Теплофизические, микробиологические, биохимические и коллоидные процессы, протекающие при выпечке

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 которых теплота к тестовым заготовкам может подаваться различными способами:

- подача теплоты извне (радиационно-конвективная выпечка в обычных хлебопекарных печах, в печах с генераторами коротковолнового инфракрасного излучения, в замкнутых камерах в атмосфере пара);

- тепло генерируется по всей массе тестовой заготовки (применение электроконтактного нагрева, в электромагнитном поле высокой и сверхвысокой частоты);

- комбинированный подвод теплоты (применяют инфракрасное излучение, затем в поле высокой или сверхвысокой частоты; либо электроконтактный нагрев, а затем инфракрасное излучение; либо в электромагнитном поле высокой и сверхвысокой частоты, а затем инфракрасное излучение).

В процессе выпечки происходят следующие изменения с тестовой заготовкой:

– прогрев;

– образование корки и мякиша;

– формирование вкуса и аромата;

– увеличение объема;

– уменьшение массы.

Все эти изменения вызываются теплофизическими, микробиоло-гическими, биохимическими и коллоидными процессами, протекающими одновременно при помещении тестовой заготовки в среду пекарной камеры.

Все изменения, превращающие тестовую заготовку в готовый хлеб, происходят в результате прогревания тестовой заготовки.

Прогревание теста-хлеба при выпечке. 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 теплоты. Эта теплота расходуется на прогревание тестовой заготовки до температуры около 180° С на поверхности корки и около 96–97° С в центре мякиша и на испарение влаги из нее. Теплота передается тестовой заготовке излучением от раскаленных стенок и сводов пекарной камеры (80–85%), теплопроводностью от горячего пода и от движущихся потоков паровоздушной смеси в пекарной камере (15–20%).

Тестовые заготовки прогреваются постепенно, начиная с поверхности, поэтому все процессы, характерные для выпечки хлеба, происходят не одновременно во всей его массе, а послойно, сначала в наружных, а потом во внутренних слоях. При прогревании слоя до температуры выше 100° С он превращается в корку. Температура слоя на границе между коркой и мякишем всегда равна 100° С и именно в этом слое происходит испарение влаги. Если слой перегревается до температуры выше 100° С, то он превращается в очередной слой, формирующий корку.

Быстрота прогревания тестовой заготовки, а следовательно, и продолжительность выпечки зависят от ряда факторов: температуры среды пекарной камеры, массы и формы тестовых заготовок, влажности среды пекарной камеры.

При повышении температуры в пекарной камере (в известных пределах) ускоряется прогревание заготовок и сокращается продолжительность выпечки.

Тесто высокой влажности и пористости прогревается быстрее, чем плотное тесто с низкой влажностью. Тестовые заготовки значительной толщины и массы при прочих равных условиях прогреваются более длительное время. Формовой хлеб выпекается медленнее, чем подовый. Плотная посадка тестовых заготовок на под печи замедляет выпечку изделий.

Образование корки. 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. В первую зону пекарной камеры подают пар, конденсация которого на поверхности заготовок задерживает обезвоживание верхнего слоя и образование корки. Однако через несколько минут верхний слой, прогреваясь до температуры 100° С, начинает быстро терять влагу и при температуре 110–112° С превращается в тонкую корку, которая затем постепенно утолщается.

Влага, образовавшаяся при обезвоживании корки, испаряется в окружающую среду, а часть ее переходит в мякиш, так как влага при нагревании различных материалов всегда переходит от более нагретых участков (корки) к менее нагретым (мякишу). Влажность мякиша в результате перемещения влаги из корки повышается на 1,5–2,5%. Влажность корки к концу выпечки составляет всего 5–7%, т. е. корка практически обезвоживается. Температура корки к концу выпечки достигает 160–180° С. Выше этой температуры корка не нагревается, так как подводимая к ней теплота расходуется на испарение влаги, перегрев полученного пара, а также на образование мякиша.

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.

Образование окраски корки. Специфическая окраска корки в основном обусловлена образованием в ней темноокрашенных продуктов окислительно-восстановительного взаимодействия несброженных восстанавливающих сахаров и продуктов распада белков. Эта реакция называется реакцией меланоидинообразования, а конечные продукты этой реакции носят название меланоидинов. Промежуточные и побочные продукты этой реакции (альдегиды, кетоны, эфиры и др.) принимают непосредственное участие в формировании вкуса и аромата хлеба.

Таким образом, окраска корки зависит от содержания восстанавливающих сахаров и продуктов распада белков в тестовой заготовке перед выпечкой, продолжительности выпечки и температуры в пекарной камере. Для нормальной окраски корки в тестовой заготовке (к моменту выпечки) должно быть не менее 2–3% сахаров к массе муки. Вещества, формирующие вкус и аромат хлеба, из корки проникают в мякиш, улучшая вкусовые свойства изделия. Если указанные выше процессы происходят должным образом, то корка выпеченного хлеба получается гладкой, блестящей, равномерно окрашенной в светло-коричневый цвет. Содержание корки (в % к массе изделия) составляет 20–40%. Чем меньше масса изделия, чем длительнее процесс выпечки, тем выше процентное содержание корки. Чем выше процентное содержание корки, тем более вкусным и ароматным будет хлеб.

Образование мякиша. 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 крахмала увеличивает содержание декстринов и сахаров в тесте-хлебе и придает липкость и заминаемость мякишу ржаного хлеба.

