PROCESY WYSTĘPUJĄCE W CHLEBIE PODCZAS JEGO PIECZENIA
Prof. A. Ya. Auermann. 1942 rok
1.1 Podgrzewanie ciasta chlebowego
Produkty chlebowe wypiekane są w komorze piekarniczej pieca piekarniczego w temperaturze powietrza i pary 200-280 ° C. Wypiek 1 kg chleba wymaga około 293-544 kJ. Ciepło to zużywane jest głównie na odparowanie wilgoci z kawałka ciasta i podgrzanie go do temperatury 96-97 ° C w środku, w której ciasto zamienia się w chleb. Duża część ciepła (80-85%) jest przenoszona do ciasta chlebowego poprzez promieniowanie z gorących ścian i łuków komory pieczenia. Reszta ciepła jest przenoszona przez przewodzenie z gorącego paleniska i konwekcję z przepływających prądów mieszanki parowo-powietrznej w komorze pieczenia.
Kawałki ciasta są podgrzewane stopniowo, zaczynając od powierzchni, dlatego procesy typowe dla wypieku nie odbywają się jednocześnie w całej masie pieczywa, lecz warstwa po warstwie - najpierw w warstwach zewnętrznych, potem w warstwach wewnętrznych. Szybkość podgrzewania ciasta chlebowego w ogóle, a co za tym idzie czas pieczenia, zależy od wielu czynników. Wraz ze wzrostem temperatury w komorze pieczenia elementy nagrzewają się szybciej, a czas pieczenia skraca się. Ciasto o dużej wilgotności i porowatości nagrzewa się szybciej niż ciasto mocne i gęste.
Kawałki ciasta o znacznej grubości i wadze, wszystkie inne rzeczy są równe, dłużej się nagrzewają. Chleb w formie piecze się wolniej niż chleb paleniskowy. Ciasne dopasowanie kawałków ciasta do dna piekarnika spowalnia pieczenie produktów.
1.2 Tworzenie twardej skórki chleba
Proces ten zachodzi w wyniku odwodnienia zewnętrznych warstw ciasta. Należy pamiętać, że twarda skórka hamuje wzrost ciasta i objętości chleba, dlatego też skórka nie powinna tworzyć się natychmiast, ale 6-8 minut po rozpoczęciu pieczenia, gdy maksymalna objętość kawałka została już osiągnięta .
W tym celu do pierwszej strefy komory wypieku doprowadzana jest para, której kondensacja na powierzchni półfabrykatów opóźnia odwodnienie wierzchniej warstwy i tworzenie się skórki. Jednak po kilku minutach wierzchnia warstwa, nagrzewając się do temperatury 100 ° C, zaczyna szybko tracić wilgoć i przy temperaturze 110-112 ° C zamienia się w cienką skórkę, która następnie stopniowo gęstnieje.
Gdy skorupa jest odwodniona, część wilgoci (około 50%) wyparowuje do otoczenia, a część przechodzi do miękiszu, ponieważ podczas podgrzewania różnych materiałów wilgoć zawsze przechodzi z bardziej nagrzanych obszarów (skorupa) do mniej nagrzanych obszarów ( miękisz). Wilgotność miękiszu w wyniku przemieszczania się wilgoci ze skórki wzrasta o 1,5-2,5%. Wilgotność skórki pod koniec pieczenia wynosi tylko 5–7%, co oznacza, że skórka jest praktycznie odwodniona.
Pod koniec pieczenia temperatura skórki osiąga 160-180 ° C. Powyżej tej temperatury skórka nie nagrzewa się, ponieważ dostarczane do niej ciepło zużywane jest na odparowanie wilgoci, przegrzanie powstałej pary, a także na tworzenie się miękiszu.
W warstwie powierzchniowej preformy i skorupie zachodzą następujące procesy: żelatynizacja i dekstrynizacja skrobi, denaturacja białek, tworzenie substancji aromatycznych i ciemno zabarwionych oraz usuwanie wilgoci. W pierwszych minutach pieczenia, w wyniku kondensacji pary wodnej, skrobia na powierzchni obrabianego przedmiotu ulega żelatynizacji, częściowo przechodząc na rozpuszczalną skrobię i dekstryny. Płynna masa rozpuszczalnej skrobi i dekstryn wypełnia pory znajdujące się na powierzchni obrabianego przedmiotu, wygładza drobne nierówności, a po odwodnieniu nadaje skórze połysk i połysk.
Denaturacja substancji białkowych na powierzchni produktu zachodzi w temperaturze 70-90 ° C. Koagulacja białek wraz z odwodnieniem przyczynia się do powstania gęstej, nieelastycznej skorupy. Do pewnego czasu kolor skórki chleba wiązał się z ilością resztkowych, niesfermentowanych cukrów w cieście w momencie wypieku. Aby uzyskać normalny kolor skórki, ciasto przed pieczeniem musi zawierać co najmniej 2-3% niesfermentowanych cukrów. Im wyższa zdolność ciasta do tworzenia cukru i gazów, tym bardziej intensywny kolor skórki chleba.
