1,5-7 ккал/моль, в той час як енергія ковалентних зв'язків складає 50-120 ккал/моль. Енергія зв'язку — це кількість енергії, яку необхідно витратити, щоб забезпечити розрив зв'язків між двома атомами.

Важливе місце посідає іонний зв'язок (сольовий). Цей зв'язок обумовлюється силою електростатичного притягання між протилежно зарядженими іонами. Він міцніший, ніж водневий.

Зв'язок гідрофобної взаємодії виникає лише між неполярними радикалами (залишками) деяких амінокислот тільки у водному середовищі.

Певне значення у будові молекули білку відіграють і дуже слабкі сили міжмолекулярного притягання.

У будові молекули білків розпізнають первинну, вторинну, третинну і четвертинну структуру, що характеризують різні рівні організації білкової молекули, рис. 2.6.

Склад і послідовність розміщення амінокислот у поліпептидному ланцюгу характеризують його первинну структуру. Вона виникає завдяки пептидним зв'язкам між а-карбоксильною й u-аміно- групами.

Вторинна структура білків визначається формою ланцюгів амінокислот. Ланцюги у молекулі глобулярних білків, до яких належать і білки злакових, розміщені у вигляді спіралі, витки якої з'єднані водневими зв'язками. Саме наявність цих зв'язків і обумовлює закрученість поліпептидного ланцюга у спіраль.

Третинна структура характеризує просторову конфігурацію білкової молекули. Завдяки хімічним зв'язкам, що виникають між окремими активними групами у поліпептидному ланцюгу, він укладається, упаковується певним чином, і білкова молекула набуває специфічної форми.

За формою молекула білків зернових наближається до шару або еліпсоїду.

Четвертинна структура білків утворюється, коли кілька субодиниць, що мають свою специфічну третинну структуру, об'єднуються за допомогою слабких нековалентних зв'язків. Класифікація білків. За складністю будови білки ділять на протеїни і протеїди.

Протеїни — це прості білки, у процесі гідролізу вони утворюють тільки амінокислоти. Протеїди являють собою сполуку простого білка з якоюсь речовиною небілкової природи, під час гідролізу окрім амінокислот дають інші сполуки (глюкозу, фосфорну кислоту тощо). У зернах злакових містяться в основному прості білки, протеїдів є незначна кількість.На основі класичної роботи американського вченого Т. Осборна (1907 р.) протеїни розподіляють на чотири групи залежно від розчинності: альбуміни, глобуліни, проламіни, глютеліни. Альбуміни — прості білки, розчинні у воді, мають відносно невелику молекулярну масу. Представником їх є лейкозин пшениці, жита, ячменю. Це повноцінні білки, вони містять усі незамінні амінокислоти.Глобуліни — білки, розчинні у слабких розчинах нейтральних солей (3-5%-ний розчин NaCI, КСІ тощо), містяться в зерні всіх злакових культур, як і альбуміни, є повноцінними білками.

Масова частка альбумінів і глобулінів у борошні становить 15-20% загальної маси білків.

Проламіни — білки, розчинні у 60-80%-ному етиловому спирті. До

найбільш вивчених білків цієї групи належать гліадини пшениці та жита, гордеїн ячменю, зеїн кукурудзи. З біологічної точки зору вони не досить повноцінні, бо мають незначний вміст лізину, іноді триптофану.

Глютеліни — білки, розчинні у слабких розчинах лугів (0,2-2,0%). До них належать глютенін пшениці та жита. У харчовому відношенні ці білки, як і проламіни, мають низьку біологічну цінність.

Такий розподіл протеїнів на фракції умовний. На цей час відомо, що кожна з цих фракцій є гетерогенною і складається з декількох білків. Протеїни пшениці мають такий середній фракційний склад, у%: альбуміни — 6,2; глобуліни — 12,6; проламіни — 35,6; глютеліни — 28,2; нерозчинна фракція — 8,7.

Із протеїдів борошна найбільше значення мають: ліпопротеїди — сполуки білків з ліпідами; фосфоліпіди — сполуки, у яких білки зв'язані з фосфорною кислотою ефірним зв'язком; глікопротеїди — сполуки білків з вуглеводами та їх похідними; нуклеопротеїди — сполуки білків з нуклеїновими кислотами.

Вміст білків у зерні та борошні. Масова частка білків у пшеничному борошні становить 10,3-12,5%, житньому — 6,9-10,7% і залежить від вмісту їх у зерні, з якого воно виготовлене. Масову частку білків у борошні можна встановити, визначивши в ньому масову частку азоту і помноживши її на коефіцієнт 5,67.

Накопичення білків у зерні залежить від таких факторів, як його сорт, склад ґрунтів, кліматичні умови, агротехніка вирощування тощо. Пшениця, що вирощується на півдні, накопичує більше білків, ніж вирощена в північних районах. Білки у зернівці розподілені нерівномірно. Якщо розглядати кожну із частин зерна, то найбільше білків містить зародок, менше їх в алейроновому шарі й найменше в ендоспермі. Розподіл білків між морфологічними частинами зерна,% на CP, показане на рис.