Изменение состояния белковых веществ начинается при прогреве тестовой заготовки до температуры 50–75° С и заканчивается при температуре около 90° С. Белковые вещества в процессе выпечки подвергаются тепловой денатурации. При этом они уплотняются и выделяют влагу, поглощенную ими при образовании теста. Денатурированные белки фиксируют (закрепляют) пористую структуру мякиша и форму изделия. В изделии образуется белковый каркас, в который вкраплены зерна набухшего крахмала. После тепловой денатурации белков в наружных слоях изделия прекращается прирост объема заготовки.

Таким образом, превращение теста в мякиш происходит в результате прогревания тестовой заготовки, приводящего к изменению основных ее компонентов - денатурации белковых веществ и клейстеризации крахмала.

Увеличение объема изделий. Объем выпеченного изделия на 10–30% больше объема тестовой заготовки перед посадкой ее в печь.

Увеличение объема происходит главным образом в первые минуты выпечки в результате спиртового брожения и образования этилового спирта и диоксида углерода, перехода спирта в парообразное состояние при температуре 79° С, а также теплового расширения паров спирта и газов в тестовой заготовке. Увеличение объема тестовой заготовки улучшает внешний вид, пористость и повышает усвояемость изделия.

Степень увеличения объема выпекаемого хлеба зависит от реологических свойств теста, способа посадки заготовок на под печи, режима выпечки и других факторов. Достаточно высокая температура пода в первой зоне печи (около 200° С) вызывает интенсивное образование паров и газов в нижних слоях теста. Пары, устремляясь вверх, увеличивают объем заготовки.

Корка в процессе выпечки очень быстро теряет способность к растяжению, поэтому именно корка является препятствием для дальнейшего увеличения объема заготовки. Применение увлажнения в первой зоне задерживает образование твердой корки и способствует приросту объема хлеба. Посадка тестовых заготовок на под печи с перевертыванием уплотняет тесто, удаляет из него часть газа и несколько снижает объем изделия.

Микробиологические процессы, протекающие при выпечке. Жизнедеятельность бродильной микрофлоры теста (дрожжевых клеток и кислотообразующих бактерий) изменяется по мере прогревания куска теста-хлеба в процессе выпечки.

Дрожжевые клетки при прогревании заготовки примерно до 35° С ускоряют процесс спиртового брожения до максимума. Примерно до 40°С жизнедеятельность дрожжей в выпекаемой тестовой заготовке еще очень интенсивна. Именно в этот период происходит интенсивное увеличение объема тестовой заготовки в результате образования значительного количества диоксида углерода.

При прогревании свыше 45° С спиртовое брожение, вызываемое дрожжами, резко снижается, а при температуре теста около 50° С дрожжи начинают погибать.

Жизнедеятельность кислотообразующей микрофлоры в зависимости от температурного оптимума (около 35° С для нетермофильных бактерий и 48–54° С для термофильных) по мере прогревания тестовой заготовки сначала форсируется, после достижения температуры выше оптимальной для их жизнедеятельности замедляется, а затем совсем прекращается. При прогревании тестовой заготовки до 60° С кислотообразующая микрофлора теста почти полностью отмирает.

Биохимические процессы, протекающие при выпечке. К основным биохимическим процессам, протекающим при выпечке, относятся гидролиз крахмала под действием амилолитических ферментов и гидролиз белков под действием протеолитических ферментов. Очень важным является изменение активности амилаз и протеиназы при прогревании тестовой заготовки. Так b-амилаза полностью инактивируется в заготовке из пшеничной муки при температуре около 82–84° С, а a-амилаза способна сохранять свою активность до 97–98° С, т. е. в готовом хлебе. Поэтому при выпечке хлеба из пшеничной муки высшего, первого и второго сортов гидролиз крахмала в тесте и мякише хлеба в основном обусловлен действием амилаз теста.

Иначе изменяется крахмал при выпечке хлеба из ржаной муки. Кислотность ржаного теста в 3–4 раза выше, чем кислотность теста из пшеничной сортовой муки. Вследствие этого инактивация амилаз при прогреве ржаного теста происходит при более низких температурах. При выпечке ржаного хлеба из обойной муки при обычной кислотности – b-амилаза почти полностью инактивируется при 60° С, а a-амилаза – при 71° С.

Пока амилазы еще не инактивированы вследствие повышения температуры тестовой заготовки, они вызывают гидролиз крахмала. В процессе выпечки хлеба атакуемость крахмала амилазами возрастает. Это объясняется тем, что крахмал, частично клейстеризованный при выпечке, во много раз легче гидролизуется амилазами. В результате этого количество крахмала в тесте при выпечке в известной мере снижается.

Белково-протеиназный комплекс теста в процессе выпечки хлеба также изменяется. Атакуемость белковых веществ возрастает, протеолитические ферменты в процессе выпечки инактивируются при температуре 80–85° С.

Необходимо отметить, что температура инактивации ферментов при выпечке зависит от скорости прогрева выпекаемого хлеба. Чем быстрее происходит прогрев, тем выше температура, при которой инактивируются ферменты.

Чем активнее протекают гидролиз крахмала и белков, тем больше накапливается продуктов реакции меланоидинообразования, которые придают специфическую окраску корке и участвуют в формировании вкуса и аромата готовых изделий. Однако эти биохимические процессы не должны быть чрезмерно интенсивными, так как в этом случае возможно получение изделий, отличающихся повышенной расплываемостью и интенсивно окрашенной коркой, а также заминающимся липким мякишем.