Wcześniej uważano, że produkty decydujące o zabarwieniu skórki chleba to zabarwione na brązowo produkty karmelizacji lub pierwotnego uwodnienia resztkowych cukrów ciasta niefermentowanych w momencie wypieku. Karmelizację i odwodnienie cukrów w skórce wyjaśniono jej wysoką temperaturą. Niektórzy badacze uważają, że barwne produkty termicznej dekstrynizacji skrobi i przemian termicznych w substancjach białkowych skorupy odgrywają rolę w kolorze skórki.
Na podstawie wielu badań można przypuszczać, że intensywność zabarwienia skórki chleba wynika głównie z powstawania ciemno zabarwionych produktów interakcji redoks resztkowych, niesfermentowanych cukrów redukujących z ciasta i produktów proteolizy białek zawartych w ciasto, czyli melanoidyny. Dodatkowo kolor skórki zależy od czasu pieczenia i temperatury w komorze pieczenia.
1.3 Wewnętrzny ruch wilgoci w chlebie
Podczas pieczenia zmienia się wilgotność wnętrza chleba. Wzrost wilgotności warstw wierzchnich wypieku w początkowej fazie wypieku wraz z silnym nawilżeniem środowiska gazowego komory wypieku i późniejszym obniżeniem wilgotności warstwy wierzchniej do wilgotności równowagowej, co następuje jak ta warstwa zamienia się w skorupę, zostały odnotowane powyżej. W tym przypadku nie cała wilgoć odparowująca z wypiekanego chleba w strefie parowania przechodzi w postaci pary przez pory skórki do komory pieczenia.
Skórka jest dużo bardziej zwarta i mniej porowata niż miękisz. Wielkość porów w skórce, zwłaszcza w jej warstwie wierzchniej, jest wielokrotnie mniejsza niż wielkość porów w sąsiednich warstwach miękiszu. W efekcie skórka chleba jest warstwą, która zapewnia dużą odporność na przechodzenie przez nią pary ze strefy parowania do komory pieczenia. Część pary wytwarzanej w strefie parowania, zwłaszcza nad dolną skórką chleba, może z niej wypływać przez pory i otwory na okruchy do warstw miękiszu sąsiadujących ze strefą parowania od wewnątrz. Docierając do warstw położonych bliżej środka i mniej nagrzanych, para wodna skrapla się, zwiększając tym samym wilgotność warstwy, w której nastąpiła kondensacja.
Ta warstwa miękiszu, która jest jak strefa wewnętrznego skraplania oparów wody w pieczonym chlebie, odpowiada konfiguracji izotermicznej powierzchni chleba. W przypadku wewnętrznego ruchu wilgoci w mokrym materiale musi istnieć różnica w potencjale przenoszenia. W pieczywie wypiekanym z ciasta mogą być dwa główne powody przenoszenia wilgoci: a) różnica stężeń wilgoci w różnych obszarach produktu oraz b) różnica temperatur w poszczególnych obszarach ciasta chlebowego.
Różnica w stężeniu wilgoci jest bodźcem do przemieszczania się wilgoci w materiale z obszarów o wyższym stężeniu wilgoci do obszarów o niższym stężeniu wilgoci. Ten ruch jest konwencjonalnie nazywany koncentracją (koncentracja dyfuzji lub koncentracja przewodnictwa wilgoci).
Różnice temperatur w poszczególnych obszarach mokrego materiału powodują również przemieszczanie się wilgoci z obszarów materiału o wyższej temperaturze do obszarów o niższej temperaturze. Ten ruch wilgoci jest zwykle nazywany termicznym.
W pieczywie pieczonym obserwuje się zarówno dużą różnicę w wilgotności skórki i miękiszu, jak i znaczną różnicę temperatur między zewnętrzną i środkową warstwą chleba w pierwszym okresie wypieku.Jak wykazały prace krajowych badaczy, podczas wypieku chleba dominuje stymulujący wpływ różnicy temperatur w warstwie zewnętrznej i wewnętrznej, a zatem wilgoć w miękiszu podczas procesu wypieku przemieszcza się z powierzchni do środka.
Doświadczenia pokazują, że wilgotność miękiszu chleba podczas pieczenia wzrasta o około 2% w porównaniu z pierwotną wilgotnością ciasta. Wilgotność rośnie najszybciej w zewnętrznych warstwach miękiszu w początkowym okresie wypieku, co tłumaczy się dużą rolą przewodnictwa cieplnego i wilgoci w tym okresie wypieku ze względu na znaczny gradient temperatury w miękiszu.