У зародку містяться в основному альбуміни, в алейроновому шарі — глобуліни й альбуміни, в ендоспермі — проламіни і глютеліни. Цим пояснюється різна масова частка білкових речовин за сортами борошна.

Якщо оцінювати амінокислотний склад білків борошна, то у ньому містяться всі вісім незамінних амінокислот, але амінокислотний склад білків борошна не збалансований за масовою часткою лізину, треоніну, триптофану та метіоніну.

Білки житнього борошна порівняно з пшеничним містять більше незамінних амінокислот і особливо лізину.

Фізико-хімічні властивості білків. Білки борошна мають значну гідратаційну здатність. Вона обумовлена гідрофільними групами, розміщеними на поверхні білкової глобули (—CO—NH—, — NH₂, —СООН). Білки борошна, на відміну від крохмалю, зв'язують воду осмотично, тобто міцніше. Під час гідратації навколо кожної молекули білка утворюються водні оболонки, що складаються з орієнтованих певним чином у просторі молекул води. У тісті білки утримують 2-3-кратну кількість води по відношенню до своєї маси. Внаслідок цього молекули білків збільшуються в об'ємі. Деякі білки здатні набухати необмежено і утворювати колоїдні розчини.

Білки пшеничного борошна гліадин і глютенін поглинають воду, набухають, злипаються і утворюють пружну, еластичну масу — сиру клейковину, її гідратаційна здатність, тобто кількість води, поглинутої відносно сухої маси білку, складає 170-250%. Оптимальна температура для набухання білків — ЗО °С. Клейковина, що утворюється у процесі змішування борошна з водою, формує структуру тіста. Вона є важливим фактором хлібопекарських властивостей пшеничного борошна.

Вперше клейковину виділив із пшеничного тіста шляхом відмивання від крохмалю і висівок італійський вчений Бекарі в 1745 році.

У житньому борошні масова частка білків дещо нижча, ніж у пшеничному. Співвідношення гліадину і глютеніну коливається у тих же межах, що у пшеничному борошні, але клейковину вони не утворюють. Цьому перешкоджає наявність у житньому борошні значної кількості пентозанів. Заданими Н.П.Козьми-ної, в разі, коли у борошні масова частка пентозанів становить 2,6% до маси білків, клейковина не відмивається. Білки житнього борошна швидко набухають у воді. Частина їх здатна набухати необмежено (пептизуватись), переходити у колоїдний розчин, що обумовлює його в'язкість.

Важливою властивістю білків борошна є денатурація. За певних умов змінюється внутрішня будова поліпептидних ланцюгів білків. У їх молекулі розриваються деякі зв'язки, за винятком ковалентних, змінюється вторинна, третинна та четвертинна структура і білки переходять в інший якісний стан, втрачають гідрофільні та набувають гідрофобні властивості. Із розчинних стають нерозчинними, втрачають біологічну активність. При цьому хімічний склад їх залишається незмінним. Білки денатурують внаслідок дії високої температури, ультрафіолетового опромінювання, дії сильних кислот, солей важких металів, деяких інших факторів.

Термічна денатурація характерна для білків зерна під час його сушіння при підвищеному температурному режимі. Більшість білків зерна денатурує при температурі 60-70 °С. У зерні пшениці це явище помітне уже при 50 °С. Внаслідок термічної денатурації білки борошна, виготовленого з такого зерна, утворюють клейковину дуже низької якості, або клейковина зовсім не відмиється, знижується ферментативна активність борошна.

Денатурація білків, що відбувається у процесі випікання тістових заготовок, обумовлює перетворення тіста у хліб. Денатурація білків спостерігається й у процесі зберігання виробів: білки старіють, їх структура ущільнюється, знижується здатність до набухання, розчинності, гідролізу. Це явище спостерігається при черствінні хліба. Під дією кислот і протеолітичних ферментів білки борошна здатні гідролізуватись з утворенням полі- та дипептидів і амінокислот. Ферменти, що гідролізують білки, належать до групи гідролаз. Це протеази, а саме: протеїназа і пептидаза.

Встановлено, що під дією протеїназ білок повністю не розщеплюється, а перетворюється в сполуки, що не осаджуються трихлороцтовою кислотою. Такими сполуками є поліпептиди. Збільшення вмісту амінокислот при цьому майже не спостерігається, тобто розщеплюється зовсім незначна кількість пептидних зв'язків.

Припускається, що під дією протеїназ молекули білків не гідролізуються, а лише дезагрегуються, переходять у більш розчинний стан.

