44511

Биотехнологические основы приготовления хлеба

Книга

Лесное и сельское хозяйство

В учебном пособии представлены основные положения биотехнологии хлебопекарного производства, рассмотрены свойства нишевых веществ зерна, описаны разнообразные типы брожения и микроорганизмы, их вызывающие, приведены практические разработки и теоретическое обоснование применения различных заквасок для переработки ржаной и пшеничной муки, биотехнологические методы интенсификации процесса приготовления теста и улучшения качества готовых изделий.

Русский

2014-03-25

1.22 MB

206 чел.

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор М В. Гернет,

доктор технических наук, профессор Р. К. Еркипбаева,

канд. технических наук, старший научный сотр. Г. Ф. Дремучева

Матвеева И. В., Белявская И. Г.

МЗЗ Биотехнологические основы приготовления хлеба. - М.:

ДеЛи принт, 2001. - 150 с.

ISBN 5-94343-011-3

В учебном пособии представлены основные положения биотехнологии хлебопекарного производства, рассмотрены свойства нишевых веществ зерна, описаны разнообразные типы брожения и микроорганизмы, их вызывающие, приведены практические разработки и теоретическое обоснование применения различных заквасок для переработки ржаной и пшеничной муки, биотехнологические методы интенсификации процесса приготовления теста и улучшения качества готовых изделий.

Допущено Министерством образования России в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 270300 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» направления подготовки дипломированного специалиста 655600 «Производство продуктов питапия из растительного сырья». В книге содержатся рекомендации, представляющие практический интерес для специалистов хлебопекарной отрасли.

УДК 664.61 ББК 36.83я73 <0 Матвеева И. В.. Белявская И. Г.. 2001 ISBN 5-94343-011-3 i1 ОСЮ "ДеЛи принт". 2001


Содержание

Введение в биотехнологию хлебопекарного производства 5

  1.  Основные свойства пищевых веществ зерна н муки ...9
  2.  Белковые вещества 9
  3.  Углеводы 12
  4.  Липиды 19
  5.  Ферменты 20
  6.  Минеральные вещества 24
  7.  Витамины 25
  8.  Микрофлора полуфабрикатов хлебопекарного производства и типы брожения 27
  9.  Дрожжи хлебопекарные 28
    1.  Химический состав хлебопекарных дрожжей 29
    2. Расы и штаммы дрожжей, применяемые

в хлебопекарном производстве 31

  1.  Спиртовое брожение 34
  2.  Молочнокислые бактерии 47
    1.  Расы и штаммы молочнокислых бактерий 48
    2.  Классификации молочнокислых бактерий 50
  3.  Молочнокислое брожение 54
  4.  Другие типы брожения 56
    1.  Пропионовокислое брожение 56
    2.  Бутиленгликолевое брожение 57
    3.  Масляное и ацетонобутиловое брожение 57
    4.  Ацетоноэтиловое брожение 58
  5. Дрожжи хлебопекарные как рецептурный компонент теста —-—60
  6.  Виды хлебопекарных дрожжей 60
  7. Показатели качества и методы оценки свойств

'

хлебопекарных дрожжей 64

  1.  Способы повышения качества хлебопекарных дрожжей 68

3.3.1 Сущность и методы активации хлебопекарных

дрожжей 68

  1. Методы стабилизации биотехнологических свойств

хлебопекарных дрожжей 74

  1.  Жидкие дрожжи - 79

Приготовление жидких дрожжей 80


  1.  Селекция штаммов дрожжей и молочнокислых бактерий 82
  2.  Совершенствование биотехнологических свойств жидких дрожжей 86
  3.  Оптимизация составов питательных сред 88
  4.  Физико-химические способы улучшения качества жидких дрожжей 93
  5.  Производство и применение заквасок для хлебобулочных изделий из пшеничной муки 97
  6.  Мезофильная молочнокислая закваска 99
  7.  Концентрированная молочнокислая закваска 100
  8.  Пшеничные закваски с целенаправленным культивированием микроорганизмов 101
    1. Пропионовокислая закваска 102
    2. Комплексная закваска 103
    3. Ацидофильная закваска 104
    4. Витаминная закваска 105
    5.  Эргостериновая закваска 106
    6.  Мезофильная дрожжевая и дрожжевая закваски 107
  9. Приготовление и применение заквасок для хлеба

из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки.... 110

  1.  Приготовление ржаной закваски 112
  2.  Применение чистых культур микроорганизмов 114
  3.  Способы приготовления ржаных заквасок 116
  4.  Сроки обновления заквасок 119
  5.  Роль дрожжей и молочнокислых бактерий в процессе приготовления ржаного хлеба 120
  6.  Биологическое взаимоотношение различных видов бродильной микрофлоры 122
  7.  Процессы, протекающие при брожении ржаных полуфабрикатов 123
  8.  Способы направленного регулирования биохимических процессов в ржаных полуфабрикатах 125
  9.  Применение ферментных препаратов при приготовлении хлебобулочных изделий 127

Заключение   146

Рекомендуемая литература 148


Введение в биотехнологию хлебопекарного производства

История хлебопекарного производства уходит своими корнями глубоко в прошлое: более 50 веков назад наши предки в Древнем Египте умели выпекать вкусный, ароматный хлеб. В XIX веке в России началось формирование научных основ хлебопекарного производства, в котором определенную роль сыграло интендантство. Техническим комитетом главного интендантского управления царской армии составлялись первые инструкции по приему зерна и муки, по методам определения их свойств и качества готовой продукции. Работником технического комитета В. Микини в 1912 году было написано руководство по хлебопекарному производству и товароведению зерна и муки.

Развитие хлебопекарного производства в нашей стране сопровождалось развитием биохимических исследований исходного сырья и процессов, происходящих при приготовлении хлеба. Академик А. Н. Бах в 1939 г. отмечал: «В условиях автоматизированного производства хлебопечения огромную роль представляет знание биохимических процессов, происходящих при тестоведении, расстойке теста и выпечке, и сейчас с полной определенностью можно сказать, что без этих знаний невозможно рационально управлять производством».

Изучению биохимических превращений, происходящих на различных этапах технологического процесса приготовления хлеба, посвящены фундаментальные научные труды А. Н. Баха, А. И. Опарина, В. Л. Кретовича, Р. Р. Токаревой, К. И. Чижовой, Н. П. Козьминой, Л. Я. Ауэрмана, Н. И. Проскурякова, Е. Д. Казакова, Р. Д. Поландовой, Л. Н. Казанской, Л. И. Пучковой, И. К. Елецкого и других.

Современный хлебозавод представляет собой предприятие, основные отделения которого полностью механизированы. На непрерывных поточных линиях этого предприятия осуществляется сложный комплекс коллоидных, биохимических, микробиологических, физико-химических процессов, в результате которого мука превращается в хлеб - высококачественный продукт, обладающий характерными вкусовыми свойствами, ароматом, структурой и хорошей усвояемостью.

Технолог управляет этими процессами, ускоряя пли замедляя их в зависимости от свойств основного сырья, обеспечивая получение хлеба в соответствии с установленным нормативам качества.

Успешное решение технологических задач возможно лишь на основе глубокого изучения закономерностей отдельных этапов приготов


ления хлеба, выявления возможности воздействия определенными способами на направленность и интенсивность протекающих процессов.

Традиционный процесс производства хлеба можно условно разделить на три этапа, которые характеризуются определенными особенностями.

Первый этап - замес теста - непродолжительный этап, в значительной степени обусловливающий процессы созревания теста и качество хлеба. На этом этапе протекают в основном коллоидные процессы, гидратация клейковииных белков, переход в раствор альбуминов, глобулинов и растворимых углеводов. Путем адгезии набухших белков формируется непрерывная структура теста, образуется белковый каркас, включающий нерастворимые компоненты муки. С внесением воды в тесто начинаются гидролитические и окислительные процессы под влиянием ферментных систем сырья.

Наряду с физико-химическими и коллоидными процессами при замесе теста одновременно происходят биохимические процессы, вызываемые действием ферментов муки и дрожжей (процессы протеолиза, амилолиза, ферментативное расщепление пентозанов, действие зимаз- ного комплекса дрожжей).

Микробиологические процессы, связанные с жизнедеятельностью дрожжей и кислотообразующих бактерий муки, в процессе замеса теста еще ие успевают достичь интенсивности, при которой они могли бы играть практически ощутимую роль.

Второй этап - брожение теста, занимающее около 90% всей продолжительности процесса приготовления хлеба по традиционной технологии. В течение этого этапа, который может состоять из одной, двух и большего количества фаз, в хлебопекарных полуфабрикатах протекает целый ряд биохимических и микробиологических процессов, интенсивность и направленность которых зависит от исходных свойств сырья, наличия определенной микрофлоры, параметров окружающей среды и других факторов. Основные процессы, протекающие при брожении теста, связаны с жизнедеятельностью бродильных организмов - дрожжевых грибов и молочнокислых бактерий.

Третий этап - выпечка хлеба, завершающая весь цикл происходящих при замесе и брожении изменений свойств теста. Денатурация белковых веществ под действием высокой температуры печной камеры закрепляет пористую структуру выбродившего теста, а частичная клей- стеризация крахмала приводит к формированию упругого мякиша хлеба. В первый период выпечки наряду с коллоидными процессами в тестовой заготовке интенсивно протекают процессы ферментативного гидролиза углеводов, а также жизнедеятельности бродильной микрофлоры


ВВЕДЕНИЕ

7

Основой современного хлебопекарного производства является биотехнология, базирующаяся на достижениях микробиологии, биохимии, химической технологии, молекулярной биологии, генной инженерии и генетики.

Важнейшей особенностью биотехнологических процессов является то, что реакции образования или разрушения осуществляются с помощью живых микроорганизмов, которые потребляют из окружающей среды вещества, растут, размножаются, выделяют продукты метаболизма. В основе биотехнологии хлебопекарного производства лежат реакции обмена веществ, происходящие при жизнедеятельности дрожжевых клеток, молочнокислых бактерий и других микроорганизмов в анаэробных условиях.

Главным звеном биотехнологического процесса является клетка - миниатюрный химический завод, работающий с колоссальной производительностью, предельной согласованностью и по заданной программе.

Новые разработки клеточной инженерии по созданию высокопродуктивных штаммов хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бактерий способствуют интенсификации производственных процессов.

Согласно современным представлениям биотехнология хлебопекарного производства объединяет научные достижения в. области технической микробиологии, биохимии и технологии хлебопекарного производства (рис. 1).

Рис. I. Понятие биотехнологии приготовления хлеба


Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве имеют следующие особенности:

  1. процесс хлебопекарного производства является многостадийным, основные этапы которого имеют различные оптимальные параметры и факторы, влияющие на направленность биохимических и микробиологических процессов;
  2. нестабильные состав и свойства основного и дополнительного сырья хлебопекарного производства;
  3. наличие собственной микрофлоры основного сырья - муки, а также отсутствие асептических условий в объектах хлебопекарного производства;
  4. гетерогенность и многофазность объектов (полуфабрикатов) хлебопекарного производства;
  5. сложность и в большинстве случаев неопределенность химического состава муки.


  1.  Основные свойства пищевых веществ зерна и муки
  2.  Белковые вещества

Белковые вещества играют значительную роль в процессе приготовления хлеба. Роль белковых веществ состоит в создании клейковинного каркаса, формировании газоудерживающей способности тестовой заготовки. Важное значение имеют водорастворимые белковые вещества, участвующие в микробиологических и ферментативных процессах, определяющих органолептические свойства продукта.

Белки (протеины) - это природные полимеры, которые входят в состав живой клетки и являются важнейшим питательным веществом для человека и животных. Белковые вещества играют приоритетную роль в процессах жизнедеятельности клетки и построении живой материи.

Традиционно белки классифицируются на четыре группы в соответствии с их растворимостью на основании классической работы Т. Осборна.

Альбумины растворяются в воде, денатурируют при кипячении. Альбуминный комплекс зерна в основном состоит из ферментов.

Глобулины растворяются в водных растворах различных солей (5-10 %-ном растворе хлорида натрия). По своему аминокислотному составу глобулины отличаются от клейковинных белков более высоким содержанием лизина.

Проламины - наиболее характерные белки для зерна большинства злаковых культу р, растворимые в 60-80 %-ном растворе этанола. К про- ламинам относят глиадин из зерна пшеницы и ржи, гордеин ячменя, зеин кукурузы, авенин овса.

Глютелины растворяются в 0,1-0,2 %-ных растворах щелочей. К этой группе белков можно отнести глютелин зерна пшеницы, оризенин риса и глютелин кукурузы.

По данным Т. Осборна в пшеничном зерне содержится 4,0% про- ламина, 4,4% глютелина, 0,6% глобулина и 2,4% альбумина. В зерне пшеницы больше всего проламина и глютелина, которые образуют пшеничную клейковину. Современные методы выделения, фракционирования и характеристики белковых веществ доказали, что альбумин, глобулин, глиадин и глютенин не являются однородными индивидуальными белками, а их можно характеризовать как многокомпонентные фракции белкового вещества зерна, искусственно выделяемые в соответствующих растворителях.


По сложности строения белки разделяют на протеины (простые белки) и протеиды (сложные белки). Протеины - белки, при гидролитическом расщеплении которых образуются только аминокислоты. Протеидами называют вещества, состоящие из белка и соединений небелковой природы - простетической группы. По химической природе такие соединения подразделяют на липопротеиды (соединение белка с каким-либо жироподобным веществом), гликопротеиды (состоящие из белка и углевода), нуклеопро- теиды (соединения белка с нуклеиновыми кислотами).

Под действием различных физико-химических факторов (высокая температура, ионы тяжелых металлов, концентрированные кислоты, механическое воздействие и др.) происходит денатурация белков, в результате чего утрачивается уникальное пространственное расположение и форма полипептидных цепочек, нарушается нативная конформация белковой молекулы. Не разрушенной остается только первичный уровень пространственной структуры белка и его химический состав.

При денатурации изменяются первоначальные свойства белковых веществ, увеличивается реактивность некоторых химических групп, входящих в состав молекулы, появляются свободные группы (-SH и другие), уменьшается растворимость, гидрофильность, ферментативная активность, изменяется форма или величина белковой молекулы, изменяется заряд частиц, облегчается воздействие протсолитических ферментов и т. д.

Тепловая денатурация белков наиболее часто наблюдается при сушке зерна, если этот процесс ведется с нарушением установленных правил, а также в результате самосогревания зерновой массы. При нагревании зерна до температуры 45е С его всхожесть не изменяется (нативные свойства сохраняются), повышение температуры до 50-60° С снижает хлебопекарные свойства муки, особенно пшеничной.

Под воздействием протеолитических ферментов белки подвергаются гидролизу с образованием поли-, дипептидов и аминокислот. Свободные SH-группы повышают активность протеолитических ферментов. Этот процесс является важной частью сложного комплекса биохимических процессов, происходящих при брожении теста.

Функциональная способность белков образовывать высококонцентрированные системы «жидкость - газ» относится к пенообразованию. Характеристики получаемой пены зависят от природы белка, его концентрации и условий протекания процесса. Структуру пены имеет мякиш готового хлеба.


Для аминокислот или аминогрупп белков характерно взаимодействие с карбонильными группами восстанавливающих сахаров в реакции меланоидинообразования, принимающей участие в формировании цвета корки хлеба при выпечке, а также вкуса и аромата готового хлеба.

Значительная часть аминокислот синтезируется в организме человека, но некоторые необходимые аминокислоты человеческий организм синтезировать не может и обязательно должен получать их с пищей. К таким аминокислотам относятся 8 незаменимых (эссенциальных) аминокислот: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Они должны поступать в организм с пищей.

Биологическая ценность белков определяется сбалансированностью состава незаменимых аминокислот. Биологическая ценность белка по аминокислотному составу оценивается сравнением его с аминокислотным составом «идеального» белка по аминокислотной шкале Комитета ФАО/ВОЗ. Для расчета аминокислотного скора (АК) этот показатель для каждой аминокислоты в идеальном белке принимают за 100% и определяют процент соответствия природного белка:

Содержание аминокислоты (мг) в 1 мг испытуемого белка

АК *   ■ 1(a), /о

Содержание минокислоты (мг) в 1 г белка по аминокислотной шкале

В наибольшем количестве в зерне пшеницы содержится глютаминовая кислота (в среднем 21,9%), в наименьшем - триптофан (0,8%), цистин (1,1%), метионин (1,4%), тирозин (1,8%), лизин (2,1%). Зерно ржи содержит в среднем на 30% меньше незаменимых кислот, за исключением лизина, скор которого составляет 68%.

Белки зерна ржи несколько отличаются от белков.зерна пшеницы. Выделение клейковины из ржаной муки возможно лишь с применением специальных методов (с помощью слабых кислот с последующими нейтрализацией и центрифугированием; отмывание клейковины из белковых фракций, полученных фракционированием в безводной среде и др.).

В белках ржи доля клейковинных фракций составляет около 40%. Основная часть белков зерна ржи растворяется в воде и слабых солевых растворах. В зерне ржи отношение глиадина к глютенину составляет 2:1. Глиадин ржи - гетерогенный белок, состоящий из восьми одноцепочных и трех многоцепочных компонентов. Глютенин зерна ржи менее гетерогенен. Отличительной особенностью белков ржаной муки является отсутствие упруго-пластичного пространственного структурного каркаса теста, несмотря на наличие в тесте глиадиновой и глютенино- вой фракций белков.


Установлено существенное влияние слизей на формирование клейковины ржаной муки при ее выделении: слизи препятствуют слипанию частиц клейковины, вступают в соединение с белком, образуя растворимые в воде комплексы.

Характерным для белков ржи является их способность к быстрому и интенсивному набуханию с последующей неограниченной пептиза- цией с образованием жидкой фазы — вязких коллоидных растворов, в которых диспергированы зерна крахмала, частицы ограниченно набухшего белка, отрубистые частицы муки.

  1.  Углеводы

Углеводы являются основным питательным и опорным материалом растительных клеток и содержатся в зерновых в количестве 65-70%. Углеводы играют важную технологическую роль при приготовлении хлеба, являясь основным источником энергии, а также субстратом для спиртового, молочнокислого и других типов брожения теста, влияют на газообразующую и сахаробразующую способности теста, формирование клейковинного каркаса и определяют многие показатели качества хлеба.

Углеводы подразделяются на две группы: простые (моносахариды, монозы) и сложные (полисахариды, полиозы).

Углеводы пшеничной и ржаной муки включают моносахариды, полисахариды первого порядка (олигосахариды) - дисахариды, триса- хариды, полисахариды второго порядка - крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, слизи.

В муке (и в тесте) сахара разделяются на собственные сахара муки и сахара, накопленные в результате ферментативного гидролиза крахмала.

Собственные сахара муки представлены моно- и полисахаридами. К моносахарам относятся пенгозы (арабиноза, ксилоза и рибоза), гексо- зы (D-глюкоза, D-фруктоза).

D-глюкоза (виноградный сахар, декстроза) входит в состав крахмала, клетчатки, гемицеллюлоз, декстринов, сахарозы, мальтозы, раффинозы, многих гликозидов. D-фруктоза (фруктовый сахар, левулеза) входит в состав сахарозы, раффинозы и левулезанов.

Глюкоза и фруктоза являются основными технологическими сахарами и сбраживаются зимазным комплексом хлебопекарных дрожжей до этанола и диоксида углерода.

Из полисахаридов первого порядка выделяют дисахариды: сахарозу, мальтозу, лактозу, а также трисахарид раффинозу.


Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) распространена в растениях, семенах, фруктах, ягодах, корнях, клубнях. В молекуле сахарозы остатки глюкозы и фруктозы соединены полуацетальными гидроксилами, поэтому сахароза является невосстанавляющим сахаром.

При нагревании растворов сахарозы в кислой среде она гидролизуется с образованием составляющих ее моносахаров - глюкозы и фруктозы. Эта смесь называется инвертным сахаром, а процесс инверсии (расщепления сахарозы на моносахара) играет важную роль во многих технологических процессах переработки растительного сырья.

Сахароза гидролизуется ферментом Р-фруктофуранозидазой, входящим в состав дрожжевой клетки Saccharomyces cerevisiae.

При нагревании сахарозы выше ее температуры плавления (160-186° С) этот сахарид обезвоживается и карамелизуется, т, е. превращается в смссь сложных продуктов (карамелана Сг^НзбО^, караме- лена СзбН50О25).

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков глюкозы, соединенных с использованием одного гликозидного гидроксила, поэтому мальтоза восстанавливает фелингову жидкость (щелочной раствор окиси меди), но слабее, чем две молекулы глюкозы в два раза.

Мальтоза сбраживается хлебопекарными дрожжами при участии индуцируемого фермента а-глюкозидазы, гидролизующего мальтозу на две молекулы глюкозы, В нормальном зерне мальтоза практически не содержится, она накапливается при прорастании и содержится в больших количествах в солоде и солодовых экстрактах. Мальтоза образуется в качестве промежуточного продукта при гидролизе крахмала амилоли- тическими ферментами и играет важную роль в процессе спиртового брожения теста, являясь практически единственным источником сбраживаемых дрожжами сахаров при отсутствии сахаров, вносимых по рецептуре изделий.

Молекула лактозы (молочный сахар) состоит из остатков глюкозы и галактозы и является восстанавливающим сахаром. Лактоза содержится в молочных продуктах и вносится в тесто с молокопродуктами или вторичными продуктами переработки молока. Лактоза не сбраживается хлебопекарными дрожжами, участвует в молочнокислом брожении, не усваивается людьми с лактозной интолерантностыо. Лактоза гидролизуется ферментом р-галактозидазой на составляющие ее моносахара - глюкозу, хорошо сбраживаемую хлебопекарными дрожжами в процессе спиртового брожения, и галактозу, вступающую в реакцию меланоидинообразования.


Раффиноза (мелитриоза) находится в зародышах зерна, накапливается в мелассе при производстве свекловичного сахара. При нагревании с кислотами она распадается на три молекулы моносахаридов: глюкозу, галактозу и фруктозу. Ферментативный гидролиз раффинозы происходит под действием p-фруктофуранозидазы с отщеплением фруктозы и а- галактозидазы с образованием галактозы и сахарозы.

Сложные углеводы, входящие в группу полисахаридов второго порядка, как правило, представляют собой вещества с большой молекулярной массой.

В химическом составе зерна на крахмал приходится 60-75%. В клетках крахмал образует зерна - гранулы размером от 2 до 180 лиси с характерной слоистостью. От особенностей строения, формы, размеров, количественного соотношения различных фракций, молекулярной структуры крахмальных зерен зависят их физико-химические свойства. Крахмал не является химически индивидуальным веществом, а состоит из смеси полимеров двух типов, построенных из остатков глюкопиранозы (амилозы в количестве 18-25% и амилопектина в количестве 75-82%). В нем содержится небольшое количество липидов, в основном полярных. Количество липидов в крахмале составляет 0,5-1,0%. Содержание минеральных веществ колеблется в пределах 0,2-0,7% и представлено в основном фосфатами, кремнеземом, азотистыми веществами и др.

Амилоза - линейный полимер, молекула которого содержит от 1000 до 6000 остатков глюкозы. Молекулярная масса амилозы составляет 16 000-1000000. Амилоза имеет спиралевидное строение в виде не- разветвленной цепочки отдельных остатков глюкозы.

Амилопектин - полимер с молекулярной массой до 106 содержащий от 5000 до 6000 остатков глюкозы. Молекула амилопектина сильно разветвлена и имеет сферическую форму.

Управление процессами, лежащими в основе переработки растительного сырья, подготовки основного и дополнительного сырья хлебопекарного производства, брожения теста, выпечки изделий, основано на знании химических и физических свойств крахмала.

Гранулы крахмала нерастворимы в холодной воде, способны адсорбировать небольшое количество воды и набухать до достижения максимальной величины. Около 6% воды в сухом крахмале связано по первичным гидроксилам водородной связью Содержание воды в крахмальных зернах поддерживается равновесным и составляет 10-17%.

При повышенной температуре крахмал набухает, образуя вязкий коллоидный раствор. При набухании вода проникает в макромолекулы.


разрушает водородные связи и увеличивает объем крахмальных зерен. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала. На ранних стадиях процесс набухания является обратимым. После достижения определенной критической температуры - температуры клейстеризации крахмала

  1. процесс набухания крахмала становится необратимым. Клейстериза- ция крахмала сопровождается разрывом вторичных водородных связей, удерживающих полимерные цепочки в кристаллической структуре вместе, приводя к полному разрушению упорядоченного расположения молекул. Температура клейстеризации крахмала различного происхождения находится в диапазоне 55-80° С в зависимости от размера гранул, степени ассоциации молекул в аморфной области, соотношения ами- лозной и амилопектиновой фракций и других факторов.

Процессы набухания и клейстеризации крахмала, имеющие важное теоретические и практическое значение для многих стадий технологического процесса хлебопекарного производства, изучали в фундаментальных исследованиях В. И. Назаров, М. И. Княгиничев, А. Б. Лукьянов и др.

Для крахмала характерно явление ретроградации, связанное с постепенным выравниванием цепочек полимера в прочносвязанные структуры восстановленными водородными связями. Это связано с тем, что неразветвленным цепочкам амилозной фракции крахмала присуща тенденция к физическому взаимопритяжению и связыванию водородными связями по гидроксильным группам смежных цепочек или отдельных их смежных участков с образованием соответствующих ассоциатов. В разбавленных растворах крахмала при их длительном стоянии цепочки отдельных молекул амилозы сближаются, параллельно ориентируются и ассоциируются в плотный «пучок» - образование, которое выпадает из раствора в осадок.

