Процессы, происходящие при выпечке хлеба

Хлебные изделия выпекают в пекарной камере хлебопекарной печи при температуре паровоздушной среды 200-280 °C. Для выпечки 1 кг хлеба требуется около 293-544 кДж. Это тепло расходуется в основном на испарение влаги из тестовой заготовки и на ее прогревание до температуры 96-97 °C в центре, при которой тесто превращается в хлеб. Большая доля тепла (80-85%) передается тесту-хлебу путем излучения от раскаленных стенок и сводов пекарной камеры. Остальная часть тепла передается теплопроводностью от горячего пода и конвекцией от движущихся токов паровоздушной смеси в пекарной камере. Тестовые заготовки прогреваются постепенно, начиная с поверхности, поэтому процессы, характерные для выпечки, происходят не одновременно во всей массе хлеба, а послойно – сначала в наружных слоях, потом во внутренних слоях. Быстрота прогревания теста-хлеба в целом, а, следовательно, и продолжительность выпечки зависят от ряда факторов. При повышении температуры в пекарной камере ускоряется прогревание заготовок и сокращается продолжительность выпечки. Тесто высокой влажности и пористости прогревается быстрее, чем крепкое и плотное тесто. Тестовые заготовки значительной толщины и массы при прочих равных условиях прогреваются дольше.

Формовой хлеб выпекается медленнее, чем подовый. Плотная посадка тестовых заготовок на под печи замедляет выпечку изделий. При выпечке влажность внутренней части хлеба изменяется. Повышение влажности внешних слоев выпекаемого изделия в начальной фазе выпечки при сильном увлажнении газовой среды пекарной камеры и последующее понижение влажности поверхностного слоя до равновесной влажности, происходящее по мере превращения этого слоя в корку, были отмечены выше. При этом не вся влага, испаряющаяся в выпекаемом хлебе в зоне испарения, проходит в виде пара через поры корки в пекарную камеру. Корка значительно более уплотнена и значительно менее пориста, нежели мякиш. Размеры пор в корке, особенно в ее поверхностном слое, во много раз меньше размера пор в прилегающих к ней слоях мякиша. Вследствие этого корка хлеба представляет собой слой, оказывающий большое сопротивление пару, проходящему через него из зоны испарения в пекарную камеру. Часть пара, образовавшегося в зоне испарения, особенно над нижней коркой хлеба, может устремляться из нее через поры и скважины мякиша в слои мякиша, прилегающие изнутри к зоне испарения.

Доходя до слоев, расположенных ближе к центру и менее нагретых, пары воды конденсируются, тем самым повышая влажность слоя, в котором произошла конденсация. Этот слой мякиша, представляющий собой как бы зону внутренней конденсации паров воды в выпекаемом хлебе, по расположению соответствует конфигурации изотермичских поверхностей в хлебе. Для внутреннего перемещения влаги во влажном материале должна иметь место разность потенциалов переноса. В выпекаемом тесте-хлебе для переноса влаги может быть две основных причины: а) разность концентрации влаги в различных участках продукта и б) разность температуры в отдельных участках теста-хлеба. Разность концентрации влаги является побуждающим моментом для перемещения влаги в материале от участков с большей концентрацией влаги к участкам с меньшей ее концентрацией. Такое перемещение условно называют концентрационной (концентрационная диффузия или концентрационная влагопроводность). Разность температуры в отдельных участках влажного материала также является причиной перемещения влаги от участков материала с более высокой температурой к участкам с меньшей температурой.

Такое перемещение влаги условно называют тепловым. В выпекаемом хлебе одновременно наблюдаются и большая разность влагосодержания корки и мякиша, и значительная разность температуры между внешними и центральными слоями хлеба в течение первого периода выпечки. Как показали работы отечественных исследователей, при выпечке хлеба преобладает побуждающее действие разности температуры во внешних и внутренних слоях, и поэтому влага в мякише в процессе выпечки перемещается от поверхности к центру. Опыты показывают, что влажность мякиша хлеба в процессе выпечки по сравнению с исходной влажностью теста повышается примерно на 2 %. Наиболее быстро влажность возрастает во внешних слоях мякиша в начальный период процесса выпечки, что объясняется большой ролью термовлагопроводности в этом периоде выпечки вследствие значительного градиента температуры в мякише. Из ряда работ следует, что в процессе выпечки влажность поверхностного слоя куска теста быстро падает и очень быстро достигает уровня равновесной влажности, обусловленного температурой и относительной влажностью паровоздушной смеси. Глубже расположенные и позднее превращающиеся в корку слои более замедленно достигают той же величины равновесной влажности.