Білки борошна, як й інші білки, є амфотерними сполуками, тобто мають властивості кислоти і лугу. Це є наслідком наявності у складі їх молекули кислотної (—СООН) і лужної (—NH₂) груп. Внаслідок амфотерності вони надають буферних властивостей об'єктам із борошна. Тобто, в цих об'єктах різним значенням титрованої кислотності може відповідати одне й те саме значення рН.

Небілкові азотисті речовини борошна. До небілкових азотистих речовин належать вільні амінокислоти, дипептиди, поліпептиди, альбумози і пептони, що утворюються у процесі гідролітичного розщеплення білкових речовин, а також аміди кислот, солі азотної та азотистої кислот тощо.

У зерні міститься 1-3% небілкових речовин, вони зосереджені в основному в алейроновому шарі та зародку. їх масова частка зростає при проростанні, самозігріванні зерна, а також у недозрілому зерні. Масова частка небілкових азотистих речовин у борошні залежить від виду і сорту борошна, якості зерна, з якого воно виготовлене. Найбільше їх в обойних сортах борошна.

Небілкові азотисті речовини беруть участь у процесах, що відбуваються при зберіганні борошна та його переробці. Так, потемніння борошна в процесі приготування хліба обумовлюється ферментативним окисленням амінокислоти тирозину. Вони є продуктами живлення для мікрофлори тіста. При випіканні хліба карбонільні групи редукуючих цукрів взаємодіють з амінокислотами, пептидами або білками в реакції меланоїдиноугворенні.

Ліпіди борошна (італійське lipos — жир). Під цією назвою об'єднана група органічних сполук, нерозчинних у воді, розчинних у неполярних органічних розчинниках, таких як бензин, толуол. В основі будови цих сполук лежать жирні кислоти.

У пшеничному борошні залежно від сорту ліпідів міститься 1,4-2,3, у житньому — 1,6-2,7%.

Розпізнають прості ліпіди та складні. До простих ліпідів відносяться похідні вищих жирних кислот і спиртів: ацилгліцерини, воски та деякі інші сполуки. На відміну від простих, до складних ліпідів входять ефіри залишків жирних кислот і спиртів із заміщеними групами. Складні ліпіди містять окрім вуглецю, кисню і водню також фосфор, азот, іноді сірку. Це — фосфоліпіди, сульфоліпіди, гліколіпіди.

У борошні частина ліпідів знаходиться у вільному стані, частина зв'язана з білками (ліпопротеїди) і вуглеводами (гліколіпіди). Зв'язані ліпіди складають ЗО% усіх ліпідів. Встановлено, що зв'язані з білками ліпіди впливають на структуру і фізичні властивості білкового комплексу тіста. Зв'язані ліпіди — це структурні ліпіди зерна і борошна. Вільні ліпіди — це запасні ліпіди. Найрозповсюдженішою групою простих ліпідів є ацилгліцерини (або гліцериди). їх називають жирами чи оліями.

Жири. За хімічною природою жири — це в основному суміш складних ефірів триатомного спирту гліцерину і високомолекулярних жирних кислот (триа-цилгліцериніе), але в незначній кількості присутні також ди- і моноацилгліцери-ни. Жири становлять 63-65% всіх ліпідів зерна і борошна. У зерні жири містяться в основному у алейроновому шарі та зародку. Тому борошно високих виходів містить більше жиру, ніж низьких. У пшеничному і житньому борошні різних сортів міститься 0,9-2,1% жиру.

До складу триацилгліцеринів борошна входять насичені жирні кислоти (пальмітинова, стеаринова), а також ненасичені: олеїнова, лінолева і ліноленова. У борошні на долю ненасичених жирних кислот припадає 70-85%. У зв'язку з цим жир борошна має рідку консистенцію.

Формули основних жирних кислот, що містяться у борошні, такі:

пальмітинова кислота СН₃-(СН₂)_1Л-С00Н

стеаринова кислота СН,-(СН₂),_е-СООН

олеїнова кислота СН₃(СН₂)--СН=СН-(СН₂),-СООН

лінолева кислота CH₁(CH,)₄-CH=CH-CH₂-CH=CH-(CH,)₇-COOH

ліноленова кислота СН₃-СН₂-СН=СН-СН_г-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂),-СООН

Поліненасичені жирні кислоти, особливо лінолеву, вважають незамінними для організму людини.

Жири розкладаються в результаті ферментативного гідролізу під дією ферменту ліпази на гліцерин і жирні кислоти. Вони здатні до згіркнення (окислення) під дією ферменту ліпоксигенази, світла, повітря і води.

У результаті ферментативного розкладу жирів борошна підвищується його кислотність. За цим показником можна оцінити свіжість борошна.

Воски — являють собою ефіри високомолекулярних одноосновних жирних кислот і одноатомних високомолекулярних спиртів. У борошно потрапляють з уламками зерна, які вони вкривають тонким шаром. Масова частка їх у зерні дуже мала.