Z szeregu prac wynika, że podczas wypieku wilgotność wierzchniej warstwy kawałka ciasta szybko spada i bardzo szybko osiąga poziom wilgotności równowagowej z uwagi na temperaturę i wilgotność względną mieszanki parowo-powietrznej. Głębsze warstwy, a później przekształcające się w warstwę skorupy, wolniej osiągają tę samą równowagową zawartość wilgoci.
1.4 Kruszenie
Podczas pieczenia wewnątrz ciasta następuje tłumienie mikroflory fermentacyjnej, zmiany aktywności enzymów, żelatynizacja skrobi i denaturacja termiczna białek, zmiana wilgotności i temperatury wewnętrznych warstw ciasta. Wzrasta żywotna aktywność drożdży i bakterii w pierwszych minutach pieczenia, w wyniku czego aktywowana jest fermentacja alkoholowa i mlekowa. W temperaturze 55-60 ° C giną drożdże i nietermofilne bakterie kwasu mlekowego.
W wyniku aktywacji drożdży i bakterii na początku wypieku nieznacznie wzrasta zawartość alkoholu, tlenku węgla i kwasów, co pozytywnie wpływa na objętość i jakość pieczywa. Aktywność enzymów w każdej warstwie wypieku najpierw wzrasta i osiąga maksimum, a następnie spada do zera, ponieważ enzymy będące substancjami białkowymi po podgrzaniu zwijają się i tracą właściwości katalizatorów. Aktywność a-amylazy może mieć istotny wpływ na jakość produktu, ponieważ enzym ten jest stosunkowo odporny na ciepło.
W cieście żytnim, które jest silnie kwaśne, a-amylaza ulega zniszczeniu w temperaturze 70 ° C, aw cieście pszennym tylko w temperaturze powyżej 80 ° C. Jeśli ciasto zawiera dużo α-amylazy, zamieni znaczną część skrobi w dekstryny, co obniży jakość miękiszu. Enzymy proteolityczne w cieście chlebowym są dezaktywowane w temperaturze 85 ° C.
Zmiana stanu skrobi, wraz ze zmianami w substancjach białkowych, jest głównym procesem, który zamienia ciasto w miękisz chleba; zdarzają się prawie jednocześnie. Ziarna skrobi żelatynizują w temperaturach 55-60 ° C i wyższych. W ziarnach skrobi powstają pęknięcia, w które wnika wilgoć, dlatego znacznie się zwiększają. Podczas żelatynizacji skrobia pochłania zarówno wolną wilgoć z ciasta, jak i wilgoć uwalnianą przez zsiadłe białka. Do żelatynizacji skrobi dochodzi przy braku wilgoci (dla pełnej żelatynizacji skrobi ciasto musi zawierać 2-3 razy więcej wody), nie ma już wolnej wilgoci, więc miękisz chleba wysycha i nie klei się w dotyku .
Wilgotność miękiszu gorącego chleba (ogólnie) wzrasta o 1,5-2% w porównaniu z wilgotnością ciasta z powodu wilgoci przenoszonej z górnej warstwy przedmiotu obrabianego. Ze względu na brak wilgoci żelatynizacja skrobi przebiega powoli i kończy się dopiero po podgrzaniu środkowej warstwy ciasta do temperatury 96-98 ° C. Temperatura środka miękiszu nie wzrasta powyżej tej wartości, ponieważ miękisz zawiera dużo wilgoci, a dostarczone do niego ciepło nie zostanie zużyte na ogrzewanie masy, ale na jej odparowanie.
Podczas wypieku chleba żytniego zachodzi nie tylko żelatynizacja, ale także kwaśna hydroliza pewnej ilości skrobi, co zwiększa zawartość dekstryn i cukrów w cieście pieczywa. Umiarkowana hydroliza skrobi poprawia jakość chleba.
Zmiana stanu substancji białkowych rozpoczyna się w temperaturze 50-70 ° C, a kończy w temperaturze około 90 ° C.Substancje białkowe w procesie wypieku ulegają denaturacji termicznej (koagulacji). Jednocześnie stają się gęstsze i uwalniają wchłoniętą podczas formowania ciasta wilgoć. Zsiadłe białka utrwalają (utrwalają) porowatą strukturę miękiszu i kształt produktu. W produkcie tworzy się szkielet białkowy, w którym przeplatane są ziarna spęcznionej skrobi. Po termicznej denaturacji białek w zewnętrznych warstwach produktu następuje zatrzymanie wzrostu objętości obrabianego przedmiotu.