При выпечке внутри тестовой заготовки подавляется бродильная микрофлора, изменяется активность ферментов, происходит клейстеризация крахмала и тепловая денатурация белков, изменяется влажность и температура внутренних слоев теста-хлеба. Жизнедеятельность дрожжей и бактерий в первые минуты выпечки повышается, в результате чего активизируются спиртовое и молочнокислое брожение. При температуре 55-60 °C отмирают дрожжи и нетермофильные молочнокислые бактерии. В результате активизации дрожжей и бактерий в начале выпечки незначительно увеличивается содержание спирта, оксида углерода и кислот, что положительно влияет на объем и качество хлеба. Активность ферментов в каждом слое выпекаемого изделия сначала повышается и достигает максимума, а затем падает до нуля, так как ферменты, являясь белковыми веществами, при нагревании свертываются и теряют свойства катализаторов. Значительное влияние на качество изделия может оказывать активность a-амилазы, так как этот фермент сравнительно устойчив к нагреванию.

В ржаном тесте, имеющем высокую кислотность, a-амилаза разрушается при температуре 70 °C, а в пшеничном только при температуре более 80 °C. Если в тесте содержится много a-амилазы, то она превратит значительную часть крахмала в декстрины, что ухудшит качество мякиша. Протеолитические ферменты теста-хлеба инактивируются при температуре 85 °C. Изменение состояния крахмала вместе с изменениями белковых веществ является основным процессом, превращающим тесто в хлебный мякиш; происходят они почти одновременно. Крахмальные зерна при температуре 55-60 °C и выше клейстеризуются. В зернах крахмала образуются трещины, в которые проникает влага, отчего они значительно увеличиваются. При клейстеризации крахмал поглощает как свободную влагу теста, так и влагу, выделенную свернувшимися белками.

 Клейстеризация крахмала происходит при недостатке влаги (для полной клейстеризации крахмала в тесте должно быть в 2-3 раза больше воды), свободной влаги уже не остается, поэтому мякиш хлеба становится сухим и нелипким на ощупь. Влажность мякиша горячего хлеба (в целом) повышается на 1,5-2 % по сравнению с влажностью теста за счет влаги, перешедшей из верхнего слоя заготовки. Из-за недостатка влаги клейстеризация крахмала идет медленно и заканчивается только при нагревании центрального слоя хлеба-теста до температуры 96-98 °C. Выше этого значения температура центра мякиша не поднимается, так как мякиш содержит много влаги, и подводимое к нему тепло будет затрачиваться не нагревание массы, а на ее испарение. При выпечке ржаного хлеба происходит не только клейстеризация, но и кислотный гидролиз некоторого количества крахмала, что увеличивает содержание декстринов и сахаров в тесте-хлебе. Умеренный гидролиз крахмала улучшает качество хлеба. Изменение состояния белковых веществ начинается при температуре 50-70 °C и заканчивается при температуре около 90 °C. Белковые вещества в процессе выпечки подвергаются тепловой денатурации (свертыванию). При этом они уплотняются и выделяют влагу, поглощенную ими при образовании теста.

Свернувшиеся белки фиксируют (закрепляют) пористую структуру мякиша и форму изделия. В продукте образуется белковый каркас, в который вкраплены зерна набухшего крахмала. После тепловой денатурации белков в наружных слоях изделия прекращается прирост объема заготовки. Конечная влажность внутренней поверхности слоя, прилегающей к мякишу может быть принята примерно равной исходной влажности теста плюс прирост за счет внутреннего перемещения влаги, в то время как наружная поверхность этого слоя, прилегающая к корке, имеет влажность, равную равновесной влажности. Исходя из этого, для данного слоя принято значение конечной влажности, среднее между значениями. Влажность отдельных слоев мякиша также увеличивается в процессе выпечки, причем нарастание влажности происходит сначала во внешних слоях мякиша, затем захватывает все более глубоко расположенные слои.