Складні ліпіди (ліпоїди). До основних складних ліпідів борошна належать фосфоліпіди (фосфатиди) і гліколіпіди. Фосфатиди є похідними ацилгліцеролів (складних ефірів гліцерину і жирних кислот), у яких одна із жирних кислот заміщена фосфорною кислотою з приєднаною до неї азотистою основою або іншою сполукою. _п

де R, і Я, — залишки жирних кислот; R_:| — залишок азотистої основи або іншої сполуки.

У випадку, коли R₃ є залишком холіну, фосфатид зветься лецитином.

У зерні пшениці та жита міститься 0,3-0,6% фосфатидів, у зародку пшениці — 1,6%. Це в основному лецитин. Фосфатиди разом з білками утворюють ліпопротеїдні комплекси. Під дією ферменту триацилгліцерол — ліпази від фосфатидів відщеплюються жирні кислоти, а під дією гліцерофосфатази — фосфорна кислота. Продукти гідролізу фосфатидів впливають на кислотність борошна.

Фосфоліпіди мають гідрофільні та гідрофобні властивості, тобто вони є поверхнево-активними речовинами, мають властивість емульгаторів. Гідрофільні властивості обумовлені наявністю в їх складі фосфатної групи, а гідрофобні — жирних кислот. Вони є гідрофільними колоїдами, набрякають у воді й завдяки цьому сприятливо впливають на хлібопекарські властивості пшеничного борошна. Основними гліколіпідами борошна є моногалактозилгліцериди і дигалакто-зилгліцериди.

У зерні та борошні з нього супутниками ліпідів є жиророзчинні речовини. Це пігменти, жиророзчинні вітаміни, стерини та деякі інші речовини.

Стерини з білками утворюють складні комплекси, беруть участь у побудові біологічних мембран. У зерні пшениці стеринів міститься 0,03-0,07%. Основними стеринами пшениці є [і-ситостерини.

Представником стеринів є також ергостерол, з якого під дією УФ-променів утворюється вітамін D.

Пігменти борошна. Борошно містить пігменти, що утворились у зерні під час його вирощування, а також при зберіганні та переробці. Пігментами зерна є каротиноїди, хлорофіл і флавоноїди. У результаті окисно-відновних процесів, що відбуваються при зберіганні та переробленні зерна, утворюються меланіни і ме-ланоїдини.

Жиророзчинні пігменти каротиноїди і хлорофіл за хімічною природою є не-насиченими вуглеводнями, тому вони легко окислюються і переходять у безбарвні сполуки, борошно внаслідок цього білішає. Колір каротиноїдів борошна — жовтий або оранжевий, хлорофілу — зелений. У борошні містяться такі каротиноїди, як каротин, цеаксантин і криптоксантин, ксантофіл.

Каротини мають провітамінні властивості. В організмі людини вони перетворюються у вітамін А.

Серед каротиноїдів найбільше вивчений каротин С^Н^. Він існує у трьох модифікаціях (а,(5 і у). Найбільшу провітамінну активність має р-каротин. В організмі людини він утворює дві молекули вітаміну А, тоді як інші модифікації каротину — тільки одну. Каротиноїди впливають на якість борошна, вони надають йому приємного кремового кольору.

Флавоноїди мають жовте забарвлення — це пігменти оболонок.

Колір різних сортів борошна обумовлюється кольором пігментів, що містяться в різних морфологічних частинах зерна.

Ліпіди і розчинні в них супутні речовини, що екстрагуються із борошна органічними розчинниками, називають сирим жиром, його приблизний склад показаний на рис.

си, пов'язані з окисленням ліпідів. У тісті вони утворюють комплекси з білками, вуглеводами, іншими компонентами борошна, впливають на реологічні властивості тіста та якість хліба.

Мінеральні речовини борошна. Сполуки, які залишаються в золі борошна після спалювання, називають мінеральними. Загальну їх кількість називають сирою золою. У складі золи мінеральні речовини знаходяться у вигляді нелетких оксидів: Р₂0₅, К₂0, CaO, МдО. Чим вищий сорт борошна, тим менше в ньому міститься мінеральних речовин. Масова частка золи є показником сорту і виходу борошна. За зольністю можна судити про вміст периферійних часток зерна у борошні.

Основну масу мінеральних речовин становлять макроелементи. Це — кальцій, фосфор, натрій, калій, магній, сірка, хлор. У загальній кількості мінеральних речовин борошна макроелементи складають 99,9%. Макроелементи об'єднують елементи, масова частка яких складає від десятих до сотих долі процента. Більша частина їх — це сполуки фосфору (50%), калію (ЗО%), магнію і кальцію (15%).

У борошні кальцій знаходиться у вигляді сполук фосфорно- і щавлевокислих солей, сполук з білками, жирними кислотами тощо. Кальцій каталізує активність ферменту а-амілази.