В более концентрированных системах, например, в прокипяченной крахмальной пасте при ее охлаждении сближение амилозных цепочек происходит быстрее, но ассоциирование беспорядочное и не по всей длине цепочек, а лишь по отдельным смежно расположившимся их участкам. В результате ассоциат образуется в виде сетчатой структуры, являющейся основой образования структурированного геля. Явление образования таких ассоциатов амилозных цепочек и представляет собой процесс ретро- градации. В разветвленной амилопектиновой фракции нельзя ожидать образования полных межмолекурных ассоциатов. По мнению Шоха, в концентрированных растворах амилопектиновая фракция может претерпевать изменения типа ретроградации, выражающиеся в том, что отдельные смежные ответвления сближаются, притягиваются и ассоциируют. В


результате получается более компактное образование со сближенными и взаимоориентированными в виде «пучка» ответвлениями. Процесс ретроградации крахмала лежит в основе процессов черствения хлеба.

Работами Катца рентгеноспектрографическими методами исследования установлено, что крахмал является полукристаллическим веществом. Г ранулы крахмала дают три типа рентгеноспектров спектров А, В и С различной кристалличности в зависимости от их вида.

Из химических свойств крахмала наиболее характерными являются йодная реакция и гидролиз.

Под действием амилолитических ферментов или кислот крахмал гидролизуется до декстринов и мальтозы.

В ходе гидролиза постепенно идет деполимеризация крахмала и образование декстринов, затем мальтозы, а при полном гидролизе - глюкозы. Амилазы разжижают крахмал, обладают декстринирующим действием до получения декстринов различной молекулярной массы (амилодекстринов, эритродекстринов, ахродекстринов, мальтодекстри- нов), что прослеживается изменением окраски йодной реакции. Амилазы содержатся в зерновых, в том числе в пшенице и ржи.

Свойства амилаз, состояние крахмала и параметры его гидролитического расщепления во многом определяют ход технологического процесса при брожении теста и качество готовых изделий. Процесс гидролитического расщепления крахмала лежит в основе многих стадий, включенных в современные технологические схемы хлебопекарного производства - приготовление заварок, жидких дрожжей, ферментативных высокоосахаренных полуфабрикатов и др.

Гликоген (полисахарид, близкий к крахмалу) содержится в некоторых зерновых и дрожжах. По структуре он сходен с амилопектином и представляет собой разветвленный, более компактный полисахарид, построенный из остатков a-D-глюкопиранозы. Гликоген растворяется в горячей воде, его растворы при охлаждении не образуют клейстер. Гидролизуется с образованием в качестве конечного продукта глюкозы.

Содержащиеся в зерне слизи (гу мми) представляют собой полисахариды, как правило растворимые в воде. Значительное количество слизей содержится в зерне ржи (2,5-7,■4% на сухое вещество). Слизи ржаного зерна образуют при кислотном гидролизе пентозы - арабинозу и ксилозу. В состав слизей входят также глюкоза, фруктоза и галактоза. Слизи обладают свойством набухания в воде с образованием очень вязких растворов. Повышенное количество слизей усложняет переработку зерна ржи в муку по сравнению с пшеничным зерном, а также имеет суще


ственное значение для формирования вязкой консистенции ржаного теста, лишенного клейковинного каркаса, что оказывает заметное влияние на процесс тестообразования и формирование показателей струк- турно-механических свойств готового изделия.

В зерне многих культур (ржи, пшеницы, овса, ячменя) содержатся левулезаны - сложные полисахариды, состоящие из остатков левулезы, растворимые в воде и образующие при кислотном гидролизе фруктозу и незначительное количество глюкозы.

Основными структурными компонентами периферийных частей и оболочек зерна хлебных злаков являются целлюлоза и гемицеллюлоза.

Целлюлоза (клетчатка) - стереорегулярный полимер, построенный из остатков P-D-глюкопираноз, соединенных Р-глюкозидной связью. На свойства целлюлозы значительное влияние оказывает ее способность образовывать более крупные агрегаты. В результате возникновения внутримолекулярных водородных связей между гидроксильными группами глюкопираноз и ацетальными кислородными атомами формируется конформация молекул, называемая вторичной молекулярной структурой. Отдельные макромолекулы в клеточных стенках растений упакованы в элементарные фибриллы с различной степенью организованности и плотностью, что определяет кристаллические или аморфные области целлюлозы.

Целлюлоза - прочное химическое вещество, нерастворимое в воде и большинстве других растворителей. При взаимодействии гидроксильных групп с рядом органических веществ образуются простые и сложные эфиры, возможно замещение гидроксилов на галогены, амино- и другие группы. Целлюлоза окисляется с образованием кетонных, альдегидных, карбоксильных групп. При повышенных температурах подвергается кислотному гидролизу с образованием в качестве конечного продукта D-глюкозы. В настоящее время разработаны современные биотехнологические схемы получения продуктов гидролиза клетчатки, в том числе глюкозы под действием целлюлаз.

Среднее процентное содержание клетчатки в зерне и семенах следующие: пшеница - 3%; рожь - 2,2%; ячмень - до 8%; кукуруза - 2,2%; горох - 4%; соя - 3,8%.

  1. Целлюлоза - главная составная часть пшеничных диетических отрубей, которые входят в группу пищевых волокон. Согласно современной теории питания считается, что пищевые волокна обеспечивают важные физиологические потребности человеческого организма и обязательно должны входить в статус рационального питания.


Гемицеллюлозы - это гетерополисахариды, содержащиеся главным образом в периферийных, оболочечных частях зерна. Они растворяются в щелочных растворах и легко гидролизуются под действием кислот. Молекулярная масса гемицеллюлоз не превышает нескольких десятков тысяч. Образующиеся продукты гидролиза дают основание разделить гемицеллюлозы на две группы. Те из них, которые при гидролизе образуют гексозы, называются гексозаны. В зависимости от вида сахара различают маннаны, галактаны и т. д. Гемицеллюлозы, гидролизующиеся до пентоз, называют пентозанами. Они образуют главным образом ара- бинозу и ксилозу и называются арабан и ксилан соответственно. Известны гемицеллюлозы смешанного состава, дающие при гидролизе гексозы, пентозы и уроновые кислоты.

В зерне пшеницы и ржи содержится от 8 до 10% гемицеллюлоз (в отдельных случаях до 14%), в том числе от 5 до 8% пентозанов. Гемицеллюлозы относятся к группе пищевых волокон, необходимых для нормального пищеварения человека.

Пектиновые вещества - это группа высокомолекулярных полисахаридов, входящие в состав клеточных стенок, цитоплазмы растительных клеток, присутствуя практически во всех высших растениях совместно с целлюлозой, гемицеллюлозами и лигнином.

Пектины делятся на нерастворимые (протопектины), которые входят в состав первичной клеточной стенки и межклеточного вещества, и растворимые, содержащиеся в клеточном соке.

Пектины - сложные гетерогенные биополимеры, основным структурным компонентом которых является галактуроновая кислота с включением в состав боковых цепей нейтральных составляющих: арабина- нов, галактанов, арабиногалактанов. Молекулярная масса пектиновых веществ изменяется в пределах 20000-200000 и зависит от источника их получения, возраста растения, способа выделения и других факторов.

Роль пектиновых веществ в приготовлении продуктов питания, в том числе мучных изделий, определяется их функциональными свойствами. К ним относятся растворимость, набухаемость, способность образовывать гели, гидрофильность, эмульгирующая и студнеобразующая способность, податливость кислотному и ферментативному гидролизу, а также способность к комплексообразованию. Коллоидные свойства пектина, высокая адсорбционная способность определяют важное место этого вещества в создании специальных пищевых продуктов лечебнопрофилактического назначения, группы продуктов для потребления их в регионах с экологически неблагоприятной обстановкой.


  1.  Липиды

Липиды - это сложная смесь жиров и жироподобных веществ, объединенная общими признаками: гидрофильность, растворимость в органических растворителях (петролейный эфир, бензин, бензол, хлороформ и др.), высокое содержание гидрофобных углеводородных радикалов и сложноэфирных группировок. Липиды играют большую роль в растительном сырье в качестве запасного вещества и важнейших компонентов протоплазмы и биологических мембран, а также являются важнейшим компонентом пищевых продуктов, определяя их потребительские свойства и пищевую ценность.

По химическому строению липиды подразделяются на простые (например, ацилглицерины, воски) и сложные (фосфолипиды), содержащие кроме углерода, кислорода и водорода, фосфор, азот, серу. Часть липидов в зерне связана с белками (липопротеиды) и углеводами (гликопротеиды). Липиды условно делятся на свободные, связанные и прочносвязанные в зависимости от метода их извлечения и применяемого растворителя. Основную часть липидов зерна составляют свободные, второй по значению являются связанные, содержание прочносвязанных значительно меньше первых групп, что обусловлено их различной ролью в процессах жизнедеятельности. Свободные липиды - это в основном запасные липиды, связанные - структурные, поэтому учет формы связи липидов является одной из важных характеристик липидов зерновых культур.

Содержание липидов в зерне основных зерновых культур зависит от видовых и сортовых особенностей культуры, почвенно-климатических условий ее выращивания и распределяется следующим образом: овес, кукуруза, сорго, просо, гречиха, рис, ячмень, пшеница, рожь. В зерне липиды распределены неравномерно: наибольшее их количество содержится в зародыше зерна, наименьшее - в эндосперме. Свободные липиды составляют от 65 до 89% от общего количества липидов, второй по значению группой являются связанные липиды (от 3,3 до 24%).

Основным структурным компонентом многих групп липидов являются жирные кислоты, состав и количество которых влияет на их свойства и биологическую ценность. Состав кислот и их количественное соотношение в зерне пшеницы колеблется в зависимости от ее сортовых особенностей, при этом преобладающими кислотами являются линолевая (58-64% от общего количества жирных кислот), пальмитиновая (15-24%), олеиновая (15-18%). В связанных и прочносвязанных


липидах возрастает содержание насыщенных кислот, кислот с числом атомов углерода до 16 и с нечетным числом атомов углерода.

Сложные липиды зерновых представлены фосфолипидами и гликолипидами. Основными фракциями фосфолипидов зерна пшеницы являются фосфатидилхолин, фосфатидные кислоты и фосфатидилэта- ноламин. Основными гликолипидами пшеницы являются моногалакто- зилглицериды и дигалактозилглицериды.

Собственные липиды муки в процессе приготовления хлеба подвергаются значительным изменениям, от характера которых зависит качество готовой продукции. Так изменяются состав и свойства собственных липидов, они взаимодействуют друг с другом, белковыми веществами, углеводами и другими компонентами муки, образуя соединения и комплексы различной степени устойчивости за счет слабых нековалентных сил - ионных, гидрофобных взаимодействий, водородных связей, ван-дер-ваальсовых сил.

При хранении зерна и муки при неблагоприятных условиях в липидном комплексе протекают биохимические и физико-химические процессы, связанные с окислением и расщеплением глицеридов, фосфо- и гликолипидов с накоплением разнообразных продуктов, в том числе токсичных. Окисленные липиды снижают биологическую и пищевую ценность не только жиров, но и некоторых других соединений. Различают две формы разложения жира зерна и продуктов его переработки: химическую

  1. окислительный распад под влиянием кислорода воздуха, и биохимическую - под воздействием (|>ерментов и микроорганизмов. Совокупность этих процессов и превращений называется прогорканием жиров.
  2.  Ферменты

В основе процессов брожения теста и формирования качества хлеба лежат каталитические превращения структурных компонентов зерна и муки, протекающие при воздействии на них ферментов - катализаторов белковой природы, ускоряющих реакции в живой клетке. Ферменты характеризуются узкой специфичностью действия, функционируют в строго определенной последовательности, при оптимальных параметрах процесса (концентрация субстрата, температура и продолжительность процесса, активная кислотность среды).

По строению ферменты делятся на однокомпонентные, состоящие из белка, и двухкомпонентные, содержащие наряду с белком (апофер- ментом) небелковую часть (кофактор или простетическую группу). Бел-

‘ и-:Х- Ч*.


ковая часть молекулы фермента построена из одной или нескольких полипептидных цепей, образующих сложные комплексы. Кофакторы имеют небольшую молекулярную массу, состоят из витаминов, нуклеотидов или ионов металлов и являются активной группой ферментов. Эффективность действия ферментов существенно зависит от наличия специфических веществ - активаторов или ингибиторов процесса. На действие ферментов большое влияние оказывает молекулярная структура субстрата - его атакуемость ферментами. Это имеет большое значение в процессах хлебопекарного производства, например, при воздействии протеаз на белки различных сортов пшеницы, при действии амило- литических ферментов на крахмал различной природы и строения, с различной степенью поврежденности и др.

Действие фермента оценивается катализируемой им ферментативной реакцией. Например, активность Р-амилазы измеряют количеством образовавшейся из крахмала мальтозы (мг) на 10 г зерна или муки при определенных условиях реакции.

Зерно злаков содержит большое количество ферментов, которые влияют на биохимические процессы, протекающие при созревании, хранении и переработке зерна. Ферменты - активные участники, катализаторы биохимических процессов на всех этапах переработки зерна, которые лежат в основе всех технологических процессов приготовления хлеба и определяют его качество. Содержание и активность ферментов являются важнейшим показателем качества зерна и муки.

Выход муки и степень отделения зародыша при помоле оказывают большое влияние на ее протсолитическую активность. Ниже рассмотрены свойства и характеристики ферментов, оказывающие наибольшее воздействие на хлебопекарные свойства муки, ход технологического процесса и качество готовой продукции.

Протеазы - ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление белков и полипептидов по пептидной связи -CO-NH- и разделяющиеся на пептидазы и протеиназы. Пептидазы осуществляют гидролитическое расщепление полипептидов и дипептидов. Протеиназы гидролизуют непосредственно белки с образованием пептонов, полипептидов и свободных аминокислот. Протеазы действуют избирательно. Аминопептидазы расщепляют молекулу субстрата при наличии в ней свободной а-аминной группы. Карбоксипептидазы разрывают в полипептидах пептидную связь, находящуюся рядом со свободной карбоксильной группой пептида. Дипептидазы катализируют гидролитическое расщепление дипептидов на свободные аминокислоты.


Оболочка и эндосперм характеризуются незначительной протсоли- тической активностью, щиток и зародыш обладают протеиназной и пеп- тидазной активностями. При прорастании зерна наблюдается быстрое увеличение содержания ферментов,

Протеолитическая активность зерна увеличивается в присутствии цистеина или глютатиона, то есть сульфгидрильными соединениями, что относит протсазы зерна к ферментам папаинового типа, активируемых соединениями восстановительного действия и ингибируемых соединениями окислительного действия (броматом, персульфатом, йодук- сусной и аскорбиновой кислотой).

Скорость расщепления белков протеолитическими ферментами зависит от присутствия в белке определенных химических группировок, например, сульфгидрильных, аминных и оксигрупп.

Карбогидролазы - ферменты, катализирующие гидролиз полисахаридов. Кислородная связь в веществах, расщепляемых карбогидролаза- ми, имеет характер ацетальной или эфирной связи. Карбогидролазы делят на олигазы (а-глюкозидаза, Р-галактозидаза, Р-фруктофуранозидаза) и полиазы (амилазы, глюкоамилаза, целлюлаза, гемицеллюлазы). Определяющее значение в ходе технологического процесса играет а-глюко- зидаза (мальтаза), являющаяся адаптивным эндоферментом хлебопекарных дрожжей, расщепляющим глюкозидную связь в дисахаридах и глю- козидах. Она содержится также в тканях растений, плесневых грибах, бактериях, проросшем зерне проса.

Р-фруктофуранозидаза (сахараза, инвертаза) катализирует гидролиз сахарозы на эквимолярные количества глюкозы и фруктозы, а также раффинозу с образованием фруктозы и мелибиозы. Хлебопекарные дрожжи характеризуются высокой активностью р-фруктофуранозидазы, что имеет существенное технологическое значения для спиртового брожения в тесте.

Амилазы - группа ферментов (а-амилаза, Р-амилаза, глюкоамила- за), гидролизующих крахмал с образованием декстринов, мальтозы и глюкозы в зависимости от вида амилазы. Скорость расщепления амилазами крахмала из зерна разных культур и сортов неодинакова, что определяется податливостью (атакуемостыо субстрата) крахмала действию ферментов. Она зависит от формы, размеров и состояния крахмальных зерен, степени их механического измельчения и клейстеризации.

Атакуемость крахмала а-амилазой связана с количеством амилозы. При прорастании зерна синтез « амилазы в зерне усиливается, что ::ы-


зывает изменение хлебопекарных свойств муки, полученной из этого зерна. При действии а-амилазы на крахмал образуются главным образом декстрины небольшой молекулярной массы и незначительное количество мальтозы.

р-амилаза находится в непроросшем зерне пшеницы, ржи, ячменя, соевых бобах. При действии Р-амилазы на крахмал образуются в основном мальтоза и небольшое количество высокомолекулярных декстринов. Одновременное воздействие а- и р-амилазы на крахмал приводит к его гидролизу на 95%. Эти ферменты характеризуются различными оптимальными условиями для их действия: для Р-амилазы pH оптимум соответствует 4,8, для а-амилазы - 5,6-6,3; Р-амилаза является более термолабильным ферментом по сравнению с а-амилазой: ее оптимальная температура действия составляет 51° С, а для а-амилазы - 65° С. Различия в оптимумах активности ферментов по pH и температуре имеют практическое значение. В приведенных пределах при повышении температуры интенсивность действия а-амилазы возрастает, а Р-амилазы уменьшается. При повышении кислотности наблюдается обратная зависимость. Оптимальные условия действия этих ферментов лежат в основе приемов и методов регулирования хода технологического процесса и улучшения качества хлеба из муки, полученной из проросшего или морозобойного зерна, а также зерна, пораженного клопом черепашкой.

Р-галактозидаза (лактаза) катализирует гидролитическое расщепление лактозы на глюкозу и галактозу. Глюкоза сбраживается хлебопекарными дрожжами, а галактоза - активный компонент реакции мела- ноидинообразования - участвует в формировании аромата хлеба. Таким образом, р-галактозидаза, модифицирующая лактозу, входящую в состав молока и продуктов его переработки (молочная сыворотка, сухое обезжиренное молоко, сгущенная молочная сыворотка и др.), имеет технологической значение: повышает эффективность использования этих продуктов при производстве хлеба.

Целлюлазы и гемицеллюлазы катализируют соответственно гидролиз целлюлозы и гемицеллюлозы.

Липаза катализирует расщепление триацилглицеринов с образованием жирных кислот, что имеет большое значение для повышения пищевой ценности продуктов с ее использованием. Кроме того, продукты гидролиза обладают поверхностно-активными свойствами, что лежит в основе использования липазы в качестве улучшителя качества хлеба.


Липоксигеназа катализирует процесс окисления кислородом воздуха ненасыщенных высокомолекулярных жирных кислот и образуемых ими жирных эфиров. Окисление ненасыщенных жирных кислот приводит к образованию гидроперекисей, имеющих высокую окислительную способность, что используется в технологии хлебопекарного производства для усиления окислительного воздействия на белково- протеиназный комплекс муки. При хранении зерна и продуктов его переработки перекиси жирных кислот подвергаются более глубокому распаду, что вызывает прогоркание зерна и муки.

О-дифенолоксидаза (полифенолоксидаза, тирозиназа) окисляет аминокислоту тирозин с образованием темноокрашненных меланинов и обусловливает потемнение муки в процессе ее переработки. Интенсивность этого процесса зависит от активности фермента (ржаная мука содержит активную тирозиназу) и количества субстрата - тирозина.

В пшеничной муке имеется аскорбатоксидаза, катализирующая окисление аскорбиновой кислоты, обладающей восстановительными функциями, в дегидроаскорбиновую кислоту, которая является окислительным агентом, что лежит в основе метода улучшения качества хлеба путем применения аскорбиновой кислоты.

  1.  Минеральные вещества

Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью, но жизненно важны для человека. Зерно и продукты его переработки - один из важных источников поступления с пищей в организм человека фосфора, калия, магния, кальция, серы и железа.

Качественный состав и содержание минеральных компонентов в зерне варьирует и зависит от сорта и вида зерна, условий его выращивания и других факторов. Среди макроэлементов в зерне обнаружены калий, фосфор, сера, магний, кальций, хлор, кремний, натрий, к микроэлементам относятся железо, цинк, марганец, алюминий, медь, ванадий, бор, молибден, никель, олово, хром, кобальт и др. Среди макроэлементов пшеницы и ржи преобладают калий, фосфор, сера и магний.

Минеральные вещества в зерне распределены неравномерно, что используется для контроля выхода по сортам и качества пшеничной и ржаной муки. Зольность оболочек зерна намного превышает зольность эндосперма, поэтому по зольности муки судят о соотношении периферийных частиц и зародыша. Стандартами на муку установлены нормы зольности для каждого сорта.


  1.  Витамины

Витамины - это низкомолекулярные органические соединения, имеющие различную химическую природу и разные физико-химические свойства, являющиеся биорегуляторами процессов, протекающих в живом организме. Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности любого организма. Недостаток или отсутствие витаминов приводит к развитию патологических процессов в виде гиповитаминозов и авитаминозов, глубокому нарушению обмена веществ. Витамины условно подразделяются на две группы: водо- и жирорастворимые.

Зерно и продукты его переработки содержат водорастворимые витамины: тиамин (В,), рибофлавин (В2), пиридоксин (В6), ниацин (витамин РР или В5), пантотеновую кислоту (В3). В большом количестве в зерновых обнаружен токоферол (Е).

Тиамин играет важную роль в регулировании углеводного обмена, необходим для нормальной деятельности центральной и периферической нервной системы человека. Им богаты зародыши злаков, оболочки зерна, хлеб из муки грубого помола или цельного зерна, хлеб из ржаной муки, дрожжи.

Рибофлавин участвует в окислительно-восстановительных процессах живой клетки. Содержание рибофлавина в зерне пшеницы составляет 1,5-1,9 мкг/г, ржи - 1,2-1,8 мкг/г, пшеничных отрубях - 2,3 мкг/г.

Ниацин выполняет в организме важные физиологические функции: участвует в тканевом дыхании, входит в состав окислительновосстановительных ферментов - дегидраз, принимает участие в углеводном обмене, стимулирует действие инсулина, регулирует ритм сокращения сердечной мышцы и функции печени.

В продуктах растительного происхождения значительная доля ниацина содержится в виде никотиновой кислоты: в пшенице - 45-70, пшеничных отрубях - 120-325, пшеничных зародышах - 27-90 мкг/г.

Пиридоксин является биологически активной формой витаминов группы В(1. Он участвует в синтезе и метаболизме аминокислот, жирных кислот и ненасыщенных липидов. Витамины группы В6 необходимы для нормального жирового обмена, влияют на обмен железа и процессы кроветворения, необходимы для нормального обмена крови. Наиболее богаты этим витамином горох, гречневая, перловая, ячневая крупы, отруби. Содержание пиридоксина в зерне пшеницы составляет 3,5-4,3, пшеничных отрубях - 8,9-6,2, зерне ячменя - 1,1-4,9, овса - 0,9-3,1, кукурузы - 3,5-9,5 мкг/г.


Лаитотсновая кислота входит в состав коферменга ацетилирова- ния. Основная функция этого витамина в организме связана с активацией и переносом кислотных (ацильных) остатков, обмена белков, липидов, углеводов, биосинтезом холестерина и фосфолипидов клеточных мембран, стероидных гормонов. Различные культуры содержат следующее количество пантотеновой кислоты: зерно ржи - 10, кукурузы - 5, сои - 18, гороха - 20, отруби пшеничные - 25 мкг/г.

Токоферол - один из самых сильных природных антиоксидантов, который участвует в окислительно-восстановительных реакциях, обеспечивая нормальное протекание биохимических процессов в организме.

Содержание токоферола в различных культурах колеблется в следующих пределах: пшеница - 30,3; рожь - 49,1; кукуруза - 96,1; горох - 45; пшеничные зародыши - 335 мкг/г. В зерне пшеницы витамин Е распределяется по частям следующим образом: целое зерно -9,1; эндосперм без алейронового слоя - 0,3; алейроновый слой и оболочки - 57,7; зародыш - 158,4 мкг/г.

  1.  Микрофлора полуфабрикатов хлебопекарного производства и типы брожения

В основе процессов приготовления хлебобулочных изделий лежит совокупность сложнейших изменений сырья под воздействием микроорганизмов как специально используемых в технологическом процессе, так и имеющихся в перерабатываемых рецептурных компонентах. Основными представителями микроорганизмов являются дрожжи и молочнокислые бактерии.

На протяжении многих веков для разрыхления теста применялись закваски, полученные при спонтанном брожении, вызываемом естественной микрофлорой муки. Разработка способа производства хлебопекарных дрожжей в середине XIX века обеспечила эффективное разрыхление полуфабрикатов и создала предпосылки к промышленному производству хлебобулочных изделий.

Современные способы приготовления теста можно условно разделить на две большие группы.

К первой группе относится сбраживание полуфабрикатов технически чистыми культурами хлебопекарных дрожжей. Так, при производстве хлебобулочных изделий из пшеничной муки используют способность дрожжевых клеток рода Saccharomyces обеспечивать спиртовое брожение.