В результате теплового перемещения влаги (термовлагопроводности) влажность внешних слоев мякиша, ближе расположенных к зоне испарения, начинает даже несколько снижаться против достигнутого максимума. Однако конечная влажность этих слоев остается все же выше исходной влажности теста в момент начала выпечки. Влажность центра мякиша нарастает медленнее всего, и его конечная влажность может быть несколько меньше конечной влажности слоев, прилегающих к центру мякиша. В тесте, а затем и мякише, образующимся из него, наблюдаются следующие биохимические процессы и изменения. Брожение, вызываемое дрожжами и кислотообразующими бактериями, длится при выпечке теста до тех пор, пока температура отдельных слоев теста-мякиша не достигнет уровня, при котором жизнедеятельность этих бродильных микроорганизмов прекращается.

Поэтому в начальном периоде выпечки в тесте-мякише продолжают образовываться незначительное количество спирта, углекислого газа, молочной и уксусной кислоты и других продуктов брожения. При выпечке теста-хлеба содержащийся в нем крахмал, прошедший первые стадии процесса клейстеризации, частично гидролизуется. В результате этого содержание крахмала в тесте-хлебе при выпечке в известной степени снижается. До той поры, пока амилазы теста еще не инактивированы вследствие повышения температуры теста, они вызывают гидролиз крахмала. В процессе выпечки хлеба атакуемость крахмала амилазами возрастает. Объясняется это тем, что крахмал даже в начальных стадиях его клейстеризации во много раз легче гидролизуется b-амилазой a-амилаза в процессе выпечки инактивируется при значительно более высокой температуре, чем b-амилаза. В интервале времени выпечки, когда b-амилаза уже инактивирована, а a-амилаза еще активна, в мякише хлеба накапливается значительное количество декстринов, придающих мякишу липкость и сыроватость на ощупь. Этому способствует и то, что действие a-амилазы на крахмал понижает его водоудерживающую способность.

Поэтому при выпечке хлеба из пшеничной муки, смолотой из проросшего зерна, следует повышать кислотность теста, снижающую температуру инактивации a-амилазы. Ржаная мука даже из непроросшего зерна содержит известное количество активной a-амилазы, поэтому ржаное тесто и готовится при более высокой кислотности. Если выпекать хлеб из ржаного теста с кислотностью около 4°, то a-амилаза также способна сохранять известную активность до конца выпечки, т.е. до температуры выше 96°C. Поэтому действие амилолитических ферментов в тесте-хлебе при выпечке существенно влияет на качество хлеба. Сахара, образующиеся в тесте-хлебе при выпечке в результате амилолиза крахмала, в первой части периода выпечки частично расходуются на брожение.

В процессе выпечки происходит также частичный гидролиз высокомолекулярных пентозанов ржаного теста, превращающихся в водорастворимые, относительно низкомолекулярные пентозаны. Таким образом, в процессе выпечки хлеба резко увеличивается количество водорастворимых углеводов, в основном обуславливающее увеличение общего содержания водорастворимых веществ. Белково-протеиназный комплекс теста –хлеба в процессе выпечки также претерпевает ряд изменений, связанных с его прогревом. В выпекаемом тесте-хлебе до определенной степени его прогрева происходит протеолиз. В условиях теста из пшеничной муки влажностью 48% и pH, в конце брожения равным 5.85, температурный оптимум для накопления в тесте водорастворимого азота при длительности прогрева 30 мин лежит около 60 °C, а при 15 мин прогрева – около 70 °C.