Фосфор міститься у вигляді фосфатидів і різних органічних сполук. Найбільша частина фосфору борошна представлена фосфором фітину. Фітин — це калій-кальцій-магнієва сіль інозитрофосфорної кислоти. Він міститься у алейроновому шарі зерна і оболонках, у ендоспермі його майже немає. У обойному борошні фосфор фітину складає (% на CP) 1,1-1,3, борошні II сорту — 0,02-0,05. У житньому борошні фітинового фосфору набагато більше, ніж у пшеничному.

Під дією ферменту фітази від інозитфосфорної кислоти відщеплюються залишки фосфорної кислоти, яка активно впливає на величину кислотності борошна. Фітаза також розщеплює фітинову кислоту і цим самим поліпшує засвоєння організмом людини кальцію, що міститься у борошні,

З точки зору гігієни харчування у борошні співвідношення кальцію і фосфору, а також кальцію і магнію неоптимальне і складає 1:2,5 і 1:1,7, тоді як оптимальне 1:1,5 і 1:0,6 відповідно. Надмірний вміст фосфору затримує засвоєння кальцію.

Поряд з макроелементами у борошні є елементи, масова частка яких становить тисячні та стотисячні частки процента від його маси (10 ^J-10 ⁵). Це мікроелементи: залізо, йод, мідь, фтор, цинк, кобальт, марганець, молібден та інші. Основна роль макро- і мікроелементів полягає у підвищенні активності ферментів, що каталізують біохімічні процеси, у тому числі у дріжджовій клітині під час бродіння. У харчуванні людини борошно є важливим джерелом надходження мінеральних елементів, таких як: фосфор, кальцій, калій, магній, залізо.

Масова частка окремих мікроелементів підлягає гігієнічному контролю і обмежується стандартами на борошно. Міді має бути не більше 10; свинцю — 0,5; кадмію — 0,1; миш'яку — 0,2; ртуті — 0,02; цинку — 50,0 мг/кг.

Вітаміни борошна. Вітаміни є низькомолекулярними біологічно активними сполуками органічної природи, які у малих дозах необхідні для життєвих процесів. Вони відіграють важливу роль як у життєдіяльності людини, так і в життєвих процесах мікроорганізмів, рослин.

Вітаміни не є матеріалом для біосинтезу або джерелом енергії, вони відіграють роль біологічних каталізаторів хімічних реакцій у живому організмі. Найбільш вивчені вітаміни ділять на водорозчинні - С, PR В„ В₂, В₃, В₆, В₉, В,₂, біотин (Н), холін і жиророзчинні — A, D, Е, К.

У борошні містяться у різній кількості 8 водорозчинних вітамінів: тіамін (В,), рибофлавін (В₂), ніацин (РР), піридоксин (В₆), біотин (Н), аскорбінова кислота (С), пантотенова кислота (В₃), інозит. Найбільша частка від загальної кількості вітамінів борошна належить вітамінам В,, В₂ і PR

Оскільки вітаміни концентруються в зародку і алейроновому шарі, вміст їх у борошні тим вищий, чим більший вихід борошна.

У борошні здебільшого низьких сортів міститься також дуже незначна кількість жиророзчинних вітамінів. Це провітаміни А — а, В і у-каротини; похідні стеринів — вітаміни групи D, які в організмі регулюють обмін кальцію і фосфору; вітаміни групи Е або токофероли. На токофероли багатий зародок зерна, вони є сильними антиоксидантами. Вміст їх в обойному борошні забезпечує більш тривалий термін зберігання цього борошна порівняно з сортовим.

Ферменти борошна. Ферменти (від латинського ferveo — броджу) — органічні каталізатори біохімічних процесів. Біохімічні процеси, що протікають у борошні при його зберіганні, під час приготування тіста, при випіканні хліба, відбуваються за участю ферментів борошна і дріжджів.

Для ферментів характерна строго специфічна дія на певний субстрат, тобто певний вид сировини (сполуки певного складу і певної структури).

Активність дії ферментів залежить від умов реакції та перш за все від концентрації субстрату, температури і рН середовища. При температурі та рН вищих або нижчих за оптимальні активність ферментів знижується. Дія ферментів повністю припиняється при температурі, близькій до 0, а також при температурі денатурації білків.

Активність ферментів залежить також від присутності специфічних активаторів і неспецифічних або специфічних інгібіторів. Вона підвищується в присутності іонів Na, К, Са, Mg, Fe, речовин з групою —SH та ін.

Інгібіторами ферментів є танін, солі важких металів, трихлороцтова кислота.

За здатністю діяти у клітині або поза нею ферменти діляться на ендоферменти (внутріклітинні) і екзоферменти (такі, що виділяються клітиною за її межі).

За діючою з 1961 року Міжнародною номенклатурою усі ферменти поділені на шість класів. В основу класифікації ферментів покладено тип реакції, яку вони каталізують.

Оксиредуктази — ферменти, що каталізують біологічні окисно-відновні реакції, наприклад процес бродіння. До цього класу належать глюкооксидаза, ліпоксигеназа, каталаза, тирозиназа.