Ко второй группе относятся способы сбраживания полуфабрикатов, основанные на применении спиртового брожения совместно с молочнокислым. Эти способы используются преимущественно для ржаных и ржано-пшеничных сортов хлеба, но иногда и для пшеничного хлеба.

При этом не исключается возможность осуществления других типов брожения.

В полуфабрикатах хлебопекарного производства осуществляются типы брожения, возбудителями которых являются микроорганизмы, присутствующие в муке или дополнительном сырье, или специально добавляемые бактериальные культуры в виде жидких дрожжей или заквасок.

В микробиологии различают семь основных типов брожения: спиртовое, молочнокислое гомо- и гетероферментативное, припионовокислое, бутиленгликолевое, ацетоноэтиловое, ацетонбутнловое и масляное.


2.1. Дрожжи хлебопекарные

Дрожжи, применяемые в хлебопекарном производстве, относятся к виду Sciccharomyces cerevisiae. Они играют основную роль по распространенности, скорости размножения и интенсивности брожения.

Это крупноклеточные овальные дрожжи, адаптированные к повышенной кислотности теста и к его кислотообразующей микрофлоре.

Дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, простые декстрины, не сбраживают лактозу, крахмал, клетчатку. Они усваивают этиловый спирт, молочную кислоту, уксусну ю кислоту.

Дрожжевая клетка состоит (рис. 2) из оболочки, цитоплазматической мембраны и цитоплазмы. Размер клетки составляет в среднем 8-10лнш,

) цитоплазматическая мембрана

  1. клеточная стенка
  2. ядрышко
  3. ядро
  4. жировые капли

митохондрии 7 вакуоль

  1. гранулы полифосфата
  2. эндоплазматическая сеть
  3. аппарат Гольджи
  4. почковый рубец
  5. рибосомы
  6. цитоплазма

Рис. 2. Строение дрожжевой клетки

Оболочка представляет собой плотную, прочную и эластичную структуру, способную обеспечивать постоянство формы клетки и выдерживать значительное осмотическое давление (до 2 МПа). Оболочка, обладающая избирательной проницаемостью, обеспечивает транспорт питательных веществ в клетку и удаление из нее продуктов обмена.

Цитоплазматическая мембрана расположена непосредственно под клеточной стенкой. Основная функции мембраны заключается в регулировании проникновения в клетку питательных вешеств и выведении наружу продуктов обмена. Кроме того, в цитоплазматической мембране локализуются некоторые ферменты и происходит биосинтез ряда веществ, в том числе биосинтез компонентов клеточной стенки.


Цитоплазма - сложная по составу коллоидная система. В цитоплазме протекают важнейшие реакции биосинтеза и хранится генетическая информация. В ней расположены органоиды (митохондрии, рибосомы, ядро, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи) и вакуоли (одна, реже две).

Митохондрии представляют собой сферические или удлиненные внутриклеточные органеллы, содержащие ферментные системы, главным обрааом переноса электронов. В функции митохондрий входят окислительные реакции, являющиеся источником энергии, перенос электронов по цепи реакций синтеза АТФ, синтез части митохондриальных белков.

Рибосомы - ультрамикроскопические гранулы в виде неправильных шариков, состоящих из белка и РНК. В рибосомах осуществляется синтез белков и ферментов.

Ядро имеет форму круглого и овального пузырька, окруженного оболочной. Главная функция ядра - хранение и передача генетической информации при делении клетки.

Эндоплазматический ретикулум представляет сложную мембранную сеть, образующую множество каналов, по которым различные вещества перемещаются от внешней оболочки к центру.

Аппарат Гольджи представляет собой скопление мельчайших сплющенных телец, связанных с мембраной системой эндоплазматического ре- тикулума. Роль аппарата Гольджи, предположительно, заключается в создании новых мембран. Кроме того, ему предписывают защитную функцию

  1. консервирование и удаление продуктов секреции клетки.

Вакуоли занимают центральную часть клетки. Они заполнены клеточным соком, который заключен в липопротеидную оболочку. Вакуоли участвуют в осмотическом регулировании и являются местом протекания различных окислительно-восстановительных процессов Вакуоли образуются при старении дрожжевой клетки, в них содержатся питательные вещества, продукты жизнедеятельности и гранулы запасных веществ: валютина, гликогена, трегалозы, жира.

  1.  Химический состав хлебопекарных дрожжей

Химический состав хлебопекарных дрожжей непостоянен и в зависимости от состава питательной среды, условий культивирования, физиологического состояния клетки и других факторов может колебаться в широких пределах (табл. I).


МИКРОФЛОРА ПОЛУФАБРИКАТОВ И ТИПЫ БРОЖЕНИЯ

 

Таблица I

Химический состав сухого вещества дрожжей (поДж. Уайту)

Название химического элемента

Содержание химического элемента, % к с в. дрожжей

Среднее количество, % к с. в. дрожжей

Углерод

45,0-49,0

47,0

Водород

5,0-7,0

6,0

Кислород

30,0-35,0

32,5

Азот

7,1-10,8

8,5

Зола

4,7-10,5

6,0

Фосфор (l^Os)

1,9-5,5

2,6

Калий (К20)

1,4-4,3

2,5

Кальций (СаО)

0,005-0,2

0,05

Магний (MgO)

0,1-0,02

0,4

Алюминий (А1203)

0,002-0,02

0,005

Сера (SOj)

0,01-0,05

0,03

Хлор

0,004-0,1

0,02

Железо (Fe203)

0,005-0,012

0,007

Кремний (Si03)

0,02-0,2

0,8

Содержание влаги в прессованных дрожжах может колебаться от 68 до 75%, в сушеных - от 4 до 10%. В прессованных дрожжах влажностью 75% содержится 18,4-28% внеклеточной и 46-60% внутриклеточной влаги. Внутриклеточная влага находится в свободной и связанной формах. Связанная вода, входящая в состав коллоидов клетки, не является растворителем, плохо замерзает, трудно испаряется и не отпрессовывается. Связанная вода является растворителем сухих веществ (с, в.) клеточного сока.

По данным многих исследователей в составе дрожжей присутствуют в микродозах Li, Ag, Au, Fn, Sr, Ba, B, La, Те, Ti, Sn, Bi, Cr, Mo, Tn, Co, Ni.

Состав органических веществ хлебопекарных дрожжей (% на с. в.)

приведен ниже:

Азот обший 6-8

Белковые вещества (N-6,28) 37-50

Жир 1,5-2,5

Безазотистые вещества 35-45

Зола 6-10

Состав азотистых веществ дрожжей (% к массе):

Собственно белки 63,8

Нуклеиновые вещества 26,1

Амиды и псигоны 10,1

В составе белков содержится 24 аминокислоты (табл. 2).

Таблица 2

Аминокислотный состав белков дрожжей

Наименование аминокислоты

Количество, % на с. в.

Аденин и тирозин

4,17-6,45

Валин и фенилаланин

5,15-8,58

Лейцин

5,38-8,56

Серии и гликокол

1,68-3,12

Треонин

2,12-3,88

Аспаргиновая кислота

8,87-13,2

Глутаминовая кислота

4,18-7,07

Лизин и гистидин

6,23-10,5

Аргинин

1,75-3,53

Метионин

0,63-1,52

Цистеин

0,075

Тирозин

0,156

Глютатион

0,025

Трипептид глютатион, содержащий в своем составе цистеин с -SH группой, находится в дрожжах как в окисленной, так и восстановленной формах. Количество восстановленного глютатиона увеличивается при хранении прессованных дрожжей при неблагоприятных условиях, повышенной температуре и т. д.

В состав углеводов дрожжей входят (в % с. в.): трегалоза - 8,6, маннан - 15,2, глюкан - 7,1, гликоген -13,3.

  1.  Расы и штаммы дрожжей, применяемые в хлебопекарном производстве

Расой или штаммом называют отдельные разновидности микроорганизмов в пределах одного и того же вида, различающиеся между собой второстепенными признаками. При этом расы имеют стойкие второстепенные признаки, а штаммы нестойки и могут быть утрачены при росте на новой среде.


‘ГЛС V;.;

1СЛ1е:ггjsL С*С_ЛЗ

^ >н:пс

зЫСОКОй ~с?:-е-

шо переносит высушивание, обладает хорошей зимазной (60 мин) и
мальтазной ЦСЮ мин) активностью.

Г косные -гесы I ' 9^-5 <5 262 <тгзетакгг сснсвным требованиям.

а ~ЕЕэ«е£хая^ rrs =с-

=&Т3533СГЬ ~Г 'ЛЕН. 35-

-*т.лгГГ_ .11^53^-

мьтх ъ люшззтдгп,-

Раса Томская 7 выделена Е. А. Плевако и Н. Г. Макаровой из прессованных дрожжей Томского дрожжевого завода в 1939 г. Эта раса характеризуется устойчивостью к составу мелассных сред, требовательностью к ростовым веществам, в частности к витаминам. Прессованные дрожжи, полученные на этой расе, стойкие при хранении, обладают высокой p-фруктофуранозидазной активностью, но слабой а-глюкози- дазной активностью (мальтазная активность более 160 мин).

Раса Одесская 14 выделена в 1958 г. на Одесском дрожжевом заводе 3. И. Вишневской из образца импортных сушеных дрожжей. Культура отличается высокой генеративной активностью. Дрожжи устойчивы к высушиванию, в прессованном виде стойки при хранении. Мальтазная активность составляет 95 мин, зимазная - 45 мин. Культура требовательна к составу питательных сред, особенно к ростовым веществам. Однако, благодаря высокой урожайности и ферментативной активности, она нашла широкое распространение в промышленности.

Штамм J1-441 выведен в ЛО ГосНИИХП путем отбора на основе естественной изменчивости дрожжей расы Одесская 14. Штамм Л-441 характеризуется высокой продуктивностью, сбраживает раффинозу, устойчив к вредным примесям и патогенным микроорганизмам, имеет высокую удельную скорость роста и обеспечивает хорошие свойства товарных хлебопекарных дрожжей: подъемная сила 44-45 мин, мальтазная активность 92-95 мин, стойкость при температуре 35° С свыше 96 ч.

Штамм Я-1 выведен на Янгиюльском дрожжевом заводе из производственной чистой культуры дрожжей расы 14 путем направленного отбора. Штамм испытан в производственных условиях в течение ряда лет. Культура обладает высокой генеративной активностью и устойчивостью к повышенной температуре выращивания (37-38° С), что очень важно для заводов, находящихся в южных районах страны. Подъемная сила товарных дрожжей - 40-47 мин, зимазная активность 32-44 мин.

Раса Киевская 21 выделена в 1960 г. М. К. Рейдман из импортных сушеных дрожжей методом многократной активации с биогенными стимуляторам. Культура нетребовательна к ростовым веществам, хоро-

CiUistLM'jaapossa; зже птлзкй». ~>Л- ~.z~ — т~г.~-

чающиеся высокой активностью ферментов. Выведен штамм ЛВ-7, используемый для производства прессованных и сушеных дрожжей. Штамм характеризуется повышенной устойчивостью к примесям мелассы и микрофлоре, инфицирующей дрожжевое производство, отличается повышенной продуктивностью и превосходит аналоги по концентрации трега- лозы в 2 раза. Показатель подъемной силы прессованных дрожжей штамма ЛВ-7 составляет 43—47 мин, осмочувствительность - 6-10 мин.

Штамм дрожжей 616 используется для производства сушеных дрожжей и превосходит расу 14 по активности ферментных систем дрожжей. Мальтазная активность дрожжей составляет 67 мин, зимазная - 55 мин.

Штамм 722 отличается хорошей мальтазной (54 мин), зимазной (43 мин) активностью, подъемной силой (46 мин) и осмочувствительностью (5-10л«/«).

Штамм 739 характеризуется высокой продуктивностью, повышенной ферментной активностью. Дрожжи полностью сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, галактозу. Зимазная, мальтазная активности и подъемная сила дрожжей составляют соответственно 54, 61 и 56 мин.

Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae 39/15 обладает хорошей бродильной активностью, его применение позволяет сократить продолжительность брожения теста на 35 мин.

Для производства сушеных дрожжей используется штамм Saccharomyces cerevisiae 93, обладающий высокой продуктивностью, активным комплексом ферментов. Зимазная активность составляет 45 мин, мальтазная - 53 мин, подъемная сила - 45 мин.

Гибридный штамм 512 получен скрещиванием расы XII и штамма Saccharomyces diastaticus, является триплошюм и характеризуется повышенным синтезом витаминов Д (эргостерина) - 2,8; В| - 34; В2 — 20; В6 - 46, РР - 36 (лнсг/клетка). Показатели зимазной, мальтазной активности и осмочувствительности составляют 70,200 и 14 мин соответственно.


Штамм 5 получен в результате скрещивания клеток штамма дрожжей «Яблочный-3», применяемого для сбраживания яблочного сока, и штамма 722, используемого в производстве сушеных хлебопекарных дрожжей Отличительной особенностью штамма является высокая бродильная активность. Показатели зимазной, 'мальтазной активности и осмочувствительности составляют 85, 95 и 15 мин.

Штамм 69 получен в процессе скрещивания расы дрожжей «Джам- булская-60» и штамма 10, выделенного из сушеных дрожжей французскою производства. Штамм 69 обладает высокой скорость роста, зимазной и мальтазной активностью соответственно 45 мин и 80 мин, а также устойчивость к повышенной температуре (40-45° С).

Представителем другого вида рода Saccharomyces являются дрожжи Saccharomyces minor, встречающиеся в ржаных заквасках. Это мелкие дрожжи круглой или слегка овальной формы, впервые выделенные и описанные в 1872 г. Энгелем Они сбраживают и усваивают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, раффинозу, не сбраживают и не усваивают лактозу, ксилозу, арабинозу, глицерин, манпит, не расщепляют крахмал и клетчатку. Характерная особенность данного вида заключается в том, что он не сбраживает и не усваивает мальтозу и простые декстрины. Температурный оптимум для них составляет 25—28° С и повышение температуры до 35° С действует угнетающе. Дрожжи Saccharomyces minor отличаются большей кислотоустойчиво- стью (хорошо развиваются при кислотности 14-16° и pH 3,0-3,5) и спиртоустойчивостыо, в отличии от Saccharomyces cerevisiae.

В настоящее время продолжаются работы по выведению новых штаммов дрожжей с применением современных методов: индуцируемого мутагенеза, гибридизации, адаптации Это способствует эффективной селекции чистых культур микроорганизмов с закрепленными качественными признаками, необходимыми для реализаций современных технологий приготовления хлебобулочных изделий.

Спиртовое брожение '

Одним из факторов, влияющих на ход технологического процесса §

и качество продукции является исходная биологическая активность |

дрожжей и способность их адаптироваться к анаэробным условиям 1

жизнедеятельности в полуфабрикатах хлебопекарного производства. От I

этих факторов зависит их бродильная активность, углеводный и азот- 1

ный обмен, образование ферментов. |

Условия культивирования биомассы Saccharomyces cerevisiae на дрожжевых заводах способствуют образованию в дрожжах активного фермента зимазного комплекса, а также фермента Р-фруктофуранози- дазы.

В зависимости от условий культивирования дрожжевые клетки сахаромицетов получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет образования углеводов или за счет окисления последних.

Для целей хлебопекарного производства необходим именно первый тип обмена веществ дрожжей — анаэробный, т. к. именно в результате такого обмена в среде теста выделяется диоксид углерода, разрыхляющий тестовую заготовку.

Процесс сбраживания углеводов в отсутствии кислорода с образованием конечных продуктов - этанола и диоксида углерода - осуществляется через целый ряд промежуточных продуктов с участием многочисленных ферментов в соответствии с циклом Кребса (рис. 3).

  1. На первой стадии этого процесса осуществляется образование фосфорных эфиров сахаров. Происходит фосфорилирование глюкозы с участием аденозинтрифосфорной кислоты (А1Ф) катализируемое ферментом глюкокиназой.
  2. Образовавшийся глюкозо-6-фосфат подвергается изомеризации, превращаясь под действием фермента глюкозофосфатизомеразы во фруктозо-6-фосфат,
  3. Фруктозо-6-фосфат подвергается дальнейшему фосфорилированию за счет аденозинтрифосфорной кислоты с участием фермента фос- фофруктокиназы, в результате образуется фруктозе-1,6-дифосфат. Этой реакцией заканчивается подготовительная стадия анаэробного а аэробного расщепления сахаров.

4 На этой стадии фруктозо-1,6-дифосфат при участии фермента аль- долазы распадается на две молекулы фосфотриоз — фосфоглицери- новый альдегид и фосфодиоксиацетон.

  1. Фосфотриозы под действием фермента зриозофосфатизомеразы изомеризуются причем равновесие устанавливается при содержании 95% фосфоглицеринового альдегида и 5% фосфодиоксиацетона.
  2. Фосфоглицериновый альдегид окисляется в 1,3-дифос- фоглицериновую кислоту' при участии фермента дегидрогеназы фосфоглицеринового альдегида.
  3. Образовавшаяся 1,3-дифосфоглицериновая кислота под действием фермента фосфаттрансферазы превращается в З-фосфоглицери- новую кислоту;


г

I

I

Гпюкозо-1-фосфзт

Глюкоза

Фосфрдиоксиацетон

Галактоза Гликоген + Н,РО<

АТФО Галактокиназа (запасы клеток)

^  | ^ CL-Гпюканфосфорилаза

АДФ | Уридилтрвнсфераза у'

Глюкозо-1 -фосфат

I лГлюкозофосфатизоиераза

Гексокиназа. _ Ж? . „пл _

■ —V Глюкозо-6-фосфат+ АДФ— р  

АТФ АДфШ |5лпюкозофосфатизоиераза~

Фруктозо-6-фосфаг

Фосфофруктокиназа

АДФ-4 f*

Фруктозо-1.6-дифосфат + АДФ Р

(И АпьСслаза
Триозофосфатизоиераза   

^ Фосфоглицериновый альдегид

I—2Р I

(1

2АДФ

2АТФ

2НАД

2АДФ

2АТФ

g Глицеральдегидрофосфатдегидрогеназв

2[1.3-дифосфогли11ериновая кислога-Р]

Фосфотрансферзза

2{3-фосфогл» риновая кислота]

(i ^ФосФоглииеооиутаза

ювая кислота]

Фосфопируватгидратаза

' Эиолаза

2[Фосфоэнолпирови1 оградная кислота-Р]

(Пируваткиназа

2[Пировиноградная кислот»]

Пируватдпкарбоксилаза

2 Уксусный альдегид + СО,

61 л Алкогольдёгидрогеназа

2НАД Н,

2 Этиловый спирт

Рис. 3. Схема спиртового брожения

  1. Под действием фермента фосфоглицсромутазы 3-фосфоглице- риновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту.
  2. Образовавшаяся 2-фосфоглицериновая кислота при участии фермента энолазы (фосфопируватгидратазы) превращается в фосфо- энолпировинофадную кислоту.
  3. Фосфоэнолпировиноградная кислота под действием фермента фосфотрансферазы (пируватфосфокиназы) превращается в энолпи- ровиноградную, которая быстро превращается в более устойчивую кетоформу пировиноградной кислоты.


  1. Пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекар- боксилазы превращается в углекислый газ и уксусный альдегид.
  2. Уксусный альдегид вступает во взаимодействие с коферментом дегидрогеназы НАДН (никотинамидадениннуклеотид) с образованием этилового спирта.

Суммарное уравнение спиртового брожения описывается уравнением Гей-Люссака следующим образом:

Из этого уравнения следует, что на 180 массовых единиц глюкозы
образуется 88 единиц диоксида углерода и 92 единицы этилового спир-
та, или на 1 мг диоксида углерода получается 1,04 мл этилового спирта,
причем расходуется 2,04 мг глюкозы.

Эти данные обычно используются при расчете количества углево-
дов на спиртовое брожение теста с прессованными дрожжами, исходя
из предпосылки, что основным типом брожения при этих условиях яв-
ляется именно спиртовое. Фактический баланс спиртового брожения
при активной кислотности среды pH 6,0 (pH бродящего теста) близок к

теоретическому. В этом случае, кроме диоксида углерода и спирта, i
бродящей среде присутствуют еще ряд продуктов: глицерин, масляная
уксусная, муравьиная, молочная, янтарная кислоты и др.

При оптимальных условиях брожения (температуре 30° С и определенном составе синтетической среды) 1 г прессованных дрожжей сбраживает 1 г сахарозы за 1 час.

Сушеные дрожжи обнаруживают дополнительную форму брожения, при которой глюкоза превращается в пировиноградную кислоту и глицерин:

Энергетический эффект анаэробного использования углеводов клетками невелик: если при окислении глюкозы в аэробных условиях на 1 моль ее выделяется 2830,8 кДж, то при аэробном сбраживании глюкозы по приведенному выше уравнению на 1 моль ее выделяется только 117,6 кДж. Отсюда следует, что для получения необходимого количества энергии дрожжи должны сбраживать значительное количество сахара.

С6Н12Об -> 2С2Н5ОН + 2СОг + 94 кДж (28ккал).

глюкоза

этиловый диоксид
спирт углерода

+ СН2ОНСНОНСН2ОН

глицерин


При доступе кислорода спиртовое брожение вытесняется полным окислением углеводов до диоксида углерода и воды с выделением значительного количества энергии:

С6Н1206 + 302 -» 6Н20 + 6С02 + 2830,8 кДж глюкоза кислород вода диоксид

углерода

В зависимости от наличия кислорода в культу ральной среде хлебопекарные дрожжи могут перестраиваться на спиртовое брожение или на анаэробное потребление углеводов. Подавление процесса спиртового брожения в присутствии кислорода получило название «эффекта Пастера» и выражается количественно сравнением величины сбраживания гексозы в анаэробных и аэробных условиях.

Из общих моментов, характеризующих сбраживание сахаров дрожжами, следует отметить, что кинетика этого процесса следует теории Михаэлиса-Ментона в пределах концентрации глюкозы от 0,2 до 5%, а для фруктозы - от 0,4 до 6,0%. Константа Михаэлиса-Ментона (концентрация субстрата, выраженная в молях на литр, при которой наблюдается скорость реакции, равная половине максимальной) Км равна 0,01067 для глюкозы, а для фруктозы - 0,0225, что показывает преимущественное сбраживание глюкозы.

Известно, что скорость инверсии сахарозы дрожжами превышает скорость сбраживания ее компонентов - глюкозы и фруктозы. Если в бродящей среде сахароза является единственным источником сбраживаемых сахаров, то это не будет лимитировать процесс брожения. Это имеет существенное значение для теоретических расчетов при брожении теста с незначительной продолжительностью (ускоренные технологии) или низкой активностью ферментов, осахариьающих крахмал, где единственным источником сбраживаемых углеводов является сахар- песок, добавляемый по рецептуре.

Температура оказывает значительное влияние на интенсивность спиртового брожения. Классические исследования Слетора показали, что величина температурного коэффициента брожения Ql0 изменяется довольно значительно в зависимости от температуры (табл. 3).

Таблица 3

Влияние температуры на значение показателя температурного коэффициента брожения Qw

Температура, °С

10

15

20

25

30

35

Qio

5,6

3,8

2,8

2,25

1,9

1,6


Дрожжи, устойчивые к высоким температурам, носят название термотолерантных.

Важное значение имеет осмочувствительность дрожжевых клеток, то есть их способность сбраживать сахара при повышенных концентрациях хлористого натрия (около 2% к массе муки).

При выработке хлебобулочных изделий, в рецептуру которых входит сахар, важна устойчивость дрожжей по отношению к высокой концентрации сахаров (сахаротолерантность).

Для технологий, предусматривающих замораживание полуфабрикатов, необходимо учитывать криотолерантность дрожжей.

При приготовлении специальных полуфабрикатов, таких как жидкие дрожжи и различные виды заквасок, используются дрожжи, устойчивые к повышенной кислотности среды.

Эффективность процесса спиртового брожения в полуфабрикатах хлебопекарного производства в значительной степени определяется целым комплексом ферментативных превращений под действием зимазного комплекса ферментов, сс-глюкозидазы, мальтопермеазы, фруктоизомера- зы, (3-фруктофуранозидазы, карбоксилазы, протеиназы, пептидазы и др. Локализация ферментов в дрожжевой клетке представлена на рис. 4.

I.

Р-фруктофуранозилаза;

2.

мальтопермеаза;

3.

фосфотаза;

1 - '3

4.

аминопегггидаза;

5.

различные гидролазы;

•4

6.

мальтаза;

7.

дегидрогеназы цикла Кребса;

[— ~-6

8.

ферменты цикла трикарбоно-

— ->7

вых кислот;

9.

липаза;

10.

ферменты пентозофосфатно-

- - >10

го цикла

Рис. 4. Схема локализации ферментов в дрожжевой клетке

Ферменты, входящие в состав дрожжевой клетки, делятся на экзоферменты и эндоферменты. Эндоферменты выделяются клеткой для


гидролиза сложных веществ среды на простые, которые затем проникают через пористую клеточную стенку дрожжей внутрь, эндоферменты

  1. не выделяются в среду и действуют внутри клетки.

Различают конститутивные и адаптивные (индуцируемые) ферменты. У конститутивных ферментов субстратом для их индукции служат метаболиты, образующиеся в клетке при ее жизнедеятельности, у адаптивных

  1. индуктором является субстрат, содержащийся в питательной смеси.

Механизм поступления питательных веществ внутрь клетки достаточно сложный. Различают три способа транспорта: пассивный, сопряженный и активный. На рис. 5 приведены схемы различных видов транспорта питательных веществ через клеточную мембрану.