Można przyjąć, że ostateczna wilgotność wewnętrznej powierzchni warstwy przylegającej do miękiszu jest w przybliżeniu równa wilgotności początkowej ciasta (W0) powiększonej o wzrost spowodowany wewnętrznym ruchem wilgoci (W0 + DW), natomiast zewnętrzna powierzchnia tej warstwy przylegająca do skorupy ma zawartość wilgoci równą wilgotności równowagowej. Na tej podstawie na wykresie dla tej warstwy przyjmuje się wartość wilgotności końcowej, średnią między wartościami (W0 + DW) i W0Р.
Wilgotność poszczególnych warstw miękiszu wzrasta również podczas procesu wypieku, a wzrost wilgoci następuje najpierw w zewnętrznych warstwach miękiszu, a następnie wychwytuje coraz głębiej położone warstwy. W wyniku ruchu termicznego wilgoci (przewodności cieplnej wilgoci), zawartość wilgoci w zewnętrznych warstwach miękiszu, bliżej strefy parowania, zaczyna nawet nieco spadać w stosunku do osiągniętego maksimum. Jednak ostateczna zawartość wilgoci w tych warstwach jest nadal wyższa niż pierwotna zawartość wilgoci w cieście na początku pieczenia. Wilgotność środka miękiszu rośnie najwolniej, a jej końcowa zawartość wilgoci może być nieco mniejsza niż końcowa zawartość wilgoci warstw sąsiadujących ze środkiem miękiszu.
1.5 Istotna aktywność fermentacyjnej mikroflory ciasta podczas procesu wypieku
Życiowa aktywność fermentacyjnej mikroflory ciasta (komórki drożdży i bakterie kwasotwórcze) zmienia się wraz z nagrzewaniem się kawałka ciasta podczas pieczenia.
Gdy ciasto jest podgrzewane do około 35 ° C, komórki drożdży maksymalnie przyspieszają fermentację i tworzenie się gazu, które powodują. Do ok. 40 ° C aktywność drożdży w upieczonym cieście jest nadal bardzo intensywna. Gdy ciasto jest podgrzewane do temperatury powyżej 45 ° C, gwałtownie zmniejsza się tworzenie się gazów powodowanych przez drożdże.
Wcześniej uważano, że przy temperaturze ciasta około 50 ° C drożdże giną.
Życiowa aktywność kwasotwórczej mikroflory ciasta, w zależności od optymalnej temperatury (która wynosi około 35 ° C dla bakterii nietermofilnych i około 48-54 ° C dla bakterii ciepłolubnych), jest najpierw wymuszana, gdy ciasto się nagrzewa w górę, a następnie po osiągnięciu temperatury powyżej optymalnej zatrzymuje się.
Uważano, że po podgrzaniu ciasta do 60 ° C kwasotwórcza flora ciasta całkowicie obumiera. Jednak praca wielu badaczy sugeruje, że w miękiszu zwykłego chleba żytniego z mąki tapetowej, mimo osłabienia, ale żywotności, zachowane są pojedyncze komórki zarówno drożdży, jak i bakterii kwasotwórczych.
Z faktu, że niewielka część żywej fermentacyjnej mikroflory ciasta jest zatrzymywana w miękiszu chleba podczas pieczenia, w żaden sposób nie wynika, że mikroorganizmy fermentacyjne mogą w każdych warunkach wytrzymać temperaturę 93-95 ° C , do której podczas pieczenia dochodzi w środku chleba.
Wykazano również, że gotowanie miękiszu chleba, zmiażdżonego w nadmiarze wody, zabija wszystkie rodzaje mikroorganizmów fermentacyjnych.
Oczywiście zachowanie części fermentującej mikroflory ciasta w miękiszu chleba w stanie żywotnym można wytłumaczyć zarówno bardzo małą ilością wolnej wody, jak i bardzo krótkotrwałym wzrostem temperatury jego środkowej części powyżej. 90 ° C
Z powyższych danych wynika, że optymalna temperatura dla mikroflory fermentacyjnej ciasta, określona w warunkach otoczenia, o konsystencji innej niż ciasto, może okazać się niedoszacowana w porównaniu z optyką działającą w warunkach pieczony chleb z ciasta.
Oczywiście należy wziąć pod uwagę, że po podgrzaniu ciasta do około 60 ° C żywotna aktywność drożdży i nietermofilnych bakterii kwaśnych w cieście praktycznie ustaje. Termofilne bakterie kwasu mlekowego, takie jak bakterie Delbrück, mogą być aktywne fermentacyjnie nawet w wyższych temperaturach (75-80 ° C).
Opisane powyżej zmiany w żywotnej aktywności mikroflory fermentacyjnej wypieczonego kawałka ciasta następują stopniowo, w miarę jego nagrzewania, rozprzestrzeniając się od warstw wierzchnich do środka.
Patrz ciąg dalszy ...