Трансферази або ферменти переносу. Ці ферменти каталізують реакції, при яких певні хімічні угрупування відщеплюються від однієї сполуки і переносяться до іншої, утворюючи нову сполуку.

Пдролази — ферменти, що каталізують реакції розщеплення речовин з приєднанням води. Поряд з іншими, до цього класу відносяться і ферменти, що гідролізують вуглеводи, білки, жири борошна.

Це амілази, р-фруктофуранозидаза (сахараза, інвертаза), и-глюкозидаза (мальтаза), протеази, ліпаза та інші.

Ліази — ферменти, що каталізують реакції розриву хімічних зв'язків між атомами вуглецю, вуглецю і кисню, вуглецю і азоту. До ліаз відносяться карбоксилаза, альдолаза тощо. У тісті піруватдекарбоксилаза відщеплює диоксид вуглецю від піровиноградної кислоти, що утворюється як проміжний продукт при анаеробному бродінні.

Ізомерази — ферменти, що каталізують реакції перетворення органічних сполук з одного ізомеру в інший.

Лігази або синтетази — ферменти, що каталізують реакції синтезу.

Ферменти складають мізерну частку від маси борошна. Тому їх кількість не виражається в процентах. їх присутність виявляється по наявності перетворень речовин, що каталізуються ферментами.

Масова частка ферментів у борошні обумовлюється масовою часткою їх у зерні. Ферментативна активність зерна залежить від умов його вирощування, зберігання, режимів переробки. Підвищена активність ферментів у зерні, а значить і в борошні з цього зерна, спостерігається, якщо зерно не дозріло, проросло, було ушкоджене клопом-черепашкою або приморожене.

Активність ферментів зерна значно знижується при жорстких режимах його сушіння. Оскільки у зерні ферменти зосереджені здебільшого в зародку і алейроновому шарі, сортове борошно містить менше ферментів, ніж обойне. Під час зберігання борошна ферментативні процеси у ньому протікають досить мляво. Тільки при підвищенні вологості борошна більше 14,5% вони дещо активізуються.

У процесі змішування борошна з водою ферментативні реакції швидко активізуються. У технології хлібних виробів особливо важливу роль відіграють гідролітичні та окисно-відновні ферменти борошна. В ході технологічного процесу під дією гідролаз високополімерні сполуки борошна розкладаються на більш прості речовини, накопичуються водорозчинні сполуки, формуються певні реологічні властивості тіста.

Речовини, що утворюються в результаті дії ферментів, особливо декстрини, цукри, відіграють важливу роль у формуванні структури хліба, його запаху і смаку.

Активність дії гідролітичних ферментів борошна обумовлює накопичення в тісті та хлібі певної кількості водорозчинних речовин і характеризується терміном — автолітична активність борошна. Якщо борошно має підвищену або низьку автолітичну активність, хліб може мати різні дефекти.

Амілази борошна. Амілази каталізують гідроліз крохмалю борошна. Розпізнають три амілази: а-амілазу, р-амілазу і глюкоамілазу. Остання міститься в хлібопекарських дріжджах. Вважається, що u-амілаза є лише у пшеничному борошні, виготовленому з пророслого зерна. Житнє борошно, як із пророслого, так і з нормальної якості зерна, містить у значній кількості активну а-амілазу.

р-амілаза знайдена у пророслих зернах хлібних злаків і в зернах нормальної якості. Вона міститься у всіх сортах пшеничного і житнього борошна.

У борошні а і р-амілази знаходяться у зв'язаному з білками стані й під час протеолізу відщеплюються.

Ферментативний гідроліз крохмалю під дією а- і р-амілаз відбувається внаслідок розриву глюкозидних зв'язків амілози та амілопектину і приєднання по місцю їх розриву молекули води.

Як а-амілаза, так і р-амілаза каталізують лише розщеплення о-1,4-глюко-зидних зв'язків і не можуть гідролізувати а-1,6-глюкозидних зв'язки. Проте вони відрізняються між собою за характером дії на амілозу і амілопектин та оптимальними параметрами активності. Для а-амілази характерне неупорядко-ване розщеплення амілози і амілопектину, тоді як для р-амілази — ступеневе, рис. 2.9.

При дії а-амілази на амілозу її макромолекула спочатку розпадається на декстрини середнього розміру зі ступенем полімеризації 6-10 (а-декстрин), які в подальшому розщеплюються на низькомолекулярні декстрини і мальтозу. При дії а-амілази на амілозу може відбутися також відрив одного, двох або трьох глюкозних залишків. Таким чином, а-амілаза здатна повністю перетворити амілозу в мальтозу, маль-тотріозу і невелику кількість глюкози.

При дії а-амілази на амілопектин крохмалю утворюється мальтоза і низькомолекулярні декстрини з 5-8 глюкозидними зв'язками, які в подальшому а-амілазою не розщеплюються до мальтози. Це обумовлено тим, що фермент не діє на а-1,6 глюкозидні зв'язки у місцях розгалуження макромолекул амілопектину. Тому в результаті дії а-амілази на амілозу і амілопектин утворюються низькомолекулярні декстрини, мальтоза, невелика кількість мальтотріози і глюкози.