Кпеточная мембрана

Рис. 5. Схема видов транспорта питательных веществ через мембрану дрожжевой клетки: (А - пассивная диффузия, Б - сопряженный транспорт, В - активный транспорт)


Пассивная диффузия представляет собой транспорт вещества через мембрану из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Скорость диффузии пропорциональна разности концентраций по обе стороны мембраны и зависит от размера транспортируемого вещества. Существует корреляция между скоростью диффузии большинства сравнительно объемных молекул и их растворимостью в липо- фильных средах. Это связано с тем, что основой плазматических мембран является главным образом липидный слой.

Полярные и ионизированные вещества имеют очень низкую растворимость в липофильных растворах, поэтому такие вещества практически не транспортируются через мембрану за счет пассивной диффузии. Промежуточные метаболиты превращения сахаров в диоксид углерода большей частью представляют собой ионизированные соединения и поэтому удерживаются внутри дрожжевой клетки.

Некоторые полярные вещества легко проникают через клеточную мембрану. Одним из механизмов, объясняющих этот факт, является механизм сопряженного транспорта. Согласно этому механизму субстрат на наружной поверхности мембраны соединяется с молекулой переносчиком, образующийся комплекс далее «диффундирует» к другой поверхности мембраны и там расщепляется, выделяя перенесенную молекулу во внутренний объем клетки. Сопряженный транспорт также характеризуется разностью концентраций переносимого через клеточную мембрану вещества. Функции молекул-переносчиков зачастую выполняют белки - пермеазы.

Для активного транспорта характерно движение вещества против градиента концентрации (из области с низкой в область с высокой концентрацией вещества). Для осуществления активного транспорта затрачивается метаболитическая энергия клетки. Причем, скорость переноса глюкозы и аминокислот через клеточную мембрану при активном транспорте значительно выше, чем при пассивной диффузии.

На рис. 6 показано влияние концентрации вещества на скорость его проникновения внутрь клетки.

Транспорт веществ с участием переносчиков имеет три характерные черты;

  1. Скорость проникновения вещества через клеточную мембрану зависит от его концентрации. При низких концентрациях активный транспорт характеризуется как зависимость первого порядка, и скорость транспорта пропорциональна разности концентраций вещества вне клетки и внутри ее. Повышение концентрации вещества


в растворе до определенной концентрации приводит к тому, что скорость проникновения вещества не зависит от его концентрации.

  1. Сопряженный и активный транспорт характеризуется субстратной специфичностью, то есть переносится только одно вещество или группа сходных по строению веществ.
  2. В связи с тем, что транспорт осуществляется с помощью белков- переносчиков, он может ингибироваться как конкурентно (некоторые вещества могут конкурировать с субстратом за специфический центр в транспортных системах), так и неконкурентно (определенные вещества изменяют конформацию центра связывания в транспортных системах).

Рис. 6. Влияние концентрации вещества на скорость проникновения его в дрожжевую клетку

Таким образом, для адаптации дрожжей к условиям полуфабрикатов хлебопекарного производства необходимо создание благоприятных условий среды для синтеза определенных ферментов.

Промышленное производство хлебопекарных дрожжей осуществляется, как правило, на мелассной среде, основной составной частью сахаров которой является сахароза. В связи с этим дрожжевая клетка активно индуцирует экзофермент Р-фруктофуранозидазу, легко выделяющийся в окружающую среду. Фермент Р-фруктофуранозидаза всегда присутствует в клетке и сосредоточен с внешней стороны клеточной мембраны. В связи с этим гидролиз сахарозы происходит прежде, чем


она проникает в дрожжевую клетку, активность фермента высока и проявляется с первых минут брожения полуфабрикатов.

Питательная смесь, в которой выращивают дрожжи, не содержит мальтозы, поэтому индукция фермента сс-глюкозидазы (мальтазы) слаба. Эндофермент а-глюкозидаза локализуется в цитоплазме дрожжевой клетки. При сбраживании мальтозы углевод проникает внутрь клетки и там расщепляется на две молекулы глюкозы ферментом а-глюкозидазой.

Способность хлебопекарных дрожжей разрыхлять тесто зависит от активности зимазного комплекса клеток и от наличия сбраживаемых сахаров. Сахара в мучных полуфабрикатах хлебопекарного производства имеют несколько источников их происхождения - собственные сахара муки; сахара, получаемые под действием ферментов муки и дрожжей; сахара, добавляемые в полуфабрикаты по рецептуре.

Ввиду недостаточного количества собственных сахаров муки их технологическое значения невелико. В качестве источника углерода их достаточно только на начальный этап брожения полуфабрикатов. Источником сахара при созревании полуфабрикатов является крахмал, который под действием амилолитических ферментов муки расщепляется до а- дексгринов и мальтозы. Основным «технологическим сахаром» в полуфабрикатах хлебопекарного производства, не содержащих в своем составе рецептурного сахара, является мальтоза.

Динамика сбраживания сахаров при использовании прессованных дрожжей в полуфабрикатах, рецептура которых не содержит сахарозы, представлена на рис. 7.

При брожении опары одновременного сбраживания сахаров практически не происходит. В начале брожения дрожжевые клетки сбраживают глюкозу, а сбраживание фруктозы и мальтозы наступает через час и два часа соответственно.

Зимазный комплекс ферментов дрожжей обеспечивает превращение моносахаров в спирт и диоксид углерода Глюкоза сбраживается непосредственно, а фруктоза после изомеризации ее в глюкозу фрук- тоизомеразой дрожжей, которая является индуцируемым ферментом. Ферменты, сбраживающие глюкозу и сахарозу, являются конститутивными. Сахароза предварительно превращается в глюкозу и фруктозу под действием {З-фруктофуранозидазы дрожжей, причем скорость ее инверсии очень высока.

При наличии мальтозы в среде дрожжевая клетка секретирует фермент мальтопермеазу, который осуществляет транспорт мальтозы внутрь клетки, и фермент а-глюкозидазу (мальтазу), расщепляющий


мальтозу на две молекулы глюкозы, которая затем непосредственно сбраживается дрожжами при участии их зимазного комплекса с образованием диоксида углерода и этанола. Ферменты, участвующие в сбраживании мальтозы (мальтопермеаза и а-глюкозидаза), формируются только после того, как дрожжевые клетки оказываются в среде, содержащей этот дисахарид. Они являются индуцируемыми (адаптивными) ферментами.

Продолжительность брожения, ч

Рис. 7. Динамика сбраживания различных сахаров при брожении опары с применением прессованных дрожжей

Переключение дрожжей со сбраживания глюкозы на сбраживание фруктозы и мальтозы требует определенного периода, связанного с индукцией ферментов, поэтому скорость газообразования в полуфабрикатах в этот период незначительно снижается. После адаптиции к сбраживанию мальтозы скорость газообразования в тесте опять возрастает до тех пор, пока не наступает недостаток мальтозы в среде (рис. 8).

Фермент мальтопермеаза расположен в цитоплазматической мембране дрожжевой клетки, имеющей жидкостно-мозаичную структуру, и является липидзависимым ферментом. Известно, что существует функциональная зависимость между активностью ферментных систем, расположенных в цитоплазматической мембране дрожжей, и се микровяз- костыо. Таким образом, активность пермеазы, и следовательно, интен


сивность ферментативных превращений внутри клетки зависит от микровязкости ее мембраны, воздействием на которую можно регулировать скорость биохимических процессов брожения.

Продолжительность брожения полуфабрикатов, мин

Рис. 8. Динамика скорости газообразования прессованных дрожжей в полуфабрикатах при опарном способе тестоприготовления

Поскольку секреция индуцируемых ферментов дрожжей зависит от накапливающегося в среде субстрата (мальтоза), процесс адаптации клеток к мальтозной среде довольно продолжительный и это, вероятно, может отражаться на продолжительности сбраживания полуфабрикатов. Для ускорения процесса осахаривания крахмала муки в полуфабрикаты добавляют амилолитические ферментные препараты, что увеличивает содержание сбраживаемых сахаров в тесте и способствует интенсификации его созревания.

Высокой осахаривающсй способности крахмала в мучных полуфабрикатах можно достичь путем изменения генетических свойств дрожжей, используемых в хлебопекарном производстве, а именно за счет регулирования биосинтеза и секреции определенных ферментов дрожжей.

Обобщенная модель спиртового брожения в пшеничных полуфабрикатах представлена на рис. 9.

Представленная схема, характеризующая роль дрожжей при производстве хлеба, свидетельствует о том, что эффективность полуфабрикатов зависит от целого комплекса биохимических превращении.


46

[

г

i

J3

CI X S *

CZ

s 5

с;

№ И

1

Ъ У

1

К -D

X I Ф -Q 5 с; Ф ™

т

CLf_ U

Й 2 Ш го -гг

5 3 g

1Г*

S ^ 0Q

О 5 о. та

м 1-

па

S X

5

го

СП

~

О

Cl

ГО

X

ми

3

>s

л

I

го S ГО *

55

2 о

ГО *

Л Ф

■*■1

ц ф * Е >

Рис. 9. Обобщенная модель спиртового брожения в полуфабрикатах хлебопекарного производства


  1.  Молочнокислые бактерии

Значительную роль в созревании полуфабрикатов хлебопекарного производства играют молочнокислые бактерии, представляющие обширную группу микроорганизмов, образующих в результате брожения молочную кислоту и другие вещества.

Молочнокислые бактерии - это прямые палочки различных размеров от коротких (2-5 мкм) до длинных (12-15 мкм) шириной 0,5-1 мкм с закругленными концами. Расположены они одиночно, попарно или небольшими цепочками. Молочнокислые бактерии обычно неподвижны, размножаются простым делением, чаще всего спор не образуют.

Бактериальная клетка (рис. 10) покрыта мелкопористой оболочкой, состоящей из белков и углеводов, поверх которой имеется слизистая оболочка, называемая капсулой. Капсула и оболочка выполняют защитную функцию,

  1. капсула
  2. оболочка
  3. внешний слой цитоплазмы
  4. мсзосома
  5. рибосома
  6. нуклеоид
  7. запасные вещества клегки

Рис. 10 Строение бактериальной клетки

Внутри клетка заполнена цитоплазмой, состоящей в основном из белков.

В цитоплазме располагаются нуклеоид, рибосомы и мезосомы. Ядро выполняет организующую роль, управляет жизненными процессами клетки, регулирует обмен веществ, размножение, является носителем наследственной информации. Рибосомы являются центрами синтеза белка. В мезосомах происходят энергетические процессы.

Резервные вещества, накапливаемые в процессе жизнедеятельности бактерий, локализуются в виде зерен волютина.


r~~

  1.  Расы и штаммы молочнокислых бактерий

Вид Lactobacillus dclbruckii. Относится к подгруппе термобактерий. Клетки имеют вид крупных полочек длиной 5-9 и шириной 0,8-0,5 лиси, расположены одиночно или попарно. Колонии округлой формы, мелкие, выпуклые беловатого цвета. Зерен волютина не образуют.

Характерной особенностью бактерий данного вида является способность сбраживать глюкозу без образования углекислого газа. Оптимальная температура роста - 45-50° С. Из других углеволов они сбраживают сахарозу, мальтозу, галактозу, но не сбраживают лактозу, раффинозу, декстрины (табл. 4). Требовательны к содержанию в среде азотистых соединений. Бактерии этого вида хорошо развиваются в мучных средах и обладают большой интенсивностью образования кислоты. Они широко используются в хлебопекарном производстве при выведении жидких дрожжей.

Таблица 4

Сбраживающая способность молочнокислых бактерий

Вид

молочнокислых

бактерий

Сбраживание углеводов

галактоза

лактоза

сахароза

мальтоза j

ec

r>

О

X

ко

W

Cl

С!

ксилоза

раффиноза

КСИЛИТ

1 мелибиоза

C3

ГЛ

О

с»

03

u

о»

Q.

H

L delbruckii

dt

-

+

±

/,. planiarum

+

+

+

+

±

±

+

+

+

4

A. casei

+

+

+

+

-

-

-

+

-

+

L. brevis

+

±

±

+

±

±

-

+

-

L. fcrmenti

±

±

+

±

±

±

-

±

±

Штамм 30-1 выделен из производственной закваски, культивируемой без обновления в течение двух лет и отличается повышенной аци- до- и термотолерантностыо при кислотности от 17 до 22 град и температуре 48-70° С. Использование штамма позволяет сократить продолжительность заквашивания заварки до 6 ч и повысить содержание в ней глюкозы и аминного азота. Закваска при этом имеет приятный медовояблочный аромат.

Штамм 30-2 получен путем выращивания культуры 30-1 на среде, содержащей молочную сыворотку. Штамм устойчив к колебаниям температуры от 40 до 60° С и кислотности от 10 до 20 град. Продолжительность приготовления закваски сокращается до 4,5-5,0 ч.


Штамм 40 получен облучением ультрафиолетовыми лучами с последующим селекционированием на среде, в состав которой входит натрий лимоннокислый. Он отличается интенсивным кислотообразованием и повышенным синтезом ароматобразующий веществ (ацетальдегида и диацетила).

Штамм Д-76 выделен из производственных заквасок и характеризуется тем, что имеет крупные одиночные клетки. Кроме молочной кислоты образует 0,5% уксусной кислоты. Культура выпускается в виде сухого лактобактерина. .

Штаммы 30-1, 30-2, 40 селекционированы в ГосНИИХП, а штамм Д-76 - в Санкт-Петербургском филиале ГосНИИХП.

Вид Lactobacillus leichmannii входит в подгруппу термобактерий. Клетки бактерий более мелкие, чем у L. delbruckii (длиной около 4 и шириной 0,6-1 мкм), расположены одиночно или цепочками. Характерно наличие в клетках двух или более зерен волютина.

Как все термобактерии данный вид является гомоферментативным, т. е. сбраживает глюкозу без образования газа. В отличие от L. deibruckii, кроме мальтозы и сахарозы, сбраживает целлобиозу, трегалозу, лактозу, но не сбраживает галактозу. Нуждается в фолиевой кислоте и витамине Bi2.

Температурный оптимум находится в пределах 40-45° С. Вид L. leichmannii обнаружен в ржаных заквасках, но, по мнению исследователей, особой роли в брожении не играет.

Вид Lactobacillus plantarum принадлежит к гомоферментативным видам из подгруппы стрептобактерий. Клетки имеют вид толстых палочек средних размеров (3-8)х(0,7-1,0) мкм, при этом длина их может изменяться в зависимости от условий среды. При неблагоприятных условиях наблюдаются более вытянутые формы клеток. Клетки расположены одиночно или короткими цепочками. Зерен волютина в основном не образуют. Колонии средней величины, куполообразные, беловатые. На средах с мелом вокруг колоний образуется зона растворения мела. В хлебопекарном производстве описаны разновидности данного вида, имеющие вид снежинок (R-форма).

L. plantarum сбраживает многие сахара, в том числе мальтозу и сахарозу. Он требует для своего развития богатые среды, содержащие разнообразные углеводы, витамины, аминокислоты. Оптимальная температура для его развития 30° С. Отличается спиртоустойчивостью, выдерживая концентрацию спирта до 20%.

L. plantarum играет основную роль в процессе кислотонакопления при производстве пшеничных и ржаных заквасок.


Вид Lactobacillus casei относится к подгруппе стрептобактерий и является гомоферментативным по характеру брожения. По морфологическим, культуральным и физиологическим признакам он очень близок к L. plant arum.

В пределах вида L. casei различают три подвида: L. casei var. casei. L. casei var. rhamnosus и L. casei var. akictosus. Первые два из них отличаются тем, что могут развиваться при более высокой температуре - до 45° С, чем L. plantarum. Бактерии вида L. casei обнаружены в заквасках и тесте и принимают участие в кислотонакоплении полуфабрикатов.

Вид Lactobacillus brevis относится к подгруппе Р-бактерий. Сбраживает глюкозу с образованием диоксида углерода. Клетки преимущественно короткие - (2-4)х(0,7-1) мкм - без включений зерен волютина, расположены одиночно или цепочками разной длины. Колонии мелкие, выпуклые, беловатые, блестящие. Сбраживает мальтозу, сахарозу, галактозу, арабино- зу, нуждается в тиамине и фолиевой кислоте. Оптимальная температура роста 30° С, но может расти и при более ннзких температурах (15° С). Ог- дельные ш таммы данного вида хорошо развиваются при 34-37° С.

Вид L. brevis, как и L. plantarum, является специфичным для ржаных и пшеничных заквасок, принимает активное участие в образовании вкуса и аромата хлеба.

Вид Lactobacillus fermenti является гетероферментативным. Имеет клетки в виде коротких палочек размером (2-3)*(0,5-1) мки, расположенных одиночно или цепочками. По культуральным и физиологическим свойствам довольно близок к другим видам подгруппы Р-бактерий. Отличительная особенность этого вида заключается в том, что температурный оптимум роста у него значительно выше - в пределах 37—40° С. При 15° С рост не наблюдается. L. fermenti часто встречается в заквасках и является специфичным для хлебопекарного производства.

Вид Lactobacillus buclmeri относится к гетероферментативным бактериям. Клетки очень мелкие, размером (0,7—4}*0,35 мкм, расположены одиночно, попарно, часто длинными цепочками. Колонии мелкие, выпуклые, непрозрачные, желтоватые. Растет в широком диапазоне температур - от 15 до 45° С, способен сбраживать мелецитозу. Вид L. buclmeri описан в заквасках, но встречается в них в незначительном количестве.

  1.  Классификации молочнокислых бактерий

Существует несколько классификаций молочнокислых бактерий, основные из которых предложены Кнудсеном, Селибером, Шпихером, Ауэрманом. Основные положения предложенных классификаций представлены в табл. 5,6 и на рис. 11.

У



Таблица 5

Классификации молочнокислых бактерий

Литоры

классифи

каций

Группы молочнокислых бактерий

Продукты

жизнедеятельности

Оптимум

действии

Г оллигер (1902)

Bacillus acidificaus loltnissimus la/ar Вас. deibruckii Вас. laclis Пас. aculi

образование кислот

-

Гсинибсрг

(1926)

Bacillus panic farmenfafi

80% молочной кислоты +20% летучих кислот

-

Группа A-

молочнокислыс бактерии чистого молочного брожения

  1. Streplobacterium plantarum
  2. Thermobacterium (группа F)

молочная кислота

30-35° С

Кнудсен (Дания, 1924)

Группа В- молочнокислые бактерии, образующие наряду с молочной кислотой и летучие кислоты, гстсрофермснтативныс

  1. Betabacterium а
  2. Bet abac ten umJ3
  3. Betabacterium у

молочная кислота, уксусная кислота, спирт, углекислый газ

40—48° С 25-30° С

Г pyuria A (Streptobaclerium plantarum)

молочная кислота

25-30° С

Группа В (.Betabacterium\)

молочная кислота, летучие кислоты, газ, незначительное количество спирта

30-35° С

Сслибер.

Группа С (Thermobacterium)

молочная кислота

40-48° С

Бычковская,

Вольфсон,

Группа D(короткие и тонкие палочки)

(1933)

Группа Е (коккообразные палочки)

молочная кислота, уксусная кислота

25° С

Г руппа F (Вас. levans)

молочная кислота, спирт, \ глскислый аз. водород, незначительное количество азота


МИКРОФЛОРА ПОЛУФАБРИКАТОВ И ТИПЫ БРОЖЕНИЯ   53

Г. Шпихер выделил из 36 образцов ржаных заквасок 226 штаммов молочнокислых бактерий, которые были изучены по морфологическим признакам и биохимическим свойствам. На основании биохимических свойств выделенных штаммов молочнокислых бактерий Шпихер дал их классификацию, представленную в табл. 6.

Таблица 6

Соотношение молочнокислых бактерий по Шпихеру

Г руппы МКБ

Количество изолированных штаммов,

%

Наименование

МКБ

Температура

макс.

накопления

кислотности,

°С

Температурный предел кнелото- образования, °С

Сбражи

ваемые

вещества

54 Гомоферментативные МКБ

I

4,0

L. dclbruckii

30

40-45

глюкоза

11

1,8

L. teichmannii

35-40

40-50

глюкоза

III

41,1

L. plantarum

30-35

40-45

глюкоза,

лактоза

IV

7,1

L. casci

35-М)

45-50

глюкоза

46 Гетерофермешпатичныс МНЕ

V

24.8

L. brevis

30-35

40-45

глюкоза

VI

N,1

L. fermcnti

35-40

50

глюкоза

VII

4,9

L. pctslorianum

30-36

45-50

глюкоза.

декстрины

VIII

2,2

L. buchneri

30

40-50

глюкоза

На основании технологической апробации Шпихер отметил, что для получения хлеба со вкусом и ароматом, типичным для хорошего ржаного хлеба, необходимо наличие в закваске гетероферментативных молочнокислых бактерий. Шпихером установлено, что гетерофермен- тативные молочнокислые бактерии групп V—VIII менее солеустойчивы, чем гомоферментативные молочнокислые бактерии групп 1-IV. Это позволяет предполагать, что добавление соли в закваски создает условия для преобладания гомоферментативных молочнокислых бактерий, а следовательно, и «смягчения» вкусового ощущения кислотности хлеба. Л. Я. Ауэрман представил классификацию молочнокислых бакте- -'-гг ^рени* г' pp.ir г ^е\чрло'~пчгско,-‘ процессе


Условия (концентрация субстрата, температура, pi! и др.) для развития бактериальной микрофлоры в заквасках очень различны. Каждый вид бактерий имеет определенную температуру роста и верхний предел температуры, при котором этот процесс протекает еще достаточно интенсивно.

  1.  Молочнокислое брожение

По ферментативной деятельности молочнокислые бактерии разделяют на гомофермешпативные и гетероферментативные. При гомофермен- тативном брожении образуется 85-90% молочной кислоты, при гетерофер- ментативном - около 20-40%. Кроме того, при молочнокислом брожении, помимо молочной кислоты, образуются уксусная кислота, муравьиная кислота, этиловый спирт, диоксид углерода и другие вещества.

Типичное гомоферментативное молочнокислое брожение можно выразить в следующем виде:

С0Н12О6 -> 2СН3СНСООН глюкоза молочная кислота

При гетероферментативном молочнокислом брожении образуются несколько органических веществ. Суммарное уравнение сбраживания глюкозы упрощенно выглядит так:

6Н|206 -> CHjCHCOOH + СООНСН2СН2СООН +

глюкоза молочная кислота янтарная кислота

+ СНзСООН + СН3СН3ОН + со2 + Н2

уксусная кислота этиловый спирт диоксид водород

углерода

Молочнокислые бактерии являются факультативными анаэробами. Из углеводов они преимущественно сбраживают гексозы и дисахариды. Гетероферментативные молочнокислые бактерии и некоторые виды Lactobacillus plantarum сбраживают пентозы. Согласно современным представлениям гомо- и гетероферментативные молочнокислые бактерии отличаются по механизму сбраживания углеводов. Гомофермента- тивные виды содержат фермент альдолазу, но лишены пентозофосфоке- толазы. В связи с этим молочнокислое брожение у них протекает как гликолиз. У гетероферментативных культур нет альдолазы и триозо- фосфатизомсразы, но есть пентозофосфокетолаза, поэтому расщепление углеводов происходит исключительно по пентозофосфатному пути.


Гомоферментативное молочнокислое брожение происходит по гликолитической схеме Эмбдена-Мейергофа. Гетероферментативное сбраживаиие глюкозы молочнокислыми бактериями происходит другим путем - пентозофосфатным. Способность сбраживать пентозы наряду с глюкозой также отличает эти бактерии.

Некоторые виды гомоферментативных молочнокислых бактерий также могут сбраживать пентозы, причем из 3-х молей пентоз образуется 5 молей молочной кислоты.

Эта особенность имеет определенное технологическое значение при сбраживании ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов, которые содержат много пентозанов и продуктов их гидролиза.

Развитие молочнокислых бактерий происходит наиболее интенсивно в слабокислой среде и для большинства видов оптимальная активная кислотность среды составляет pH 5-6. В полуфабрикатах хлебопекарною производства бактерии активны при pH 3-3,5.

Повышенное осмотическое давление (при концентрации сахара в среде более 15% и соли более 6%) неблагоприятно воздействует на молочнокислые бактерии, но при высоких концентрациях спирта (до 18-24%) они способны развиваться.

Фактический баланс гомо- и гетероферментативного молочнокислого брожения представлен в табл. 7.

Таблица 7

Фактический баланс гомо- и гетероферментативного молочнокислого брожения

Продукты

брожении

Выход продуктов (в ммоль на 100 моль сброженной глюкозы) при брожении

гомоферментатпвном

гстсрофермснтативиом

Молочная кислота

174,0

79,5

Уксусная кислота

12,0

36,5

Муравьиная кислота

15,4

2,4

Этиловый спирт

7,0

49,8

Янтарная кислота

-

10,7

Углекислый газ

_

SS.0

Водорол

75,0

Ацетон

_

0,06

Глицерин

-

1.42


Сложные взаимодействия различных факторов (состав среды, pH, температура) определяют в конечном счете характер и количественное соотношение основных и побочных продуктов молочнокислого брожения. Образование уксусной кислоты не является желательным, т. к. эта летучая кислота обладает резко выраженным вкусом и запахом и чрезмерное ее накопление может ухудшить органолептические характеристики продукта.

Молочнокислые бактерии обладают протеолитической активностью, т. к. все виды этих бактерий содержат активные протеазы и пептидазы и могут выделять ферменты, расщепляющие белки во внешнюю среду. Кроме того, может происходить автолиз бактериальных клеток в процессе брожения и протеолитические ферменты будут попадать в сбраживаемый полуфабрикат.