Повышение влажности водно-мучной среды до 70 % снижает этот оптимум до 50 °C. Следует также отметить, что температура инактивации ферментов в тесте-хлебе при выпечке зависит от скорости прогрева выпекаемого продукта. Чем быстрее происходит теста-хлеба, тем выше температура, при которой инактивируются ферменты. Начиная с 70 °C белки прогреваемого пшеничного теста подвергаются термической денатурации. Биохимические процессы, происходящие при выпечке хлеба в его корке, также существенно влияют на качество хлеба. В корке содержится значительно больше водорастворимых веществ и декстринов. Однако ферментативный гидролиз играет при этом не ведущую роль. Корка и поверхностные слои теста, из которых она образуется, прогреваются очень быстро, в связи с чем и ферменты инактивируются очень скоро. Накопление декстринов и вообще водорастворимых веществ в корке хлеба при выпечке в значительной мере объясняется термическим изменением крахмала и, в частности, его термической декстринизацией (температура поверхности корки достигает 180 °C, а середины корки – 130 °C). Коллоидные процессы, протекающие при прогревании хлеба, очень существенны, так как именно они обусловливают переход теста в мякиш хлеба. Изменение температуры теста резко влияет на ход коллоидных процессов, происходящих в нем.

Клейковина теста имеет максимум набухаемости примерно при 30 °C. Дальнейшее повышение температуры ведет к снижению ее способности набухать. Примерно при 60-70 °C белковые вещества теста (его клейковина) денатурируется и свертываются, освобождая при этом воду, поглощенную при набухании. Крахмал муки по мере повышения температуры набухает все более и более энергично. Особенно интенсивно возрастает набухание при 40-60 °C. В этом же температурном интервале начинается и клейстеризация крахмала, сопровождающаяся набуханием его. Однако процесс клейстеризации очень сложен. Согласно работам В. И. Назарова нельзя отождествлять клейстеризацию с набуханием. Если бы клейстеризация крахмала ограничивалась только набуханием, то тепловой эффект процесса клейстеризации был бы положительным. Однако клейстеризация крахмала происходит с явно выраженным эндотермическим эффектом, который, по Назарову, объясняется затратой тепла на разрушение внутренней мицеллярной структуры крахмального зерна и разделение более крупных мицеллярных агрегатов на отдельные составляющие их мицеллы или менее крупные группы мицелл.

Следствием этого является повышение осмотического давления внутри крахмального зерна, а вызываемый этим давлением интенсивный приток воды внутрь зерна приводит к разрыву оболочки крахмального зерна и полному ее разрушению. Зерна крахмала остаются в хлебе в полуоклейстеризованном состоянии, сохраняя частично свою кристаллическую структуру. В температурном интервале 50-70 °C, следовательно, одновременно протекают процессы коагуляции (термической коагуляции) белков и клейстеризации крахмала. Основная часть воды, впитанной белками теста при их набухании, переходит к клейстеризующемуся крахмалу. Не менее важно и то, что процессы клейстеризации крахмала и коагуляции белков обуславливают переход переход теста при выпечке в состояние мякиша хлеба, резко изменяя при этом физические свойства теста и как бы фиксируя пористую структуру теста, которую оно имело к этому моменту. Переход теста в мякиш происходит не одновременно по всей его массе, а начинается с поверхностных слоев и по мере прогревания распространяется по направлению к центру куска хлеба. Если в середине выпечки вынуть хлеб из печи и разрезать его, можно увидеть, что в центральной части хлеба сохранилось еще не изменившееся тесто, окруженное слоем уже образовавшегося мякиша.

Граница между хлебом и мякишем.

Границей между мякишем и тестом в пшеничном хлебе будет изотермическая поверхность, температура которой будет примерно 69 °C. Хлеб не предназначен для долгого хранения. Такова его особенность: чем быстрее он будет съеден, тем лучше. При длительном хранении он усыхает, черствеет, теряет мягкость и аромат, крошится. Если хлеб хранить неправильно, он покрывается пленкой зеленоватой плесени, а в мякише накапливаются различные токсины. Именно они и делают хлеб не только невкусным, но и несъедобным... 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. Каждую партию хлебобулочных изделий отправляют в торговую сеть в сопровождении документа, в котором указывают дату и время выхода из печи. 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 черствение. 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. Черствение хлеба при хранении — сложный физико-коллоидный процесс, связанный в первую очередь со старением крахмала. Первые признаки черствения 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. Освежение хлеба. При прогревании до температуры в центре мякиша 60 °С хлеб восстанавливает свою свежесть и сохраняет ее в течение 4—5 ч — пшеничный и 6—9 ч — ржаной.