р-амілаза послідовно відщеплює від амілози і амілопектину ланки мальтози. Лінійна макромолекула амілози р-амілазою повністю гідролізується до мальтози. Але якщо у ланцюгу, що атакується р-амілазою, число глюкозних залишків непарне, останні три одиниці залишаються нерозщепленими у вигляді мальтотріози.

В амілопектині р-амілаза розщеплює лише верхівки розгалужених ланцюгів. Дія ферменту припиняється на відстані одного елементарного глюкозного залишку до розгалуження. В результаті гідролізу залишається високомолекуляр-ний декстрин. |!-амілаза розщеплює амілопектин з утворенням мальтози лише на 54%. Утворені високомолекулярні декстрини («-амілодекстрини) піддаються подальшому гідролізу а-амілазою і розпадаються на низькомолекулярні декстрини, на які знову починає діяти р-амілаза. Навіть при сумісній дії а і р-амілаз при гідролізі амілопектину залишаються декстрини з 5-8 глюкозними залишками, в яких зосереджені а-1,6 глюкозидні зв'язки. При одночасній дії обох амілаз крохмаль гідролізується на 95%.

Оптимальні умови дії у а і р-амілаз різні, р-амілаза найактивніша при рН середовища 4,5-4,8 і температурі 49-54 °С. При температурі 70 °С вона інакти-вується. Для а-амілази оптимальним рН середовища є 5,6-6,3, а температура 58-65 °С. Інактивується а-амілаза при температурі випікання 80-85 °С. Проте є дані, що інактивація u-амілази відбувається при температурі 95 °С. Порівняно з р-амілазою а-амілаза більш термолабільна, але чутлива до зниження рН середовища. При рН 3,3-4,0 а-амілаза інактивується. При зниженні рН знижується температурний оптимум і температура інактивації амілаз. Залежно від кислотності середовища температура інактивації коливається для р-амілази в межах 60-84, а-амілази - 70-95 °С.

Нативний крохмаль борошна гідролізується ферментами повільно. Найлегше гідролізуються амілазами ушкоджені зерна крохмалю і клейстеризований крохмаль. Швидкість ферментативного гідролізу крохмалю амілазами можна характеризувати загальною кількістю редукуючих вуглеводів (у перерахунку на мальтозу), що накопичились у продукті за час гідролізу.

Амілази відіграють значну роль у технології приготування хліба. У процесі переробки пшеничного борошна з непророслого зерна р-амілаза забезпечує в тісті накопичення мальтози, необхідної для життєдіяльності мікрофлори тіста, а також реакції меланоїдіноутворення підчас випікання хліба.

При переробці борошна з пророслого зерна наявність а-амілази, оптимальна активність якої лежить у межах 58-65 °С, може привести під час випікання до накопичення у м'якушці хліба низькомолекулярних декстринів, що обумовлюють її липкість. Оптимальні умови дії цих ферментів лежать в основі заходів і методів регулювання технологічного процесу при переробці борошна з пророслого, враженого клопом-черепашкою або з іншими дефектами зерна.

р-фруктофуранозидаза (сахараза, інвертаза) каталізує сахарозу на глюкозу і фруктозу:

С,_?Н„0„ + Н_гО -> С₆Н,₂0₆ + С₆Н_І20₆

сахароза глюкоза фруктоза

Цей фермент каталізує також розщеплення рафінози на фруктозу і дисахарид мелібіозу.

a-глюкозидаза (мальтаза) каталізує гідроліз мальтози на дві молекули глюкози:

С,_гН_гА. ⁺ Н_гО = 2С„Н,А

мальтоза глюкоза

Целюлази і геміцелюлази каталізують відповідно гідроліз целюлози та геміцелюлози, пентозаназа — пентозанів.

Протеолітичні ферменти. Під дією протеолітичних ферментів протеаз (протеїназ і пептидаз) відбувається гідролітичне розщеплення білків. Воно характеризується розривом пептидного зв'язку за рівнянням:

R — CO — NH - R, + НОН = RCOOH + H₂NR,,

де R і R, — залишки амінокислот і пептидів.

Ферментативне розщеплення білків можна зобразити такою схемою: Білки -> Альбумози ~> Пептони, Поліпептиди -> Пептиди і амінокислоти

Із зерна пшениці виділені кислі протеїнази з оптимумом рН 3,7-4,0; нейтральні протеїнази з оптимумом рН 6.5-7,0; лужні протеїнази з оптимумом рН > 8,0.

Кислі протеїнази — це ферменти типу папаїну (виділений з плодів динного дерева — Carica papaya). Вони активуються сульфгідрильними сполуками — відновленим глютатіоном, цистеїном. Інгібіторами їх є окисники.