Молочнокислые бактерии обладают некоторой липолитической активностью.

Для жизнедеятельности молочнокислых бактерий большое значение имеет азотистое питание, наличие минеральных солей, витаминов, аминокислот и некоторых органических соединений. Исключительно важным является спиртоустойчивость молочнокислых бактерий при совместном использовании их с дрожжами.

2.5. Другие типы брожения

В полуфабрикатах хлебопекарного производства, кроме спиртового и молочнокислого, встречаются пропионовокислое, бутиленгликолевое, масляное, ацетонобутиловое, ацетоноэтиловое и другие типы брожения.

  1.  Пропионовокислое брожение

Этот тип брожения характеризуется сбраживанием глюкозы, а иногда и пентоз в пропионовую и уксусную кислоты с образованием диоксида углерода и воды:

ЗС6Н1206 -► 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2С02 + 2Н,0 + Дж

глюкоза пропиошхюя уксусная ки- диоксид вода

кислота спота углерода

Бактерии, вызывающие пропионовокислое брожение, присутствуют в молочных продуктах, откуда могут попадать в хлебопекарные полуфабрикаты.

ГосНИИХП разработаны новые виды пшеничных заквасок, в том числе с целенаправленным культивированем пропионовокислых бакте


рий в мучных полуфабрикатах для использования при приготовлении хлеба. Выявлено, что пропионовокислые бактерии являются антагонистами по отношению к Basillus subtilis и могут быть использованы в хлебопекарном производстве для предотвращения заболевания хлеба «картофельной болезнью».

Фактический баланс пропионовокислого брожения при использовании бактерий и различных субстратов (глюкозы, молочной кислоты и пировиноградной кислоты) приведен в табл. 8

Таблица 8

Фактический баланс пропионовокислого брожения

Наименование

продуктов

брожения

Выход продуктов (моль на 100 моль субстрата) при сбраживании

глюкозы

молочной кислоты

пировиноградной

кислоты

Пропионсшая

кислота

76,0

63,3

43,7

Уксусная кислота

26,6

33,9

57,5

Янтарная кислота

10,8

6,9

7,1

Диоксид углерода

19,6

35,1

58,0

  1.  Бутиленгликолевое брожение

В муке иногда встречаются бактерии Aerobacterium aerogenes, которые попадают в хлебопекарные полуфабрикаты. При 2,3-бутиленгликолевом брожении образуются молочная, муравьиная, янтарная и уксусная кислоты, этиловый спирт, а также 2,3-бутиленгликоль в иных количествах и соотношениях, чем при гетероферментативном молочнокислом брожении.

  1.  Масляное и ацетонобутиловое брожение

Этот тип брожения вызывается многими микроорганизмами, распространенными в природе и встречающимися в пищевом сырье. Вид бактерий Clostridium asetobutylicum вызывает как маслянокислое, так и ацетонобутиловое брожение.

Суммарное уравнение масляного брожения, вызываемого видом Clostridium, можно представить в следующем виде:

С6Н|2Ое -> СН3СИ,СНдСООН + 2С02 + 2Н2 + Дж

глюкоза масляная кислота диоксид водород

углерода


Фактически при этом образуется еще уксусная кислота и некоторые другие продукты.

Если реакция среды кислая, то основным продуктом является бутиловый спирт и ацетон. Если брожение протекает в нейтральной среде, го основным продуктом является масляная кислота, а этанол и ацетон образуются в небольших количествах. В кислой среде наблюдается обратное: бутиловый спирт и ацетон представляют собой основные продукты брожения, а в небольшом количестве образуются некоторые другие вещества.

  1.  Ацетоноэтиловое брожение

Этот тип брожения вызывается бактериями вида Bacterium uceto- acetylicum и проходит по суммарному уравнению:

6Н|206 + Н20 -> СН,СОСНз + 2СН,С1 Ш11 + 5COz + 411, + Дж.

глюкоза води ацетон 'лтыовын бчоксиО соОород

спирт углерода

Выход этилового спирта и ацетона стабилен и соотношение этих продуктов лежит в пределах 2,5:1 или 3,5:1.

Для хлебопекарного производства имеет значение способность некоторых видов бактерий (Propionibactcrium, Aerohacter aerogenes) и молочнокислых бактерий (Lactobacillus pentosus. Lactobacillus pentaaccticus) сбраживать пентозы (L-арабипозу, D-ксилозу) с образованием молочной, уксусной кислот, диоксида углерода, а также этилового спирта, муравьиной, янтарной, пропионовой кислот и других веществ.

Таким образом, разнообразие микрофлоры сырья и полуфабрикатов хлебопекарного производства обусловливает сложность процессов брожения, которые определяются видом, количеством, чистотой применяемых культур бродильных микроорганизмов, параметрами процесса, обеспеченности микроорганизмов субстратом для сбраживания.

Наряду с основными продуктами - диоксидом углерода и спиртом или молочной кислотой в полуфабрикатах встречаются различные спирты, кислоты, карбонильные соединения. Фактический баланс брожения весьма сложен.

Продукты, получаемые в результате основных типов брожения, представлены в табл. 9.

Изучение видов бродильной микрофлоры и продуктов ее жизнедеятельности показывает, что практически все типы брожения наблюдаются при брожении пшеничных и ржаных полуфабрикатов. В зависимости от целого ряда конкретных условий изменяется степень участия того или иного микроорганизма в суммарном процессе брожения. На активность микрофлоры влияют количество микроорганизмов, влаж-


иость полуфабрикатов, кислотность, температура, наличие кислорода, технологическая схема сбраживания, штаммы основных возбудителей брожения и другие факторы.

Таблица 9

Продукты основных типов брожения (по Ирусалгшскому)

Продукты брожения

Тип брожения

молочнокислое гомофермента-  тивное

спиртовое

пропионовокис

лое

бутиленглколевое

ацетоноэтиловое

ацетонобутило

вое

молочнокислое гетерогенное (нетипичное)

Диоксид углерода

-

+

+

+

+

+

+

Водород

-

-

-

+

+

+

+

Муравьиная кислота

-

-

-

+

+

+

+

Уксусная кислота

+

-

+

+

+

+

+

Молочная кислота

+

-

-

+

-

-

+

Прогшоновая кислота

-

-

+

-

-

-

-

Масляная кислота

-

-

-

-

-

+

-

Янтарная кислота

-

-

+

+

-

-

+

Этиловый спирт

+

+

-

+

+

+

+

Изопропиловый спирт

-

-

-

-

-

+

-

Бутиловый спирт

±

±

-

-

-

+

-

Листом

-

-

-

+

+

+

-

Ацстнлмстил карбинол

-

-

-

+

+

+

-

Бутиленгликоль

-

-

~

+

+

+

-

Глицерин

-

+

-

+

-

-

-

Изучение физиологических и биотехнологических свойств различных видов микроорганизмов показало, что такой важный в технологии хлебопекарного производства продукт, как диоксид углерода, вырабатывается не только при спиртовом брожении, но и при всех типах брожения, кроме гомоферментативного молочнокислого.

Для обеспечения комплекса процессов брожения, позволяющих получать готовый продукт наилучшего качества, необходимо усиливать жизнедеятельность представителей микрофлоры, вырабатывающих наиболее желательные продукты брожения, и подавлять развитие других видов микрофлоры.


  1.  Дрожжи хлебопекарные как рецептурный компонент теста

Дрожжи хлебопекарные являются основным видом сырья для производства хлебобулочных изделий. Технологическая и функциональная роль дрожжей заключается в биологическом разрыхлении теста диоксидом углерода, выделяющимся в процессе спиртового брожения, придании тесту определенных реологических свойств, а также образовании этанола и других продуктов реакции, участвующих в формировании вкуса и аромата хлебных изделий.

  1.  Виды хлебопекарных дрожжей

Для приготовления хлебобулочных изделий применяются хлебопекарные прессованные, сушеные, инстантные дрожжи, дрожжевое молоко, жидкие заквасочиые дрожжи.

Прессованные дрожжи - это технически чистая культура дрожжей Saccharomyces cerevisiae, сформированная в брикеты влажностью 67-75%. Культура готовится выращиванием на специальных питательных средах путем постоянного накопления биомассы маточных и засев- ных дрожжей в условиях интенсивной аэрации среды до получения товарных дрожжей прессованием или вакуумированием. В одном грамме прессованных дрожжей содержится 10-15 млрд. клеток.

Сушеные дрожжи - это высушенные до влажности 8-10% при определенных условиях прессованные дрожжи, применяются после предварительной регидратации.

Быстрорастворимые (инстантные) дрожжи - высокоактивные сушеные дрожжи, не требующие регидратации перед внесением в тесто, приготовленные на основе определенных штаммов сахаромицетов с использованием современных условий культивирования, методов высушивания и защитных добавок и/или эмульгаторов.

Дрожжевое молоко (сепарированные дрожжи) - дрожжевая суспензия концентрацией 400-450 г/л, полученная после сепарации и используемая взамен прессованных дрожжей.

Жидкие дрожжи - специально приготовленный на хлебозаводе полуфабрикат на основе осахаренной заварки, заквашенной термофильными молочнокислыми бактериями, с последующим выращиванием на ней дрожжей вида Saccharomyces. Жидкие дрожжи используются в качестве биологического разрыхлителя теста или как средство улучшения


качества хлеба. В одном миллилитре жидких дрожжей содержится 70-120 млн. клеток.

Развитие современных технологий хлебопекарного производства требует использования дрожжей, адаптированных для использования к конкретным технологическим схемам, поэтому рядом предприятий и фирм выпускаются дрожжи осмотолерантные, полусухие замороженные, чувствительные к холоду, устойчивые к пропионату кальция, а также для использования в готовых смесях для хлебобулочных изделий.

Осмотолерантные дрожжи предназначены для приготовления теста с содержанием сахара-песка в рецептуре более 10% к массе муки. Особенности осмотолерантных дрожжей заключаются в низком содержании инвертазы, способности синтезировать трегалозу и глицерин, что позволяет снизить осмотическое давление и компенсировать потери внутриклеточной воды.

Дрожжи полусухие замороженные предназначены для применения в технологии быстрозамороженных тестовых полуфабрикатов для булочных и сдобных изделий. Содержание сухих веществ в этих дрожжах составляет 75-77%. В процессе производства дрожжей после сушки их замораживают, что придает им большую стабильность при хранении. Особенности полусухих замороженных дрожжей заключаются в замедленной интенсивности начала процесса брожения и в стабильности их свойств в замороженном тесте при низкотемпературном хранении.

Дрожжи, чувствительные к холоду, характеризуются чрезвычайно низкой ферментативной активностью в температурном диапазоне от 4 до 12° С и стандартной активностью при температуре 30^0° С. Это позволяет использовать их для приготовления теста, предназначенного для розничной торговли. Тестовые заготовки, приготовленные с этими дрожжами, могут храниться в течение нескольких дней при температуре 3-7° С, не подвергаясь изменениям, сопутствующим процессу брожения, вследствие чего отпадает необходимость их быстрого замораживания.

Дрожжи, устойчивые к пропионату кальция, характеризуются повышенной кислототолсрантностыо и адаптивностью к тесту, приготовленному с добавлением пропионата кальция как средства предотвращения картофельной болезни хлебопекарных изделий.

Дрожжи, предназначенные для производства готовых смесей (премиксов), способны храниться при доступе кислорода и влаги, а также не требуют предварительной гидратации. Такими свойствами дрожжи обладают из-за особенного строения защитных гранул, имеющих специальную оболочку и характеризующихся высокой пористостью


структуры, что способствует быстрому растворению гранул в полуфабрикатах хлебопекарного производства.

Дезактивированные дрожжи - продукт, не обладающий сбраживающей способностью, но имеющий ферментативную активность. Эти дрожжи являются натуральным улучшигелем восстановительного действия для теста, которому необходимо придать эластичные свойства и увеличить растяжимость.

Эффективность применения различных видов дрожжей определяется знанием основных кинетических закономерностей сбраживания сахаров, воздействием параметров окружающей среды, особенностями метаболизма дрожжей в зависимости от состава питательной среды и обусловливается физиологическими, биологическими и технологическими свойствами дрожжей.

Прессованные дрожжи применяются при приготовлении пшеничного теста и теста из смеси ржаной и пшеничной муки в количестве от 0,1 до 8% к массе муки в зависимости от рецептуры, способа производства и параметров технологического процесса. Количество сушеных дрожжей, вносимых в тесто, колеблется от 0,8 до 1,5%, иистантных - от 0,6 до 1,0% к массе муки.

Прессованные дрожжи вносятся в полуфабрикаты в виде предварительно приготовленной дрожжевой суспензии в воде при соотношениях от 1:2 до 1:4. Применение сушеных дрожжей включает предварительную стадию регидратации, иногда и активации. Для инстантных дрожжей не требуется предварительная подготовка, их вносят в тесто в сыпучем виде. Сравнительная характеристика при использовании различных видов хлебопекарных дрожжей приведена в табл. 10.

Важными факторами, которые находятся в зависимости от количества дрожжей в тесте и их активности, являются параметры технологического процесса - продолжительность и температура брожения полуфабрикатов. При сокращении процесса брожения теста количество дрожжей увеличивается. Отмечена прямая закономерность между величиной температурного коэффициента брожения и температурой брожения: при повышении температуры от 25 до 35° С интенсивность брожения увеличивается примерно в 2 раза.

Дозировка дрожжей зависит от способа тестоприготовления, определяющим параметром которого является продолжительность процесса. В практике хлебопекарного производства в зависимости от способа приготовления теста используются следующие количества прессованных дрожжей: при опарном способе - 0,5-1,0%; безопарном способе - 2.0-2,5%: однофазных ускоренных способах - 3.0-6.0% к массе муки.


Таблица 10

Сравнительная характеристика различных видов дрожжей

Нил дрожжей

Влажное! ь,

%

Тип

упаковки

Условии

хранения

Кол-во, %

Прессованные

дрожжи

70

Негерметичная,

тарная

При температуре 3-6° С до 12 суток

100

Дрожжевое

молоко

88-92

Бестарная

при температуре 3-6° С до 5 суток

170-180

Сушеные

дрожжи

8-10

Негерметичная,

тарная

При комнатной температуре до 3-.\ месяце»

50

Быстрорастворимые дрожжи

4

Герметичная

(вакуум-

упаковка)

При комнатной температуре до 3-х месяцев

25-30

Практическое значение имеет дифференциация сбраживающей активности дрожжей по отношению к различным сахарам в зависимости от способа тестоприготовления и, следовательно, продолжительности брожения полуфабрикатов. Для опарного и безопарного способов (общая продолжительность созревания которых составляет 210-350 мин) для достижения оптимальных свойств теста и хорошего качества хлеба имеет значение высокая мальтазная активность дрожжей. В процессе брожения опары, продолжительность брожения которой составляет 180-240 мин, происходит адаптация дрожжевых клеток к анаэробной мальтозно-мучной среде, поэтому интенсивность газообразования в тесте в значительно меньшей степени зависит от исходной мальтазной активности дрожжей по сравнению с безопарным способом.

При реализации ускоренных технологий, исключающих брожение теста в массе и имеющих общую продолжительность созревания полуфабрикатов 70-100 мин, индуцирование а-глюкозидазы дрожжами, которое начинается как правило через 70-90 мин от начало процесса брожения теста, не может оказать значительного воздействия на ход технологического процесса. Таким образом, приоритетное значение имеет высокая зимазная активность дрожжей. Рекомендацией при использовании ускоренной технологи приготовления хлебобулочных изделий является внесение в тесто не менее 2% сахара-песка.

Важным фактором, влияющим на количество дрожжей в тесте, является рецептура, то есть количество сахара и жировых продуктов J Наличие в тесте сахара и жиросодержащих продуктов влияет на фермента


тивную активность дрожжей и, следовательно, на их количество. При внесении сахара-песка в количестве более 7% к массе муки в тесте начинаются процессы плазмолиза дрожжевых клеток, вызывающего снижение их жизнедеятельности. Добавление в тесто жировых продуктов в количестве более 5% вызывает снижение газообразования, обусловленное адсорбированием на поверхности дрожжевых клеток жира, что замедляет или останавливает прохождение растворимых питательных веществ через клеточную оболочку, нарушая процессы метаболизма дрожжей. Этим обусловлены рекомендации увеличения количества дрожжей в тесте для сдобных изделий до 4-6% к массе муки или введения в технологический процесс стадии отсдобки теста, предусматривающей внесение сахара и жировых продуктов на последней стадии брожения теста.

Выбор вида и оптимальной дозировки дрожжей, продолжительности брожения полуфабрикатов хлебопекарного производства основывается на закономерностях, происходящих при их брожении, знании биотехнологических свойств различных видов дрожжей, механизмов влияния рецептурных компонентов во взаимосвязи с параметрами технологического процесса, способами тсстоприготовления.

  1.  Показатели качества и методы оценки свойств хлебопекарных дрожжей

В мировой практике технологические свойства дрожжей оцениваются по различным показателям, наиболее важные из которых основываются на определении ферментативной активности. Способы определения свойств дрожжей можно классифицировать на группы, представленные на рис. 12.

Действующий в настоящее время в нашей стране ГОСТ 171-81 «Дрожжи хлебопекарные» регламентирует следующие показатели их качества:

  1. органолептические (вкус, цвет, запах, консистенция);
  2. физико-химические (влажность, подъемная сила, кислотность в

день выработки и через 12 суток хранения, стойкость).

Качество сушеных дрожжей оценивают по органолептическим показателям, подъемной силе, влажности в день выработки и способности сохранять подъемную силу (ОСТ 18-193-74).

Анализ этих показателей свидетельствует о том, что технологические свойства дрожжей оцениваются по показателю подъемной силы -


продолжительности подъема теста, приготовленного по стандартной рецептуре, на определенную высоту. Этот метод, используемый во многих странах мира, подвергается критическому анализу, основанием для которого являются показатели низкой сбраживающей способности хлебопекарных дрожжей в производственных условиях, несмотря на соответствие их показателям стандарта.

Рис. 12. Классификация способов определения качества хлебопекарных дрожжей

Т. В. Туляковой установлено, что при определении показателя подъемной силы дрожжей сбраживанию подвергаются лишь собственные сахара муки, а сам показатель характеризует активность зимазного комплекса ферментов дрожжей. Подъемная сила не может считаться достаточно объективным показателем, адекватно оценивающим активность всех ферментных систем дрожжевой клетки, в том числе активность а-глюкозидазы.


Специалистами дрожжевой промышленности предложен ряд способов определения свойств хлебопекарных дрожжей по активности их ферментативного комплекса. Эти способы предусматривают определение л шалюй и мшьттиой активности, которые выражаются продолжительностью выделения 10 см3 диоксида углерода при сбраживании 5 %-ного раствора глюкозы и мальтозы соответственно.

Показатели подъемной силы и зимазной активности характеризуют по существу один и тот же процесс - сбраживание глюкозы зимазным комплексом дрожжевой клетки. Показатель активности зимазного комплекса дрожжей характеризует способность ферментов осуществлять превращение сахара в спирт и диоксид углерода и не учитывает сбраживание мальтозы.

Существенным недостатком определения показателя мальтазной активности дрожжей является состав синтетической среды для определения, так как в состав мальтозы всегда входит от 1,5 до 4% глюкозы, которая преимущественно сбраживается дрожжами и искажает результаты анализа. На интенсивность сбраживания дрожжами мальтозы в муке значительно влияют компоненты муки, в том числе микро- и макроэлементы, витамины, ферменты, клейковина и др. Следовательно, при определении мальтазной активности дрожжей в синтетической и мучных средах результаты не сопоставимы. Таким образом, перечисленными методами не всегда возможно объективно оценить свойства дрожжей, прогнозировать качество хлеба и корректироват ь технологический процесс в требуемом направлении.

Группой исследователей кафедры технологии хлебопекарного производства МГУПП совместно с рядом других научных коллективов и промышленных предприятий проведен комплекс исследований, позволяющих сформулировать теоретические положения, которые легли в основу разработки методов оценки свойств дрожжей, введено понятие биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей, разработан метод их оценки.

Биотехнологические свойства дрожжей характеризуются как свойства дрожжей в мучных полуфабрикатах при их созревании выделять продукты метаболизма, обусловливающие определенную продолжительность процесса и способствующие формированию тех или иных показателей технологических свойств полуфабрикатов и качества хлеба.

В основу разработанного способа оценки свойств дрожжей легли теоретические положения, разработанные И. К. Елецким и продолженные Н. А. Нсзнановой, В. Я. Черныхом, И. В. Матвеевой, Г. В. Соловьевым и


др. Согласно этим положениям, критерием оптимальности процесса брожения является максимальная скорость газообразования в полуфабрикатах. Таким образом, для выявления свойств основного сырья созревание полуфабрикатов следует проводить до оптимума. Качество дрожжей предложено оценивать по величине бродильной активности - объему диоксида углерода, выделившегося при брожении теста до достижения максимальной скорости газообразования, выраженного в куб. сантиметрах газа на 1 г сухого вещества дрожжей при атмосферном давлении 760 мм. рт. ст.

Для оценки биотехнологических свойств дрожжей готовят тесто безопарным способом по установленной рецептуре:

  1. мука пшеничная I сорта - 25,00 г;
  2. дрожжи прессованные влажностью 75% - 0,625 г;
  3. соль поваренная - 0,375 г;
  4. вода - до влажности теста 44,5%.

Температура теста по окончании замеса должна составлять 32° С. Тесто помещают в термостатированный при температуре 32° С микрогазометр и определяют скорость газообразования в нем при температуре 32° С. Определение ведут до достижения устойчивого снижения скорости газообразования после его второго экстремума.

По кривой кинетики скорости газообразования теста, приготовленного безопарным способом (рис. 13), определяют продолжительность процесса созревания теста тор1 и показатель бродильной активности дрожжей - количество диоксида углерода, выделившегося в течение оптимальной длительности от начала брожения до тор1_.

Установлено, что коэффициент корреляции между показателями качества хлеба (удельный объем хлеба, общая сжимаемость мякиша хлеба) и бродильной активностью дрожжей составляет 0,90 и 0,78 соответственно, а между показателем удельного объема хлеба и подъемной силы дрожжей - 0,44.

Оценка бродильной активности дрожжей позволяет анализировать и учитывать активность мальтазы дрожжей и полнее характеризовать их биотехнологические свойства.

Недостатком разработанной методики оценки биотехнологических свойств дрожжей является использование муки пшеничной первого сорта, которая имеет различные показатели качества и активность ферментных систем, в том числе и амилолитических, что отражается на значении их показателя бродильной активности. Целесообразно про-


должить разработку методой определения бродильной активности дрожжей.

Продолжительность брожения теста, мин

Рис. 13. График кинетики газообразования хлебопекарных дрожжей при безопарном способе тестоприготовления

  1.  Способы повышения качества хлебопекарных дрожжей

Проблемой разработки методов повышения активности хлебопекарных дрожжей занимались многие научные коллективы институтов и промышленных предприятий. Исследования проводились по двум основным направлениям: активация хлебопекарных дрожжей, повышение биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей различными способами.

Изучение процесса активации хлебопекарных дрожжей основывается на исследовании закономерностей, протекающих в дрожжевых клетках в анаэробно-мальтозной среде полуфабрикатов хлебопекарного производства.

Повышение биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей реализуется посредством применения для стабилизации показателей их качества специальных пищевых добавок.

  1.  Сущность и методы активации хлебопекарных дрожжей

Вопросы, связанные с предварительной активацией прессованных дрожжей, изучались и разрабатывались на кафедре технологии хлебопекарного производства МГУПП. Эта работа была обусловлена экономи


ческой необходимостью повышения эффективности опарного и безо- парного способов тестоприготовления, уменьшения количества дрожжей, вносимых в тесто, без снижения качества готовых изделий.

Сущность процесса активации хлебопекарных дрожжей заключается в использовании дополнительной стадии технологического процесса - фазы активации, где хлебопекарные дрожжи помещаются в специально приготовленную питательную смесь.

Питательная смесь состоит из муки, воды, заварки, обогащенной неферментированным солодом и соевой мукой. Продолжительность активации дрожжей зависит от способа приготовления теста и составляет для безопарного способа 2-3 часа, а для опарного - 1 час.

Опыт ряда хлебозаводов показал, что применение предварительно активированных хлебопекарных дрожжей позволяет снизить их расход на 25-40% при одновременном сокращении продолжительности брожения опары на 10-15%.

Теоретическое объяснение процесса активации дрожжей заключалось в том, что при использовании фазы активации создаются более благоприятные условия для дрожжевой клетки.

При производстве прессованных дрожжей биомассу выращивают в условиях усиленной аэрации питательной среды, в связи с чем ферментный комплекс дрожжей приспособлен к аэробным условиям жизнедеятельности. В опаре или тесте дрожжевые клетки попадают в условия, близкие к анаэробным, и поэтому переключаются с дыхания на брожение. Внутренняя структура дрожжевой клетки при этом существенно перестраивается, ферментный комплекс изменяется, приспосабливаясь к новым условиям существования. Процесс переключения дрожжевых клеток с дыхательного типа жизнедеятельности на бродильный требует определенной продолжительности и соответствующих условий. Было установлено, что для ускорения процесса брожения опары или теста такое переключение следует проводить в небольшом количестве питательной среды, оптимальной по составу для данного процесса.

Дрожжевые клетки в фазе активации из состояния покоя переходят в активное состояние, переключаются с дыхательного на бродильный способ жизнедеятельности.

При активации дрожжевые клетки не размножаются, а потери сухих веществ при приготовлении фазы активации дрожжей уменьшается в результате сокращения продолжительности брожения полуфабрикатов.

В содружестве с работниками хлебозавода №4 г. Москвы была разработана технология проведения активации прессованных дрожжей и создана необходимая для этого процесса опытная установка.


Изложенная теория активации дрожжей А. Г. Гипзбургом существует несколько десятилетий и подтверждена практическими результатами разработок способов и составов питательных срсд для прессованных и сушеных дрожжей.

В конце 80-х годов И. К. Елецким были получены новые результаты исследований с критическим анализом некоторых положений теории процесса активации.

При этом подвергается критике термин «активация» дрожжей, поскольку в науке «активация» определяется как переход объекта из недеятельного состояния в деятельное, а дрожжи существуют всегда в деятельном состоянии. Дрожжевые клетки, подобно всем живым организмам находятся в деятельном состоянии, которое проявляется в их постоянном и непрерывном обмене веществ со средой. По мнению И. К. Елецкого, «активации дрожжей в природе не существует поскольку означает превращение недеятельных мертвых веществ в деятельные живые организмы».

Анализируется положение о том, что переключение энергетического обмена дрожжевой клетки с дыхания на брожение в процессе фазы активации дрожжей происходит в течение 1-2 часов. Изучение адаптации прессованных и сушеных дрожжей к условиям среды хлебопекарного производства показало, что она протекает в две стадии.

Первая стадия осуществляется при суспензировании дрожжей в воде перед замесом мучного полуфабриката путем переключения дрожжевых клеток с дыхания на брожение. Поскольку дыхательные и бродильные ферменты являются конститутивными ферментами (синтезируются дрожжами постоянно и независимо от состава среды обитания и всегда содержатся в их клетках), переключение с дыхания на брожения не требует какого-либо времени.

Вторая стадия - адаптация дрожжей к сбраживанию фруктозы и мальтозы мучного полуфабриката после замеса - происходит путем индуцирования в их клетках синтеза фруктоизомеразы и мальтазы под воздействием данных сахаров.

Критерием адаптированности дрожжей к мучной среде является нарастание скорости газообразования полуфабрикатов до максимума без перепадов и продолжается эта стадия от 3 до 6 часов.

На основании анализа динамики скорости газообразования теста на прессованных, «активированных» и адаптированных дрожжах во взаимосвязи с качеством готовых изделий, И. К. Елецким было сделано заключение об неэффективности применения активированных дрожжей,


так как фаза активации увеличивает суммарную продолжительность приготовления хлеба и не улучшает качество готовых изделий.

Однако, эффект активации дрожжей был установлен многочисленными исследованиями в научных лабораториях, подтвержден и доказан многолетней практикой использования этого способа в производственных условиях.

Анализ работ А. Г. Гинзбурга, И. К. Елецкого и других ученых, работавших над этой проблемой, позволил сделать нижеследующее заключение.

На практике продолжительность процесса тестоприготовления не всегда соответствует оптимальной, брожение полуфабрикатов проводится в соответствии с технологическими инструкциями без учета свойств дрожжей, качества хлебопекарной муки и других факторов. В этом случае наличие фазы активации будет способствовать началу адаптации дрожжей и именно этим можно объяснить улучшающий качество хлеба эффект, возможность снижения количества дрожжей и интенсификацию процесса.

Среда активации, обычно, содержит заварку, белый неферментиро- ванный солод, а также соевую муку. Их применение оказывает положительное влияние на интенсивность брожения полуфабрикатов, реологические свойства теста и качество готовых изделий.

Активация прессованных дрожжей обеспечивает начало их адаптации к анаэробной мальтозно-мучной среде. В фазе активации создаются условия для индукции фруктоизомеразы и а-глюкозидазы, что является адаптацией дрожжевой клетки к мапьтозной среде.

Способы приготовления питательных смесей для активации дрожжей направлены на создание условий, оптимальных для их жизнедеятельности, и обогащения полуфабрикатов сахарами, аминокислотами, минеральными веществами, витаминами и другими биологически активными компонентами. Многочисленные разработки, проведенные в МГУПГ1, ГосНИИХП, МГТА, ВТА, КемТИПП и других организациях могут быть систематизированы по использованию следующих компонентов при приготовлении питательных смесей:

  1. внесение минеральных солей (сульфата аммония, магния, кальция, цинка, марганца, гидрофосфата калия, триполифосфата натрия и др);
  2. внесение сахарсодержащих добавок (сахар-песок, свекольный порошок, яблочный порошок, концентрат квасного сусла и др.);
  3. приготовление различных гидролизатов из пшеничной муки или крахмального молока путем внесения термостабильной бактери


альной или грибной а-амилазы, глюкоамилазы; молочной сыворотки, предварительно гидролизованной Р-галактозидазой; крахмала сырца, гидролизованного амилазой, с последующим внесением белковой добавки; амилолитических препаратов и минеральных компонентов.

Инструкцией ГосНИИХП (Рекомендации по активации хлебопекарных дрожжей. Утв. 20.04.87 г.) предусмотрено проведение активации дрожжей в средах, состоящих их муки и воды; муки, воды, Амило- ризина ПЮх или комплексных хлебопекарных улучшителей; муки, воды в смеси с высокоосахаренным ферментным полуфабрикатом; муки, воды, заварок.

Для повышения биологической активности микроорганизмов предложены различные физико-химические способы повышения активности микроорганизмов: магнитные, термические, электрохимические, ИК-способы, способы обработки лазерным излучением и др.

Исследованиями, проведенными в Воронежской технологической академии, установлено, что значительное воздействие на микроорганизмы оказывает электрохимическая обработка. Экспериментальным путем установлены наиболее рациональные параметры электрохимического воздействия (плотность тока 5,5-6,6 мА/м~, период обработки 1-2 мин, pH 4,8-5,2).

Механизм воздействия электрохимической обработки достаточно сложен. Он заключается в повышении активности биомембран, что приводит к более интенсивному действию ферментов. Электрохимическая обработка влияет на энергетическое состояние компонентов биохимических реакций. Эффект электрохимической обработки снижает трансмембранный потенциал, который имеет место при переносе питательных веществ через клеточные стенки дрожжей. Энергия активации воздействует на скорость реакций, протекающих с преодолением энергетического барьера, а именно на реакции переноса веществ через биологические мембраны .

Электрохимическое воздействие способствует снижению величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Подводимая энергия затрачивается не только на осуществление химической реакции, но и на увеличение потенциальной энергии. Молекулы воды, ассоциации клеток, гидратированные ионы и микрочастицы совершают колебательные движения. При их резонансе возникают кванты энергии, способные деформировать связи, изменять структурную характеристику


системы. Конгломераты дрожжевых клеток при этом полностью разрушаются, что приводит к их равномерному распределению в полуфабрикатах хлебопекарного производства.

Наиболее эффективной является обработка дрожжевых клеток в питательной смеси с использованием ячменного и ячменно-кукурузного гидролизатов. Проведение электрохимической обработки дрожжевого молока, прессованных и сушеных дрожжей в зерновых гидролизатах приводит к увеличению подъемной силы дрожжей в 2-3 раза.

Использование комплексного воздействия сбалансированного состава питательной смеси и электрохимической обработки полуфабрикатов для улучшения биотехнологических показателей дрожжевых клеток позволяет значительно улучшить качество хлеба.

Поиск новых экономически целесообразных путей повышения биотехнологических свойств дрожжей в хлебопекарном производстве показывает перспективность использования такого физического фактора, как лазерный свет низкой интенсивности, эффективность применения которого подтверждена практическим использованием в некоторых областях промышленности и медицины.

Изучена и обоснована целесообразность обработки хлебопекарных дрожжей лазерным излучением длинной волны 632,8 им для повышения их биотехнологических свойств. Низкие суммарные дозы лазерного излучения повышают биотехнологические свойства дрожжей, более высокие - стимулируют их рост и размножение. Установлено, что лазерная обработка дрожжей при оптимальных параметрах способствует повышению активности их ферментных систем, повышает биосинтез белка и аминокислот.

В ряде отраслей пищевой промышленности применяется электронно-ионная технология, основанная на силовом воздействии электрических полей на электрозаряженные частицы, что ускоряет производственные процессы, улучшает качество готовой продукции.

Электронно-ионная обработка прессованных дрожжей позволяет увеличить их зимазную активность. Наибольший эффект наблюдается при силе тока коронного разряда 50 мкА, длительности обработки 15 мин на расстоянии между объектом обработки и электродами 15 мм.

Многообразие способов повышения активности хлебопекарных дрожжей при различных составах питательных смесей и параметрах процесса активации, физических методах обработки дрожжевой суспензии позволяет выбрать наиболее приемлемый для условий конкретного производства с учетом оптимального эффекта.


«,

  1. Методы стабилизации биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей

Проблема стабилизации биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей является актуальной, так как даже непродолжительное хранение прессованных дрожжей сопровождается снижением активности их ферментативного комплекса, разрушением клеток в результате автолиза и воздействия посторонней микрофлоры.

В мире существуют две основные группы способов повышения стабильности свойств дрожжей при хранении:

  1. способы воздействия на дрожжевые клетки в процессе их роста (использование особых штаммов дрожжей, оптимизация способов и технологических параметров дрожжерастильного процесса, поддержание стерильных условий);
  2. способы обработки дрожжей на последних стадиях технологического процесса их производства (перед прессованием, при формовании и т. п.).

Анализ отечественной и зарубежной литературы, посвященной способам стабилизации качества дрожжей при хранении, которые применяются на конечных этапах дрожжерастильного производства, показал, что для этой цели используют вещества различного строения и механизма действия.

По типу воздействия эти вещества можно классифицировать на следующие группы:

  1. вещества, регулирующие влажность дрожжей;

« поверхностно-активные вещества;

  1. антиокислители и их синергисты;
  2. вещества, регулирующие контакт клеток с окружающей средой,
  3. вещества, воздействующие на микрофлору дрожжей.

Некоторые соединения обладают комплексным механизмом действия, что усиливает их стабилизирующее влияние и повышает эффективность использования.

Одним из простых способов стабилизации свойств дрожжей является снижение содержания общей (вне- и внутриклеточной) влаги. Механическим путем нельзя достигнуть снижения влажности менее 70%.

Наиболее эффективным путем создания постоянного соотношения между содержанием вне- и внутриклеточной влаги является внесение в дрожжевую суспензию гидрофильных, гидрофобных или осмотически


активных веществ. Эти вещества приводят к выделению части клеточной воды во внеклеточное пространство, частичному обезвоживанию клеток и тем самым снижению их общей влажности.

В качестве осмотически активных веществ, используемых для снижения доли внутриклеточной влаги дрожжей, применяются как неорганические, так и органические вещества (рис. 14).

Рис. 14. Осмотически активные вещества, применяемые в дрожжевом производстве

Установлено, что чем больше молекулярная масса металла и радиус его электронной оболочки, тем в большей степени проявляется стабилизирующий эффект.

Эффективность обезвоживания дрожжевых клеток повышается добавлением в дрожжевую биомассу гидрофильных веществ, имеющих хорошо развитую поверхность, которые подразделяются на набухающие и увлажняющие. В качестве гидрофильных набухающих соединений используются метилцеллюлоза, карбоксиметилиеллюлоза, целлюлоза, пектин, экстракты льняного семени, белки сои, молока, соли аль- гиновой кислоты и др. Гидрофильные вещества обычно применяются в количестве 0,1-10% к массе сухих веществ дрожжей, при этом оптимальная дозировка в среднем составляет 2-3%.


Для улучшения сохранности прессованных дрожжей предложено добавлять к дрожжам тонкоизмельчениые гидрофобные вещества, которые распределяясь вокруг частиц дрожжевой биомассы, делают ее сыпучей, обладающей свойствами свободной текучести.

Жизнеспособность дрожжевых клеток увеличивается при совместном использовании гидрофильных и гидрофобных веществ в небольших количествах (0,01-5% к массе прессованных дрожжей).

Повышенная влажность прессованных дрожжей наряду с наличием в их клетках липидов (триглицеридов, фосфатидов) приводит к окислению клеточных структур, образованию перекисей и гидроперекисей, которые значительно ускоряют порчу дрожжей.

Для предотвращения окисления в промышленности широко применяют вещества антиокислительной природы. Антиоксидантами являются соединения, присутствующие в небольших количествах и способствующие ингибированию цепных реакций окисления путем устранения свободных радикалов. В литературе описаны вещества, обладающие антиокислительными свойствами, которые по своему происхождению делятся на природные и синтетические, органические и неорганические. К наиболее известным антиоксидантам природного происхождения относится токоферол.

Искусственным путем созданы и широко применяются в промышленности производные ацетилуксусной кислоты, фенола, сорбиновой кислоты и др.

Отмечается, что наибольший эффект антиоксиданты оказывают при предварительном их растворении в эмульгаторах или растительных маслах.

Воздействие многих антиоксидантов может быть усилено добавлением так называемых синергистов. В качестве синергистов могут выступать неорганические и органические кислоты (фосфорная, лимонная, аскорбиновая, винная, тиопропионовая и др.) и их соли в количествах, сопоставимых с дозировками соответствующих антиоксидантов.

Механизм действия синергистов в общем случае может быть объяснен инактивацией ионов тяжелых металлов, образованием комплексных соединений и регенерацией антиоксидантов.

Существенным фактором, снижающим свойства дрожжей при хранении, является действие протеолитических ферментов клетки. Эти ферменты размягчают дрожжевую биомассу, что ведет к ее автолизу. Протеазы дрожжей активны в восстановленной форме и теряют свою активность при переходе в окисленное состояние. Для стимулирования


этого процесса в промышленности используют соединения окислительного действия, например, перекись водорода.

Имеются сведения о стабилизирующем эффекте изменения pH среды на сохранность прессованных дрожжей. При обработке дрожжей растворами соляной и фосфорной кислот при pH 2,5-6,0 с последующей нейрализацией раствором едкого натрия или калия наблюдалось значительное увеличение срока сохранности активных прессованных дрожжей.

Для поддержания pH среды на нужном уровне могут использоваться сухие бактериальные закваски, которые вносят в количестве 30-35% к массе дрожжей в смеси с мукой до достижения влажности композиции 20-25%.

Одним из перспективных направлений в технологии производства дрожжей стабильного качества является регулирование их контакта с окружающей средой посредством заключения дрожжевых клеток в микрокапсулы с полупроницаемыми стенками, что позволяет управлять ферментативной активностью клеток. Необходимым условием, помимо технологической эффективности использования микрокапсул, является отсутствие отрицательного их воздействия на органолептические свойства и пищевую ценность продукта.

Методики получения инкапсулированных дрожжей различаются как типом используемых полимеров, так и технологией создания капсул. Тип полимера влияет на пористость микрокапсул, их механическую прочность, проницаемость, толщину слоя, растворимость и другие свойства капсул, что в конечном итоге определяет длительность хранения дрожжей.

Наряду с несомненной эффективностью использования капсулиро- ванных дрожжей и удобством их дозирования в процессе тестоприго- товления, их использование сопряжено с трудностями экономического и методического характсра.

Одной из существующих причин снижения качества дрожжей при хранении является наличие посторонней микрофлоры в товарной биомассе. Для максимального снижения количества вредных микроорганизмов большинство стадий дрожжерастильного процесса ведут в стерильных условиях. Это не распространяется лишь на последнюю стадию, вследствие экономической нецелесообразности стерилизации больших объемов питательной среды.

Для снижения инфицирования дрожжей перед их прессованием или в течение этого процесса используют различные приемы и методы:


г

\

  1. обработка пероксидом водорода суспензии дрожжей в течение 1-го часа перед их прессованием;
  2. применение различных антимикробных веществ, получаемых химическим и биологическим путем.

Известно, что кислоты обладают сильным антимикробным действием. Из группы органических кислот, изучено влияние уксусной, бензойной, пропионовой, лимонной, сорбиновой, молочной, винной кислот. Установлено, что резкое снижение pH среды негативно сказывается на хлебопекарных свойствах дрожжей, что обусловлено гибелью дрожжевых клеток.

Из биологических способов консервирования дрожжей изучен метод введения в состав дрожжей молочнокислых бактерий, а также питательных веществ, обладающих гигроскопическими свойствами (крахмал, мука, сахароза).

В последние годы в МГУПП были проведены исследования влияния соединений различной природы, строения и механизмов действия на стабилизацию свойств хлебопекарных дрожжей и предложены новые эффективные типы стабилизаторов.

Установлено, что в качестве гидрофильных набухающих веществ целесообразно применять сухую водорастворимую гемицеллюлозу в дозировке 1-5% к массе дрожжей, что позволяет увеличивать бродильную активность дрожжей на 10-22% и повышать стабильность их свойств в 1,2-1,5 раза.

Установлена эффективность непродолжительной обработки дрожжей растворами солей щелочных и щелочно-земельных металлов, обладающих осмотической активностью.

Разработан способ воздействия на хлебопекарные дрожжи растворами органических и неорганических солей железа со степенью окисления +2 (лактат железа) и +3 (хлорид, цитрат железа) в количествах 1-3% к массе дрожжей. Обработка препаратами железа позволяет повышать бродильную активность дрожжей до 20%, одновременно увеличивая стабильность их свойств в 2-3 раза.

Показано, что остаточное содержание железа в прессованных дрожжах, обработанных препаратами хлорида и цитрата железа в оптимальных дозировках, составляет соответственно 9,55 мг% и 7,25 мг%, что приводит к увеличению количества железа в пшеничном хлебе на 6% и является безопасным для человека.


  1.  Жидкие дрожжи

В качестве биологического разрыхлителя при производстве хлеба из пшеничной, смеси пшеничной и ржаной муки в отечественном хлебопекарном производстве используются жидкие (заквасочные) дрожжи. Приготовление жидких дрожжей осуществляется непосредственно на хлебопекарных предприятиях. Применение жидких дрожжей обеспечивает высокие органолептические (характерные вкус и аромат) и структурно-механические показатели качества готовых изделий, обладающих длительным сроком сохранения потребительских свойств. При этом улучшается качество хлеба из муки с повышенной автолитической активностью, пониженной газо- и формоудерживающей способностью. Жидкие дрожжи являются одним из средств предупреждения «картофельной» болезни хлеба.

Характерной особенностью жидких дрожжей является наличие всех бродильных ферментов (в том числе фруктоизомеразы и мальтазы) в активном состоянии.

Известны различные схемы приготовления жидких дрожжей: Московская, Джамбульская, Ростовская, Ленинградская и др. Наиболее распространенной в промышленности является «рациональная» схема, разработанная в 30-х годах проф. А. И. Островским.

Сущность «рациональной» схемы состоит в использовании для выращивания дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae мучной осахаренной запарки, заквашенной термофильными молочнокислыми бактериями.

Рациональная схема приготовления жидких дрожжей включает следующие основные стадии:

  1. приготовление заварки из муки и воды и ее осахаривание с использованием солода белого неферментированного или комплекса ферментных препаратов амилолитического действия;
  2. заквашивание осахаренной заварки термофильными молочнокислыми бактериями Lactobacillus deibruckii;

® выращивание дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae на заквашенной заварке.

При производстве жидких дрожжей в основном используют активные штаммы термофильных молочнокислых бактерий вида L. deibruckii (синоним Thennobacterium cereale) и штаммов дрожжей Saccharomyces cerevisiae, имеющих стабильные технологические показатели и обладающих кислото- и термоустойчивостыо.


Для улучшения биохимических и технологических свойств жидких дрожжей в ГосНИИХП проводены работы по созданию новых видов чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий, отличающихся кислото- и термоустойчивостыо, осмочувствительностыо, повышенной продуктивностью, дрожжевых клеток.

  1.  Приготовление жидких дрожжей

При приготовлении жидких дрожжей применяют следующие виды муки:

  1. для хлеба и хлебобулочных изделий из пшеничной муки второго сорта - муку пшеничную второго сорта;
  2. для изделий из пшеничной муки первого сорта - смесь пшеничной муки второго и первого сортов в соотношении 1:1;
  3. для ржано-пшеничных сортов хлеба - муку ржаную обдирную и смесь ржаной обдирной и пшеничпой обойной в соотношении 1:1.

Заварку готовят смешиванием муки и воды при температуре 83-85° С. Осахаривание заварки производят неферментированным ячменным или ржаным солодом, амилолитическими ферментными препаратами (Амилоризин ПЮх, Глюкоамилазой очищенной или их смесью) в течение 2 часов.

Процесс приготовления жидких дрожжей включает два цикла - разведочный и производственный.

Разведочный цикл - начальный процесс приготовления жидких дрожжей, заключающийся в постепенном размножении чистых кулыур термофильных молочнокислых бактерий и маточных дрожжей на жидкой среде (солодовом сусле) и мучной осахаренной заварке до количества, необходимого для производства хлеба. Разводочный цикл состоит из четырех стадий общей продолжительностью 70-130 ч и характеризуется десятикратным увеличением объема заквашенной заварки и маточных дрожжей в каждой (кроме последней при приготовлении маточных дрожжей) стадии. Конечная кислотность заквашенной заварки составляет 12-14 град, а маточных дрожжей -8-10 град.

Производственный цикл приготовления жидких дрожжей осуществляется по двум вариантам: приготовление жидких дрожжей на заквашенных заварках без разбавления водой (рис. 15) и с разбавлением водой.

Продолжительность заквашивания заварки составляет 14-16 ч при температуре 48-52° С, вырашиваиия жидких дрожжей - 3-4 ч при температуре 30-32° С.


С ™

г

S

>s

Ф

£

о

о

о

°см

со

с£ со

Го (Ц

Р- ш

CL

«3

X

со

СМ

с;

S

04

о

Ь£

Л 

ю

СС

1

со

1

л

h

(D

X

1

со

S

X

л

о

о

О

г—

о

Cl

о

ч

га

ct

I

к

О

5

ф

о

о;

ш

S

с

га

S

ьс

о

X

I

1

X

s;

5

ш

1

с

ф

с.

с.

о

го

X

V

Приготовление опары или теста Рис. 15. Схема производства жидких дрожжей


Конечная кислотность заквашенной заварки составляет 12-14 град, жидких дрожжей - 8-12 град.

Температура влияет на продолжительность процесса приготовления заварки: при медленном закисании заварки (более 7 ч) температуру заквашивания следует снизить до 48° С, при ускоренном кислотообра- зовании - целесообразно увеличить до 54-55° С.

Расход жидких дрожжей в производстве зависит от сорта вырабатываемого изделия и составляет для приготовления хлеба:

  1. из пшеничной муки I сорта - 20-25% к массе муки в тесте:
  2. из пшеничной муки II сорта - 30-35%;
  3. из муки пшеничной обойной - 35-40%.

При использовании жидких дрожжей в смеси с прессованными для улучшения качества хлеба, приготовленного опарным способом расход их составляет:

  1. для хлеба из муки пшеничной / сорта - 15% к массе муки в тсстс;
  2. для хлебобулочных изделий из муки пшеничной высшего и I сортов- 7-10%,
  3. для хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки - 10-15%.

Специфический вкус хлеба, приготовленного на жидких дрожжах, вызывается наличием в них молочнокислых бактерий. Их количество соразмерно с количеством дрожжевых клеток и составляет 90-100 млн. клеток на 1 г. Основная роль принадлежит термофильным бактериям, в частности виду L. deibruckii, который применяют в качестве чистой культуры для заквашивания заварки. Попадая в тесто вместе с жидкими дрожжами, бактерии L. deibruckii не развиваются при температуре 30- 32° С, но образованная ими молочная кислота препятствует развитию мезофильных видов молочнокислых бактерий.

Таким образом, в охлажденной до 30° С заквашенной заварке как термофильные, так и мезофильные молочнокислые бактерии оказываются недеятельными. Этим объясняется стабильная кислотность заквашенной заварки и приготовляемых на ней жидких дрожжей, что является важным фактором отличия их от жидких пшеничных заквасок.

  1.  Селекция штаммов дрожжей и молочнокислых бактерий

Большой вклад в совершенствование технологии приготовления жидких дрожжей внесли работы, проведенные в ГосНИИХП, по подбо


t

ру специальной адаптированной микрофлоры. В процессе селекции дрожжевых культур объектом исследования явились штаммы дрожжей вид Saccharomyces cerevisiae, применяемые в производстве спирта (раса XII), кваса (расы МКВ и С2), хлебопекарных прессованных дрожжей (гибрид 722), и вида Saccharomyces vini, применяемые при производстве вина (расы «Яблочные», «Вишневые», «Сидровые», «Прикумские», «Массандра», «Хересные»). Изучались морфологические, культуральные и биохимические свойства чистых культур и их технологические показатели на мучных средах.

В результате исследований квасные дрожжи МКВ и С2, спиртовые XII и «Яблочные» были отобраны для дальнейших этапов селекции, так как они имели высокий модуль роста на мучной среде без аэрации (от 0,14 до 0,18 ч), выдерживали высокую кислотность среды (до 16-18 град), накапливали до 12% спирта, обладали хорошей подъемной силой (до 20 мин). Установлено, что все штаммы полностью ассимилировали в среде глюкозу, на одну треть - мальтозу, фруктозу, галактозу, сахарозу, рамнозу, раффинозу. Выявлено, что штаммы дрожжей МКВ, С2, XII требуют для развития нитрат калия и аммония, дрожжи «Яблочные» помимо данных солей требует для своего роста нитрит натрия и сульфат аммония.