Нейтральні протеїнази до цієї групи не відносяться. їх інгібіторами є хлорид натрію, фенольні сполуки, ароматичні амінокислоти. Кухонна сіль у кількості, що міститься в рецептурі хлібних виробів, здатна знизити активність нейтральних протеїназ на 60-70%. Нейтральні протеїнази мають вищу активність, ніж кислі.

Вважається, що оптимальними умовами для дії комплексу протеїназ пшеничного борошна є: рН — 4,0-5,5 і температура 45-47 °С. Очевидно, що в умовах тіста певну роль відіграють як кислі, так і нейтральні протеїнази.

У пшеничному тісті протеїнази борошна проявляють слабку дію і обумовлюють тільки частковий протеоліз білків без значного накопичення водорозчинних речовин. Ефективність їх дії значно залежить від податливості білків. Початковим ефектом дії протеїназ є дезагрегація білку, порушення його четвертинної та третинної структури.

Значно більшу активність мають протеїнази борошна із пророслого зерна. Дуже висока активність у протеїназ борошна із зерна, ураженого клопом-черепашкою, слина якого містить сильні протеолітичні ферменти. При приготуванні тіста з такого борошна воно сильно розріджується.

Зменшенню активності протеолітичних ферментів сприяє зниження температури тіста, більш низьке значення рН субстрату, внесення окисників, які роблять білки менш податливими до протеолізу, внесення солі в опару.

Оскільки оптимальна температура дії протеїназ 45-47 °С, у перший період випічки спостерігається найбільш сильне розщеплення білків, в тісті, що випікається, накопичуються пептони, поліпептози, амінокислоти.

Довгий час вважалося, що протеїнази розщеплюють білки, а утворені при цьому поліпептиди розщеплюються пептидазами до амінокислот. Пізніше виявилося, що протеїнази здатні розщеплювати поліпептидні зв'язки не лише в білках, айв різних поліпептидах.

Пептидази строго специфічні. Дія пептидаз пов'язана з наявністю і розміщенням певних хімічних угрупувань у пептидних зв'язках. Наприклад, амінопептидази розщеплюють у пептидах зв'язок біля а-амінної групи, дипептидази розщеплюють дипептиди до амінокислот, розщеплюючи зв'язки, біля яких містяться як вільна група СООН, так і NH₂; карбоксипептидази - біля карбоксильної групи.

Триацетилгліцерол-ліпаза. Ліпази каталізують розщеплення жирів з приєднанням води і утворенням жирних кислот.

де R,, R₂ і R₃ — радикали високомолекулярних жирних кислот: пальмітинової, олеїнової, стеаринової.

Фермент може гідролізувати жир з відщепленням однієї, двох або трьох молекул жирної кислоти. Рослинні ліпази відщеплюють спочатку один, потім другий і далі третій кислотні залишки. У борошні ліпаза проявляє свою дію під час його зберігання. Активність ліпази вища у борошні більш високого виходу порівняно з и активністю у борошні низьких виходів. Ліпаза зернових належить до розчинних ферментів. Оптимум її дії при рН 8. Вільні жирні кислоти, що утворюються в результаті дії ліпази, підвищують кислотність борошна. При подальших перетвореннях можуть обумовлювати погіршення якості борошна.

Ліпоксигеназа. Ліпоксигеназа є окисно-відновним ферментом борошна. Вона міститься як у зернах жита, так і в зернах пшениці. Ліпоксігеназа каталізує окислення киснем повітря ненасичених жирних кислот. Фермент діє специфічно і приєднує молекулу 0₂ до подвійних зв'язків у ненасичених жирних кислот, що мають два подвійних зв'язки, розділені однією СН₂-групою. Таким умовам відповідають лише три природні кислоти — лінолева, ліноленова і арахідонова. При цьому утворюються гідропероксиди. Пдропероксиди є дуже сильними окислювачами і справляють окислювальну дію на білково-протеїназний комплекс борошна, покращують його якість. Оптимальними для дії ліпоксигенази є температура 30-40 °С і рН середовища 5-5,5.

Поліфенолоксидаза (тирозиназа). Тирозиназа каталізує окислення амінокислоти тирозину. В результаті цієї реакції утворюються темнозабарвлені речовини — меланіни, які обумовлюють потемніння м'якушки хліба із сортового борошна. Цей фермент міститься здебільшого в борошні високих виходів.

Температурний оптимум дії ферменту 40-50 "С, кислотний — рН 7-7,5. При рН 5,5 тирозиназа втрачає активність. Цей фактор використовують при переробленні борошна, що містить вільний тирозин, для запобігання окислення його тирозиназою, підвищуючи кислотність тіста.

У пшеничному борошні міститься аскорбатоксидаза — фермент, що каталізує окислення аскорбінової кислоти, яка має відновлювальні функції в дегідроаскорбінову кислоту, яка є окислювальним агентом.