Наиболее кислотоустойчивыми из испытанных штаммов оказались дрожжи расы «Яблочные» и С2, способные развиваться при дозировке органических кислот до 5%. Лимонная кислота положительно влияла на рост всех штаммов дрожжей при концентрации не выше 5% за исключением расы МКВ.

На основании сравнительной характеристики показателей ферментативной активности, кислотоустойчивости и осмочувствительности различных штаммов дрожжей был отобран штамм дрожжей расы «Яблочные», у которого исследовали такие показатели, как модуль роста, термоустойчивость при выращивании на солодовом сусле, количество дрожжевых клеток, кислотность, подъемная сила при выращивании на мучных средах.

В результате вегетативного скрещивания между рекомбинантом дрожжей «Яблочные-3», имеющим удовлетворительные физиолого- бпохимические и технологические показатели, но низкую репродуктивную активность, и гибридом 722, обладающим высокой скоростью роста, выделен и отобран штамм 5, имеющий высокую ферментативную активность, высокий модуль роста, низкую осмочувствительность.

Стабилизация биотехнологических свойств жидких дрожжей в регионах с жарким климатом возможна на основе использования селективных


штаммов дрожжей, отличающихся тсрмоустойчшюстыо. В качестве родительских форм были использованы штамм дрожжей расы «Джамбульская- 60» и штамм 10, выделенный из инсгантпых хлебопекарных дрожжей. Методом гибридизации был получен гитам м дрожжей 69, обладающий высокой скоростью роста, высокой ферментативной активностью, а также устойчивостью к повышенной температуре (40-45° С).

Штаммы дрожжей 5 и 69 депонированы во Всероссийской коллекции промышленных штаммов микроорганизмов и имеют паспорта. Штамм 5, имеющий низкую осмочувствительность, используется в промышленности в качестве бродильной микрофлоры жидких дрожжей при приготовлении жидких соленых опар, а штамм 69 - в регионах с жарким климатом.

Основу кислотообразующей микрофлоры жидких дрожжей составляют термофильные молочнокислые бактерии вида L. deibruckii. При производстве жидких дрожжей ранее использовались следующие штаммы бактерии: Э-I, БДА, Д-76, 60. Их применение не удовлетворяло в полной мере требования промышленности, так как длительность процесса заквашивания заварок составляла 10-12 часов, что приводило к увеличению продолжительности производственного цикла, снижению качества жидких дрожжей и соответственно качества хлеба.

Для улучшения биотехнологических свойств молочнокислых бактерий из производственных термофильных заквасок, культивируемых в течение 2-х лет без обновления, выделен штамм термофильных молочнокислых бактерий 30-1. Штамм отличается повышенной ацидо- и термотолераптпостыо при кислотности от 17 до 22 град и температуре от 55 до 70° С. При его применении в производстве жидких дрожжей продолжительность заквашивания заварки сокращается до 6 ч, улучшаются свойства жидких дрожжей по подъемной силе, и повышается качество хлеба, структурно-механические свойства мякиша, вкус и запах.

Методом адаптации был получен штамм термофильных молочнокислых бактерий вида L deibruckii 30-2, который проявляет жизнедеятельность на субстрате, содержащем 25% молочной сыворотки. Этот штамм широко используется на предприятиях регионов России и СНГ (Украина) в производстве жидких дрожжей и при приготовлении теста с молочной сывороткой.

Перспективным методом селекции является искусственный отбор штаммов микроорганизмов, индуцированных химическими и физическими мутагенами.


Для повышения биотехнологических свойств термофильных молочнокислых бактерий вида L. delbruckii штамм 30-1 в направлении образования предшественников ароматических соединений (в основном диацетила и ацетальдегида) были проведены исследования по ступенчатому воздействию на клетки бактерий УФ-лучей мощностью 4,5- 102 эрг/(мм'■ сек) и получены штаммы с измененным синтетическим обменом.

После 1-го цикла облучения было выделено 32 штамма с измененной морфологией, из которых при культивировании на солодовом сусле и мучной среде по уровню титруемой кислотности, накоплению ацетальдегида и диацетила отобраны три наиболее активные культуры.

Штамм 40 нашел широкое применение не только в производстве жидких дрожжей, но и для улучшения вкуса и запаха широкого ассортимента хлебобулочных изделий, в том числе национальных, для приготовления термофильных молочнокислых заквасок при выработке заварных сортов хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки.

В результате проведенных исследований селекционированы следующие штаммы микроорганизмов:

  1. дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae: штамм 5, характеризующийся высокой бродильной активностью и осмоустойчивостью; штамм 69, отличающийся устойчивостью к повышенной температуре (40-45° С);
  2. термофильные молочнокислые бактерий вида Lactobacillus delbruckii: штамм 30-1, характеризующийся термоустойчивостью (55-70° С) и ацидотолерантностыо (17-22 град); штамм 30-2, адаптированный к молочной сыворотке; штамм 40, обладающий повышенным синтезом диацетила ацетальдегида.

Были разработаны способы подготовки и выращивания чистых культур молочнокислых бактерий перед лиофилизацией, установлены оптимальные параметры замораживания и сублимации, подобраны режимы регидратации и реактивации сухих биопрепаратов. Срок сохранения активности сухих биопрепаратов при температуре 5-8° С составляет 12 месяцев.

Применение сухих культур молочнокислых бактерий значительно упрощает и сокращает процесс приготовления жидких дрожжей, в том числе в разводочном цикле, за счет исключения стадий накопления культур на жидких питательных средах и пересевов чистых культур для поддержания их жизнеспособными в лабораторных условиях.


  1.  Совершенствование биотехнологических свойств жидких дрожжей

Многочисленными научными коллективами проведены исследования по разработке способов улучшения биотехнологических свойств жидких дрожжей на основе оптимизации составов питательных сред для их выращивания, а также параметров и условий их приготовления. В ГосНИИХП разработаны научные направления улучшения свойств жидких дрожжей.

Жизнедеятельность клеток при культивировании зависит от состава питательных сред, которые подбираются с учетом биохимических свойств и физиологических особенностей микроорганизмов, а также условий, определяющих протекание процессов обмена, в частности скорости поступления питательных веществ в клетку, температуры, pH среды, обеспеченности кислородом.

Заквашенная заварка, являющаяся питательной средой для размножения дрожжевых клеток, содержит до 30-34% па сухое вещество моно- и дисахаридов, при этом в заварках, осахаренных глюкоамилазой, содержание глюкозы достигает 23% на сухое вещество, в заварках с солодом - 9,0%, в заварках осахаренных ферментным препаратом Лмичоризином П10х — 6,5%. При заквашивании заварки отмечается накопление значительных количеств свободных аминокислот, что связано с высокой протео- литической активностью термофильных молочнокислых бактерий.

Образуемая в заквашенной заварке молочная кислота (1-1,3%) подавляет развитие посторонней микрофлоры в дрожжевой биомассе.

По данным А.И. Островского, в условиях сбраживания заквашенной заварки без продувания воздухом на построение дрожжевых клеток расходуется около 1,5% имеющегося в среде сахара, то есть в анаэробных условиях значительное количество сахара расходуется на брожение.

Развитие и размножение дрожжей связаны с синтезом белков — наиболее важных компонентов клетки. Белки составляют основу структурного материала клетки. Этим определяется потребность дрожжевых клеток в азотсодержащих соединениях.

Для нормального течения физиологических процессов в дрожжевой клетке и обмена с окружающей средой необходимо, чтобы питательная среда для дрожжей была обогащена минеральными веществами, нужными для активации ферментных систем клетки, регулирования осмотического давления, pH и окислительно-восстановительного потенциала.


Систематизация направлений улучшения качества жидких дрожжей представлена на рис. 16.

Рис. 16. Направления улучшения качества жидких дрожжей

Практическую эффективность имеет использование специально адаптированных штаммов дрожжей (КДС, адаптированный Бм).

Для улучшения качества дрожжей, увеличения длительности их культивирования без обновления в разводочном цикле в качестве молочнокислых бактерий используют L. fermenti-21.

Улучшение биотехнологических свойств жидких дрожжей достигается разработкой полноценных естественных и комбинированных жидких смесей для культивирования молочнокислых бактерий и дрожжей с использованием биологически ценных добавок и созданием оптимальных условий для жизнедеятельности микрофлоры.


  1.  Оптимизация составов питательных сред

Обеспеченность термофильных молочнокислых бактерий и дрожжей питательными веществами определяется химическим составом мучной заварки, которая зависит от вида используемого сырья, внесения добавок и степени биохимических превращений их компонентов. А И. Островский показал, что мучная заварка является достаточно полноценной питательной средой для молочнокислых бактерий и дрожжей.

Содержание питательных веществ в мучной заварке зависит от следующих факторов: сорта муки, соотношения муки и воды, продолжительности заквашивания, количества накопленной кислоты. Целесообразно использовать муку ржаную, пшеничную второго сорта и обойную - сорта богатые витаминами и гидролитическими ферментами.

Для обогащения заварок сахарами и азотсодержащими веществами в промышленности широко используется солод ржаной неферментиро- ванный или ячменный пивоваренный, обладающий активными ферментами - амилазами, протеиназами, пептидазами и др. Практическое использование находят амилолитические ферментные препараты Амило- ризин ПЮх или Гаюкавамории Г20Х в сочетании с Амилортипом ПЮх и их зарубежные аналоги.

Разнообразие способов улучшения состава питательных сред для размножения микрофлоры жидких дрожжей обобщено по направлениям, представленным на рис. 17.

Г. П. Линецкой и Е, И. Ведерниковой рекомендовано для обогащения заварок олигосахарами и доступным азотом применение мульгиэн- зимной композиции МЭК-ХП, содержащей в оптимальном соотношении амилолитические ферментные препараты грибного и бактериального происхождения.

Г. М. Смирновой и др. исследована возможность использования кукурузной, гороховой и ячменной муки в сочетании с ферментными препаратами из Aspergillus oryzae и Aspergillus awamori.

Для обогащения мучных питательных смесей Э. С. Канель и И М Рейтером рекомендованы виноградный и растительный шроты, побочные продукта масло-жировой промышленности, содержащие ценные белковые и минеральные компоненты.

И. В. Мохначевой и др. предложено при приготовлении жидких дрожжей использовать в качестве добавки размолотые семена томатов, содержащих 40% белка, витамины А, В| и В?, микро- и макроэлементы Са, Р, Fe, К, Na и др.


Рис. 17. Систематизация способов улучшения состава питательных сред

В ГосНИИХП изучено влияние на качество жидких дрожжей виноградного и абрикосового шротов, подобрана оптимальная среда для выращивания термофильных молочнокислых бактерий L. delbruckii.

А, П. Пащенко и др. предлагают использовать специальные питательные смеси, состоящие из концентрата квасного сусла, молочной сыворотки, муки и воды, как средство обогащения среды углеводами, легкодоступными для усвоения дрожжевыми клетками, веществами активизирующими размножение и жизнедеятельность микроорганизмов. Кроме того, ими предложена питательная смесь для культивирования дрожжей, состоящая из муки, воды, соевой необезжиренной муки и порошка из яблочных выжимок. Применение соевой муки позволяет сбалансировать состав питательной смеси по содержанию углерода, азота и минеральных веществ.

Т. И. Атамуратовой выявлены закономерности изменения свойств жидких дрожжей и показана эффективность при использовании в технологии их приготовления тыквенного порошка в количестве 7% к массе муки в заварке.


Н. Е. Джерембаевой и др. установлен эффект от использования в составе питательной среды для выращивания жидких дрожжей яблочного порошка, гидролизованного ферментным препаратом Пектофое- тидином П10х, в количестве 5%, рисовой мучки - 3%, а также инактивированной дрожжевой биомассы.

В ГосНИИХП разработаны способы приготовления из муки, вторично перерабатываемого хлеба и другого крахмалсодержащего сырья осахаренных полуфабрикатов, содержащих 50-70% глюкозы, 25-30% мальтозы и более 8% растворимых белковых веществ.

Анализ работы промышленности и результатов исследований И. М. Ройтсра и др. показал эффективность применения молочной сыворотки. Для повышение кислотности среды также применяются яблочная и лимонная кислоты.

На ряде предприятии южных районов в жаркий период года практикуется дозирование в жидкие дрожжи части поваренной соли (0,2% к массе муки в тесто), способной нейтрализовать токсическое действие на брожение низкомолекулярного белка - пуротионина.

В Казгипропишепроме разработана технология получения комплексных дрожжевых ферментных препаратов путем обработки пивных осадочных дрожжей на ультразвуковой установке при температуре 56-58° С с сохранением в них ферментов p-фруктофуранозидазы, маль- тазы, протеиназы, пептидазы в активном состоянии.

Одним из способов улучшения качественных показателей жидких дрожжей является разработанный во ГосНИИХП метод подсева специально обработанных прессованных дрожжей (дрожжевой биомассы). Обработка заключается в следующем: прессованные дрожжи разводят в воде при температуре 30-32° С при соотношении 1:10. добавляют са- хар-песок в количестве 10-20% и лимонную кислоту - 1 % к массе прессованных дрожжей с последующим прогревом суспензии до 45-50° С, пропусканием воздуха, снятием пены, содержащей отмершие дрожжевые клетки и посторонние микроорганизмы.

Н. В. Зацепина установила положительное влияние автолизата хлебопекарных дрожжей на размножение дрожжевых клеток и их активность.

Л. К. Островской излучалась возможность применения гидролизата остаточных дрожжей спиртового производства (спиртовых дрожжей).

В ГосНИИХП разработан способ использования инактивированной дрожжевой биомассы, которую получают термообработкой жидких дрожжей при температуре 80-85° С в течение 20-30 мин. Ее вносят в термофильную заквашенную заварку, при этом отмечено повышение


интенсивности кислотонакопления на 30% и улучшение подъемной силы жидких дрожжей на 50% по сравнению с контролем.

Для приготовления питательной смеси Витавской А. В. и др. предложено использовать мицелий гриба Fusarium kulmorum ВСБ-927 в количестве 1-8% к объему дрожжей. Это обеспечивает приготовление жидких дрожжей с хорошими характеристиками их качества.

Питательная смесь должна быть сбалансирована по минеральным компонентам. К числу ионов, активирующих ферменты дрожжей, относятся ионы калия, аммония, натрия, магния и др. Они могут входить в состав активного центра ферментов, стабилизирующих белковые структуры, а также являются соединительным звеном в системе фермент- субстрат. Установлена целесообразность внесения в питательную смесь для размножения дрожжей минеральных солей с анионами фосфора и хлора, от которых зависит проницаемость клетки.

J1. А. Почевской и др. установлен состав минеральной добавки в виде смеси солей CaS04, MgS04, К2НР04, которую необходимо вносить в питательную среду в количестве 0,053% к массе среды при соотношении 3:10:40 для улучшения качества жидких дрожжей.

Состав питательной среды для приготовления жидких дрожжей может быть оптимизирован по составу внесением различных компонентов, систематизация которых представлена на рис. 18.

Установлено, что аэрация дрожжей в течение одного часа при расходе воздуха 1 м3/ч на 100 кг биомассы приводила к усилению роста дрожжевых клеток. После 3 ч выращивания количество их возрастало в 2,4-2,6 раза при улучшении подъемной силы. Для снижения ценообразования при аэрации дрожжей были подобраны более концентрированные среды влажностью 80%.

Исследования различных систем подачи воздуха в дрожжерастиль- ном аппарате (эрлифтного типа, путем рециркуляции дрожжей через распылительную головку и др.) показали, что наиболее простым техническим решением обогащения среды кислородом воздуха является гомогенизация заквашенной заварки перед внесением в нее дрожжей. При гомогенизации заварки в течение 5-20 мин со скоростью 2000 об/мин разрушалось до 30% клеток молочнокислых бактерий, увеличивалось количество аминного азота в ней, редуцирующих сахаров, среда обогащалась кислородом воздуха.

Имеются данные о повышении скорости размножения дрожжей при использовании инактивированной дрожжевой биомассы, которую получали термообработкой жидких дрожжей, яблочного порошка и др.


г

Компоненты, используемые для улучшении состава питательных сре<

—►

  1. солод ржаной неферментированный;
  2. солод ячменный;
  3. ферментные препараты Амилоризин П10х (0,07-0,01% к массе муки в заварке). Глюкоамилаза очищенная (0,02-0,03%), мультиэнзимная композиция МЭК-ХП, Амилосубтилин Г 10х% их зарубежные аналоги

минеральные компоненты:

  1. сульфат аммония;
  2. композиция солей CaS04, К2НР04;
  3. композиция солей K2HP04l NH4CI;
  4. соль поваренная пищевая

различные виды муки:

  1. кукурузная;
  2. рисовая мучка;
  3. гороховая;
  4. ячменная;
  5. соевая обезжиренная и необезжиренная;
  6. солод ржаной неферментированный;
  7. солод ячменный

сахарсодержащее сырье:

  1. концентрат квасного сусла;
  2. высокооса ха репные ферментативные полуфабрикаты

фруктовые и овощные добавки:

  1. яблочный порошок и порошок яблочных выжимок;
  2. абрикосовый шрот;
  3. виноградный шрот;
  4. картофельная мука;
  5. размолотые семена томатов;
  6. тыквенный порошок;
  7. экстракт зеленого чая (использование в разводом ном цикле)

>

специально подготовленные микроорганизмы и продукты

микробного происхождения:

  1. автолизат хлебопекарных дрожжей;
  2. комплексный дрожжевой ферментный препарат на основе пивных осадочных дрожжей;
  3. спиртовые дрожжи;
  4. специально обработанная биомасса прессованных дрожжей; мицелий гриба Fusarium kulmorum

—>

пищевые кислоты:

  1. молочная сыворотка;
  2. яблочная кислота;
  3. лимонная кислота

Рис. 18. Систематизация компонентов, используемых для улучшени питательных сред жидких дрожжей


Усовершенствованная технология приготовления жидких дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами (рис. 19) имеет следующие технологические приемы:

о осахаривание мучной заварки ферментными препаратами глюкоамилазы и а-амилазы или использование высокоосахаренного полуфабриката при выращивании дрожжей;

  1. введение в заварку белоксодержащих продуктов - соевой муки, белковых концентратов из шрота хлопчатника и др., инактивированной дрожжевой биомассы;
  2. внесение минеральных солей [CaS04, MgS04, K2HP04, (NH4)2S04] в начальный период выращивания дрожжей;
  3. проведение аэрации среды в начальный стадии заквашивания дрожжей или дозирование в дрожжевую биомассу гомогенизированной заквашенной заварки.

Существуют ростовская и ленинградская схемы приготовления хмелевых дрожжей. По ростовской схеме «горькую» и традиционную заварки смешивают в соотношении 1:4 и используют для выращивания дрожжей. Дрожжи, приготовленные по ленинградской (Л-4) схеме, применяют для- производства хлеба из муки пшеничной обойной и ржаной. В качестве кислотообразующих микроорганизмов используют ме- зофильные молочнокислые бактерии вида L. plantarum - Аб.

Чистые культуры молочнокислых бактерий и дрожжей выращивают на смеси «горькой» и традиционной заварки. Во избежания загрязнения и ингибирования жидких дрожжей посторонней микрофлорой рекомендуется разводочный цикл проводить один раз в квартал.

Хмелевой отвар можно использовать в других схемах приготовления жидких дрожжей, при этом 1/4 заварки, расходуемых на приготовление заквашенной заварки, может быть заменена заваркой, приготовленной на хмелевом отваре.

  1.  Физико-химические способы улучшения качества жидких дрожжей

Среди разнообразных методов улучшения качества жидких дрожжей необходимо отметить физико-химические способы воздействия на активность микроорганизмов и их биотехнологические свойства, многие из которых предложены к практическому использованию и находят промышленное применение. Классификация физико-химических способов улучшения качества жидких дрожжей представлена на рис. 20.


г

94

СГ

ro

о

CL

t_

°Ю CD

^7

О V

4J-

Л

<J>

H

CD

o

5

о

X

5

»-

CD

о

H

с

3

о

s

bfi

го

S ю

Q.

О)

EZ

с:

X

s

5

i—

О

2

о

с

о

X

X

Ф

X

X

X

X

ф

1-

3

Ф

с

J3

к

X

S

X

X

Ф

ф

CL tZ

О

ш

о

О

1-

2

i

ro

X

Ф

JD

2

X

Ф

го

к

X

Ф

3

ш

5

го

s

т

CL О

г- Ю

_

0)

jD

5

5

5

ГО

*-

3

i

к

ro

c

s

H

Ф

zr

ro

s

Cl

го

СГ

s

о

X

L-

Ф

P3

CD

1-

CI

л

X

с:

s

го

о

h

0>

о

иг

го

о

,<r

5

5

га

н

3

>s

о

X

ф

с;

X

го

о

о

л

>s

о

ж

о

CL

q:

ч

X

X

£

ас

го

ct

S

X

*

S

S

5

L.

ф

о

Cl

с

го

о

а

X

о

X

ф

1—

i

\

>S

J3

X

X

S

го

с

а

о

о

о

а

*s

з:

1-

с

го

Ч

го

о

X

X

ф

CL

го

ю‘

ш

о

2

с

2

ас

го

н

3

i>;

ГО

X

ф

л

5

X

<D

ГО

К

X

9

ф

ю

S

го

X

ГО

а.

О

с ю

Ф

-0

5

С

X

5

го

ь

3


Рис, 19. Усовершенствованная схема приготовления жидких дрожжей и их применение

(по Т.Б. Богатыревой)

-шг

Рис. 20 Классификация физико-химических способов улучшения качества жидких дрожжей

Установлено, что дрожжи, отобранные из верхних слоев бродильного чана, более активны, чем из нижних слоев. На ряде хлебозаводов разработано устройство, которое дает возможность отбирать верхний слой дрожжей.

Простым способом, позволяющим поддерживать стабильное количество дрожжевых клеток и их хорошее качество, является сочетание механического перемешивания и аэрирования. При приготовлении жидких дрожжей на установках ПС-4 для повышения интенсивности протекания процессов осуществляли аэрирование среды воздухом в течение 30 мин сразу после освежения дрожжей. Кислород воздуха значительно ускоряет размножение дрожжей При аэрации количество клеток возрастает в 2-4 раза по сравнению с анаэробными условиями, что оказывает положительно влияние на качество полуфабрикатов и готовой продукции.

Т. Г Богатыревой и др. показано, что эффективным средством улучшения качества жидких дрожжей может служить насыщение заквашенной заварки кислородом путем гомогенизации в высокоскоростном миксере.

Г1. Я. Мазуром, Т. Н, Абакумовой и др. показано положительное влияние молекулярного кислорода на свойства жидких дрожжей.

ГосНИИХП совместно с МГУПП предложен способ улучшения качества жидких дрожжей путем обработки их ультразвуком в течение 1-3 мин при давлении 0,4-0,б МПа.


Во ВНИИХП установлено эффективное влияние освещении на качество жидких дрожжей при длине волны 300-650 им и течение 5-30мин.

Различные методы создания оптимальных срсд для развития микрофлоры жидких дрожжей, физико-химические способы воздействия на биотехнологические свойства микроорганизмов обусловливают совокупность процессов, происходящих при улучшении состава питательных срсд, представленных на рис. 21.

Увеличение содержания сахаров и аминного азота;

ускорение биохимических и микробиологических процессов;

усиление амилолиза и протеолиэа;

разжижение заварок;

интенсификация кислсгтонакопления;

диспергирующее действие молочной кислоты.

синтез собственных аминокислот.

Рнс. 21. Процессы, происходящие при улучшении состава питательных сред

——

 У 1

  1. Сокращение продолжительности заквашивания . позитивные морфологические изменения характ

молочнокислых бактерий;

. возрастание количества дрожжевых клеток боле размножение;

  1. увеличение бродильной и мальтазной активност . увеличение газоудерживающей и газообразующе
  2. улучшение качества хлеба.

заварок,

еристик дрожжей и

е интенсивное их

жидких дрожжей; й способности теста,

(

|

t

  1.  Производство и применение заквасок для хлебобулочных изделий из пшеничной муки

Традиционно для корректировки хлебопекарных свойств основного и дополнительного сырья, улучшения качества и предотвращения микробиологического инфицирования готовых изделий в российском хлебопекарном производстве используют биологические улучшители - закваски. Они представляют собой комбинации и ассоциации разных видов и штаммов микроорганизмов и могут применяться в жидком, сухом и пастообразном состоянии.

По данным отечественных и зарубежных исследователей чаше всего в пшеничных заквасках используют молочнокислые бактерии видов L. casci, L. brevis, L. fermenti, L. Icichmanii, L. deibruckii, L. plantarum и дрожжи вида Saccharomyces cercvisiae.

Ранее микроорганизмы, предназначенные для производства пшеничных заквасок, выделяли из спонтанных заквасок или производственных сред. Современные достижения в области биотехнологии, селекции, молекулярной биологии позволили решить задачу программного создания заквасок на основе отбора микроорганизмов с заранее заданными свойствами, полученных в результате гибридизации, мутагенеза, индукции и адаптации. Отбор микроорганизмов производится с учетом нашачения той или иной пшеничной закваски, как, например, получение микробиологически чистой продукции (антибиотическое действие на спорообразующую и грибную микрофлору), придание изделиям защитных свойств бла! ыаря обогащению Р-каротином и витаминами группы В и D, увеличение пищевой ценности в результате повышения содержания незаменимых аминокислот и легкоусвояемых сахаров и т. д.

Кроме того, наличие в составе некоторых пшеничных заквасок дрожжевых клеток с высокой мальтазной активностью дает возможность использовать такие закваски в ускоренных схемах тестоприготовления, сократить на 30-50%, а иногда и полностью исключить использование прессованных или сушеных хлебопекарных дрожжей в рецептурах отдельных сортов хлеба и булочных изделий, что дает определенный экономический эффект предприятию, а в регионах, не обеспеченных хлебопекарными дрожжами, служит единственным способом получения хлебопекарной продукции.


Эффективным средством интенсификации технологического процесса, повышения микробиологической чистоты хлебобулочных изделий, предупреждения картофельной болезни, улучшения качества, вкуса и аромата хлеба является использование пшеничных заквасок. В основе создания определенных видов заквасок лежат следующие аспекты:

  1. селекция высокоактивных видов и штаммов микроорганизмов с определенными физико-биохимическими свойствами, способных развиваться на мучных средах в условиях незначительной аэрации;
  2. дифференцированный подход к применению заквасок в зависимости от проблем и задач хлебопекарного производства с учетом принципа их направленного культивирования;
  3. оптимизация параметров приготовления заквасок.

Работы по созданию пшеничных заквасок, которые могут использоваться при производстве широкого ассортимента хлебобулочных изделий опарным, безопарным, ускоренным способами проводятся в течение ряда лет в ГосНИИХП, институте «Казгипропишепром», СП филиале ГосНИИХП.

Показатели и свойства, которые предъявляются к закваскам:

  1. способность развиваться на мучных средах;
  2. стабильность при непрерывном культивировании;
  3. определенный уровень ферментативной активности;
  4. синтез некоторых витаминов;
  5. наличие антибиотической активности;
  6. температурный оптимум;
  7. культуральные, биохимические и технологические характеристики.

Микробиологический состав пшеничных заквасок включает молочнокислые бактерии, дрожжи и другие виды микроорганизмов.

В последние годы разработаны закваски на основе пропионовокис- лых бактерий, а также с включением в их состав определенных штаммов дрожжей, например каротиненнтезируюших.

Источником чистых культур являются музейные штаммы, применяемые в хлебопекарной, дрожжевой, молочной промышленности, культуры, выделенные из производственных сред, заквасок спонтанного происхождения, а также природных источников.

Основу закваски составляет один вид бактерий (пропионовокис- лая), два (ацидофильная), иногда в закваску входят 4-5 видов микроорганизмов.


Для хлебопекарной промышленности разработаны следующие виды заквасок для приготовления пшеничного теста: мезофильная, концентрированная молочнокислая, комплексная, ацидофильная, дрожжевая, пропионовокислая, «витаминная».

i

  1.  Мезофильная молочнокислая закваска

1

Институтом «Казгппропищепром» разработан биологический способ предотвращения заболевания хлеба картофельной болезнью при приготовлении его из пшеничной муки на прессованных или жидких дрожжах.

Сущность способа сводится к накоплению высококислотной закваски мезофильными молочнокислыми бактериями вида Lactobacillus fermenti-27 при температуре 37° С и внесению ее в определенном количестве в опару или тесто.

Культура мезофильных молочнокислых бактерий L. fermenti-27 выделена из пшеничной закваски спонтанного брожения. Оптимальная температура жизнедеятельности бактерий составляет 37° С. На водно-мучной среде влажностью 75% из муки второго сорта они накапливают титруемую кислотность 15 -16 град в течении 12 ч при температуре 37-40° С.

Штамм отличается антагонистическими свойствами к бактериям Bacillus subtilis, споры которых являются возбудителями картофельной болезни.

Специфической особенностью штамма является свойство бактерий проявлять высокую кислотообразующую активность на среде, состоящей из пшеничной муки 1 или II сорта и воды, без дополнительного осахаривания муки.

Бактерии L. fermenti активно проявляют жизнедеятельность при высоких значениях кислотности среды (22—25 град, pH 3,6-3,4).

Технологическая схема приготовления закваски состоит из двух стадий: разводочный и производственный циклы.

Приготовление мезофипьной молочнокислой закваски по разво- дочному циклу состоит в переходе со стерильной среды на нестерильный субстрат и сопровождается несколькими пересевами путем увеличения, объема в каждой фазе в 10 раз (I часть исходной фазы и 9 частей питательной смеси).

Для этого накопленную чистую культуру молочнокислых бактерий засевают в питательную смесь (1:9) и культивируют при температуре 35-38° С. Через 24-36 часов титруемая кислотность мезофильной молочнокислой закваски должна составлять 18-22 град для муки 1 сорта и 22-25 град для муки II сорта или обойной.


Производственный цикл включает следующие стадии: приготовление питательной смеси, приготовление закваски, расход в производство и возобновление закваски.

Состав питательной смеси:

  1. пшеничная муки высшего wm I сорта: вода при соотношении

1:1,5;

  1. пшеничная муки II сорта или обойная: вода при соотношении 1: 2.

Влажность закваски из пшеничной муки I сорта составляет

  1. 68%, II сорта - 72-75%.

При соблюдении установленного технологического режима и рецептуры мезофильная молочнокислая закваска сохраняет стабильные технологические свойства в течение года. Закваска содержит в споем составе большую биомассу молочнокислых бактерий, ферменты, аминокислоты и витамины. Основная биомасса закваски - мезофильные молочнокислые бактерии, обеспечивающие ее высокую кислотное п. (pH 3,6-3,8).

Мезофильная закваска применяется при выработке пшеничного хлеба из муки любого сорта, приготовленного по различным технологическим схемам. Ее используют в количестве 3-6% к массе муки при опарном способе, 8-10% - при безопарном способе производства. Кроме того, возможно одновременное использование 10-20% молочной сыворотки и 4-6% мезофнлыюй закваски при приготовлении опары.

  1.  Концентрированная молочнокислая закваска

Использование концентрированной молочнокислой закваски (КМКЗ) рекомендуется для предприятий с прерывистым режимом работы, так как в нерабочее время КМКЗ не требует принудительного охлаждения или других приемов консервирования.

Приготовление КМКЗ осуществляется по ленинградской схеме с применением жидких культур молочнокислых бактерий L. pIantarum-30, L. casci-26, L. brevis-1. L. fennenti-34 или сухого лактобактерина. Оптимальная температу ра для жизнедеятельности молочнокислых бактерий в КМКЗ составляет 37-41° С.

КМКЗ имеет влажность 60-70%, кислотность 18-24 град.

Разведочный цикл включает 3 фазы. Первые две фазы проводят в условиях лаборатории при температуре 38-41° С, стимулирующей развитие молочнокислых бактерий и сдерживающей развитие дрожжевых клеток и других микроорганизмов, попадающих с мукой в закваску.


В производственном цикле КМКЗ освежают при соотношении вы- броженной закваски и питательной смеси I: 9.

Приготовление теста с применением КМКЗ возможно в две (КМКЗ- тесто) или в три стадии (КМКЗ-опара-тесто). При замесе теста на КМКЗ в качестве биологического разрыхлителя вносят прессованные или жидкие дрожжи. С закваской расходуется 5-15% муки от общей массы ее в тесте с последующим брожением теста в течение 60-120 мин до требуемой кислотности в зависимости от вырабатываемого сорта хлеба.

5.3. Пшеничные закваски с целенаправленным культивированием микроорганизмов

Начиная с 80-х годов в хлебопекарной промышленности России в связи со структурной реорганизацией предприятий наметилась тенденция разработки и внедрения ускоренных способов тестоприготовления, основной проблемой которых являлась необходимость производства хлеба по качеству (органолептическим показателям), соответствующему качеству продукции традиционных технологий.

Ухудшение экологической ситуации в отдельных регионах страны, снижение агротехнических мероприятий в сельском хозяйстве привели к повышению микробиологической загрязненности сырья, особенно муки, и соответственно готовой продукции, способствовали распространению картофельной болезни хлеба.

Учитывая ухудшение здоровья населения, была принята государственная программа, в решении которой большое значение уделялось повышению пищевой и биологической ценности пищевых продуктов, в т. ч. хлебобулочных изделий, как основного продукта питания.

К указанному периоду времени в хлебопекарной промышленности применялись в основном молочнокислые закваски (мезофильная и концентрированная).

Исследования, проведенные в ГосНИИХП, позволили значительно расширить виды пшеничных заквасок, разработать технологии пшеничных заквасок с бактерицидными свойствами, повышенным содержанием органических кислот, летучих соединений - предшественников вкусовых и ароматических веществ, синтезом витаминов А. Д, группы В, улучшенными технологическими показателями.

Основой создания новых видов пшеничных заквасок является селекция высокоактивных видов и штаммов микроорганизмов, способных развиваться на мучных средах в условиях незначительной аэрации. При


этом, помимо традиционных методом селекции (выделение чистых культур микроорганизмов из спонтанных заквасок и производственных сред), используются современные методы селекции: индуцированный мутагенез, гибридизация, адаптация, комбинированные методы.

Важным этапом создания заквасок направленного действия является составление из селекционированных микроорганизмов композиций в определенных соотношениях.

После формирования микробиологического состава заквасок необходимым условием их стабильности является оптимизация параметров приготовления закваски: состава и способа приготовления основного питательного субс грата, оптимума температуры, pH среды, кислотности, продолжительности выращивания, ритма отбора и возобновления закваски и др.

Источником чистых культур микроорганизмов являются музейные штаммы, применяемые в хлебопекарной, дрожжевой, молочной промышленности, культуры, выделенные из природных источников, производственных сред и заквасок спонтанного брожения.

Среди музейных культур отбираются такие виды и штаммы микроорганизмов, которые по своим свойствам отвечают определенным требованиям, предъявляемым к закваскам. К ним относятся способность размножаться на мучных средах, определенный уровень ферментативной активности, стабильность свойств при непрерывном культивировании, синтез определенных витаминов, наличие антибиотической активности, температурный оптимум роста и другие показатели.

В результате приведенных исследований были созданы следующие закваски: пропионовокислая, комплексная, ацидофильная, витаминная, эргостериновая, дрожжевая.

5 3 1 Пропионовокислая закваска

Основу иропионовокислой закваски составляет штамм Prvpionibactcrium freundenreichii ssp. shermanii BKM-103. Данная закваска разработана для получения наиболее эффективного биотехнологического средства предотвращения картофельной болезни хлеба и его плесневения.

Пропионовая и муравьиная кислоты, синтезируемые этим штаммом, оказывают максимальное ингибирующее действие на развитие споровых бактерий, подавляя флавиновые ферменты дыхательного цикла. Кроме того, эта культура в процессе метаболизма накапливает значительные количества витамина Вц, уровень которого можно регулировать путем введения в среду солей кобальта. Этот витамин участвует в процессе кроветворения, поэтому применение данной закваски имеет

двойное значение: для предотвращения развития в хлебе микробиологический инфекции и обогащение его витамином В12 с целью повышения биологической ценности хлеба.

Пропионовокислая закваска характеризуется следующими биохимическими и технологическими показателями:

бактерицидная активность 100%

фунгицидная активность 100%

количество клеток 200-250x107

кислоп юсть 12-14 град

В пропионовокислой закваске обнаружен высокий уровень аминокислот, возможно в связи с тем, что используемые микроорганизмы имеют высокую протсолитическую активность. В закваске, приготовленной на основе пропионовокислых бактерий, обнаружены 11 летучих компонентов, в том числе, соединения, содержащие амино-, метил- группы, фуран, циклические углеводы, ацетальдегид, уксусная, пропионовая, муравьиная кислоты.

Использование пропионовокислой закваски эффективно для повышения микробиологической чистоты сырья и продукции, в том числе в технологиях с применением пшеничных и ржаных отрубей.

  1. Комплексная закваска

Основу комплексной закваски составляют музейные штаммы трех видов молочнокислых бактерий L. cusei-C,. L. brevis-B7s, L. fennenti-34, пропионовокислых бактерий Propionibacterium freundenreichii ssp. shermanii BKM-103 и дрожжи S. cerevisiae в соотношении 0,5:0,25:0,25:0,02:1.

В качестве питательного субстрата для приготовления закваски используется мучная осахареиная заварка, которая готовится из пшеничной муки первого сорта при соотношении мука : вода =1:3.

Комплексная закваска обладает антибиотической активностью к спороносным бактериям и плесеням. Биохимические и технологические характеристики комплексной закваски следующие:

мальтазная активность 65-70 мин

антибиотическая активность:

  1. по отношению к енорообразуютнм бактериям полное подавление в течение 4S ч
  2. но отношению к плесеням - подавление в течение 72 ч подъемная сила 15-20 мин кислотность S-12 град


количество клеток дрожжей 23-25х 107

  1. молочнокислых бактерий (суммарное) 120— I ЗОх 107
  2. пропиопопокислых бактерий (суммарное) 1,5-2,Ox I О1

При непрерывном ведении комплексной закваски в течение 3 недель получены стабильные показатели комплексной закваски.

Комплексная закваска является разнообразной по химическому составу, в ней обнаружено 20 летучих компонентов. Среди них преобладающими являлись 3-метил-бутанол (22,99%), эфир муравьиной кислоты (18,52%), 1 -метшюкси-2-пропанол (17,24%), уксусная кислота (7,02%), производные пропанола, этанола и бензэтанола (3,19%, 2%, 3,83% соответственно)

Проведенный сравнительный анализ микробиологического состава, ферментативной активности, бактерицидных и технологических свойств комплексной закваски позволил рекомендовать ее применение для улучшения качества изделий из муки со слабой клейковиной, при ускоренном способе тестоприготовления, а также в технологиях изделий с пшеничными отрубями.

  1. Ацидофильная закваска

Ацидофильная закваска состоит из музейной культуры L. asidophilhis-146 и штамма дрожжей «Рязанские-17», адаптированного к высоким температурам (40—45° С) на основе рязанской расы.

Ацидофильная закваска характеризуется устойчивостью к повышению температуры, имеет следующие биохимические и технологические показатели:

подъемная сила 10-14 мин

кислотность 9-12 град

содержание клеток дрожжей 35-40х 107

содержание молочнокислых бактерий 200-250х107

В ацидофильной закваске обнаружен высокий уровень аминокислот: содержание лизина составляет 1585лгг/100г, лейцина - 1275 м?!! 00 г, валина -510 мг/\ 00

В ацидофильной закваске идентифицированы следующие летучие вещества: 3-метил-бутанол, уксусная кислота, 1 -метил-пропанол, про- пионовая кислота и др.

Применение ацидофильной закваски эффективно для улучшения качества изделий с крепкой клейковиной, при ускоренных технологиях


приготовления теста, а также при выработке батонов и сдобных изделий с высоким содержанием сахара и жира

  1. Витаминная закваска

Витаминная закваска создана в результате исследования возможности использования в составе пшеничной закваски каротинсинтези- рующих дрожжей. Каротинсинтезирующие дрожжи являются представителями эпифитой (внепочвенной) микрофлоры и развиваются на наземных частях различных растений и в верхних слоях почвенного покрова в районах с повышенной ультрафиолетовой радиацией. Используемые культуры были предоставлены кафедрой биологии почв в МГУ

По уровню накопления каротина выявлен наиболее активный штамм вида Bullera агтетоса Сб-206.

Изучение культуральных и физиолого-биохимических свойств ка- ротинсинтезирующих дрожжей показало, что они не обладают бродильной активностью, температурный оптимум роста у них сдвинут в сторону низких значений - 22-28° С, они имеют низкую скорость роста. После адаптации каротинсинтезирующих дрожжей к мучным средам определены микробиологический состав витаминной закваски, питательная среда и оптимальные параметры ее выращивания. Установлено, что для получения витаминной закваски с высоким синтезом Р-каротина, витамина В12, обладающей бактерицидными, радиопротек- торными свойствами и высокими технологическими показателями в состав микрофлоры необходимо было включить, каротинообразующие дрожжи вида Bullera armenioca штамм Сб-103, дрожжи вида S. сеге- visiae штамм Фр-3, молочнокислые бактерии L, acidophillus-146, про- пионовые бактерии Propionibacterium freundenreichii ssp. shermanii вида BKM-103 в соотношении: 1:1:0,5:0,2. В качестве основного субстрата для получения закваски необходимо использовать мучную осаха-

ется в течение 5-6 ч при температу ре 22-25° С.

Витаминная закваска имеет следующие биохимические и технологические свойства:

ренную заварку влажностью 82-85%. Процесс выращивания продолжа-

мальтазная активность
бактерицидная активность
фунгицидная активность
количество клеток

6,0 мин

36,0%

72%

  1. для L. asidophitlus

30-35x107

rpTI

ь


  1.  P. shermanii ЧКМ- / 03 15-20x 107/ ^
  2.  S. cerevisiae 200-21 Ox l О7/ г подъемная сила l О— 15 мин кислотность 7-10 град

Применение заквасок с каротиисиитезирующими дрожжами обеспечивает содержание Р-каротииа в пробах хлеба в количестве

  1. 03-0,58 мгП 00 г.

Применяется витаминная закваска для улучшения качества изделий из муки со слабой клейковиной, при ускоренном способе тестоприготовления с использованием прессованных дрожжей, для повышения пищевой ценности готовых изделий, что является актуальным в экологически неблагоприятных регионах.

  1.  Эргостериновая закваска

Эргостсриновая закваска разработана на основе использования гибридного штамма дрожжей 576, полученного из института Биологии Гена РАН. Штамм обладает высокими биохимическими и технологическими свойствами, а также способен к повышенному синтезу эргостерина (витамина D). Технология приготовления и применения эргостсриновой закваски состояла из следующих этапов: адаптации эргостериновых дрожжей штамма 576 к мучной среде (осахаренной заварке), включение в микробиологический состав закваски мезофильиых молочнокислых бактерий L. plantarum-A63, L. casei-Cl, L. plant arum-30, совместное инкубирование микроорганизмов на мучном субстрате при температуре 30-32° С с ритмом отбора и возобновления через каждые 4 ч.

В процессе разработки технологии применения эргостсриновой закваски при приготовлении хлеба изучены такие показатели, как уровень кислотонакоплсння, интенсивность и скорость газообразования в тесте. Установлено, что максимум кислотонакоплсння в тесте с эргостерино- вой закваской (8,2-8,4 град) наблюдается через 1,5—2 ч. Первый пик газообразования дрожжей отмечается через 2,0-2,5 ч, второй - через 4,0-4,5 ч после замеса теста. Максимальный уровень накопления диоксида углерода составляет 850 см} и 720 см' для муки высшего и первого сортов соответственно.

Отличительными свойствами эргостериновой закваски является наличие бродильной активности, обуславливающей возможность частичной замены прессованных дрожжей эргостериновой закваской. Процесс брожения наиболее интенсивно происходит при замене 50% от рецептурного количества прессованных дрожжей на 15% эргостериновой за


кваски (к массе муки в тесте). Использование эргостериновой закваски при приготовлении хлеба и хлебобулочных изделий способствует увеличению удельного объемг! на 9-20%, пористости - на 2-4%, сжимаемости

  1. на IО-15% по сравнению с контролем. Кроме того, повышается пищевая ценность изделий за счет обогащения изделий витамином D в количестве 0,2-0,3 мг.

Эргостериновая закваска имеет следующие биохимические и технологические свойства:

мальтазная активность 45-50 мин

бактерицидная активность 48,0%

фунгицидная активность 48,0%

количество клеток в I г для.

  1.  L. plantarum-ЛбЗ L. casci-C! L. plantarum-30 120-150x l(j7
  2. 5. ccrcvisiac 35-40x 107 подъемная сила 10-15 мин кислот! юсть 8-10 град

Эргостериновая закваска эффективна для повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий, рекомендуется для применения в регионах экологического неблагополучия.

  1.  Мезофильная дрожжевая и дрожжевая закваски

Для создания дрожжевых заквасок в регионах и низкими значениями среднегодовых температур (взамен жидких дрожжей) проведены исследования по селекции молочнокислых бактерий, способных развиваться при температуре 25-28° С. Исследованиям была подвергнута вся группа мезофильных бактерий из музея ГосНИИХП. После предварительных испытаний были отобраны штаммы L. casei-CI, L. plantanim- АбЗ, L. brevis В-5, L. brevis B7S. На основе осахаренной заварки и каждого выбранного штамма бактерий была приготовлена закваска, которая инкубировалась непрерывно в течение недели при низких температурах.

Заквашенная каждым из испытанных штаммов и йх смесью мучная питательная среда была использована для выращивания дрожжевой культуры S. cerevisiae штамм «Фр-3», выделенный из инстантных дрожжей и устойчивый к низким температурам. Оценку качества полученных мезофильных жидких дрожжей проводили по технологическим показателям и стабильности в процессе длительного возобновления при пониженных температурах. Все варианты мезофильных жидких дрожжей были использованы при приготовлении формового и подового хле-


ба из муки пшеничной высшего, I и II сортов. При проведении исследований определены такие показатели, как интенсивность газообразования в тесте, начальная и конечная кислотность, подъемная сила. Пробы хлеба оценивались по удельному объему, пористости, структурномеханическим свойствам.

На основании полученных результатов была отобрана смесь микроорганизмов L. casei-CI, L. planlan/m-АбЗ и дрожжей штамма «Фр-3». При использовании перечисленных культур достигались наилучшие технологические показатели в мезофнлыюй дрожжевой закваске:

подъемная сила 12-18 мин

кислотность 10-12 град

количество дрожжевых клеток 30-35х 101

количество клеток молочнокислых бактерий 120-1 ЗОх 107

При использовании мезофильной дрожжевой закваски процесс газообразования в тесте интенсифицируется, сокращается продолжительность брожения. Отмечается увеличение удельного объема хлеба на 15-20%, пористости - на 2-3%, общей упругой деформации — на 35-40% по сравнению с пробами хлеба, приготовленными на традиционных жидких дрожжах.

Вариантом дрожжевой закваски является закваска, созданная на основе высокоактивного штамма дрожжей «Краснодарская-11», который был выделен из закваски спонтанного происхождения, применяемой на одном из хлебозаводов г. Краснодара. Отличительной особенностью дрожжевой закваски является возможность использования для выращивания дрожжей водно-мучной среды. В производственных условиях дрожжевая закваска может быть использована взамен жидких дрожжей на хлебозаводах, где отсутствуют условия для приготовления осахаренной мучной заварки, для приготовления хлеба из муки пшеничной первого и второго сорта. Обновление дрожжевой закваски осуществляется по мере снижения свойств, но не реже I раза в месяц.

Дрожжевая закваска обладает следующими биохимическими и технологическими свойствами:

мальтазная активность 60-62 мин

подъемная сила 20-25 мин

кислотность 8-10 град

количество клеток дрожжей 20-30х I О1

Применение новых пшеничных заквасок в хлебопекарном производстве позволяет экономить прессованные дрожжи, интенсифициро

вать процесс газообразования, улучшать качественные показатели готовых изделий, получать новые виды изделий с повышенной пищевой ценностью.

Комплексная, ацидофильная и дрожжевая закваски могут использоваться в процессе тестоприготовления с частичной или полной заменой прессованных или сушеных дрожжей в результате наличия в микробиологическом составе высокоактивных штаммов дрожжей.

По интенсивности подавления развития в хлебе спорообразующей и плесневой микрофлоры новые пшеничные закваски располагаются следующим образом: пропиоиовокислая > комплексная > ацидофильная. Дрожжевая закваска бактерицидным действием не обладает.

Пропиоиовокислая закваска, помимо антибиотических свойств способствует обогащению хлеба витамином В,2- необходимым для людей, проживающих в регионах с повышенным уровнем радиации, вблизи металлургических и химических производств, а также для детей с признаками анемии.


  1.  Приготовление и применение заквасок для хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки

Ржаная мука, в отличие от пшеничной, всегда содержит активный фермент а-амилазу, которая при замесе теста ускоряет гидролиз крахмала до декстринов. Повышенное накопление декстринов в хлебе делает мякиш сырым, липким, влажным и заминающимся.

Белки ржаной муки при замесе не образуют клейковины, а большая их часть способна неограниченно набухать, пептизировать- ся и переходить в состояние вязкого коллоидного раствора. Слишком большая пептизация белковых веществ в ржаном тесте нежелательна, так как это может привести к чрезмерному разжижению теста и снижению способности тестовых заготовок удерживать форму. Увеличение кислотности теста до 10-12 град способствует ограничению набухания белков ржаной муки, что увеличивает вязкость теста и его газоудерживающую способность, а также снижает активность а- амилазы в начальный период выпечки. Таким образом, для получения ржаного хлеба хорошего качества требуется высокая кислотность теста.

Необходимая кислотность полуфабрикатов обеспечивается жизнедеятельностью специфической бродильной микрофлоры - молочнокислыми бактериями. В 1 с муки содержится от десятков тысяч до нескольких миллионов микроорганизмов. Качественный состав микроорганизмов разнообразен. В ней встречаются грибы, бактерий, актиномицеты и другие виды микроорганизмов, но находятся они в малоактивном состоянии. При влажности муки менее 15% все виды микроорганизмов находятся в неактивном состоянии, при увеличении влажности до 40-50% в полуфабрикатах хлебопекарного производства создаются благоприятные условия для их развития. Аминокислоты, сахара, витамины муки переходят в раствор и становятся доступными для микроорганизмов. Кривая зависимости числа клеток от продолжительности брожения для всех микроорганизмов имеет участок стабилизации - период задержки роста, а затем возрастает, что характеризует период быстрого размножения микрофлоры (рис. 22).

С этого момента между различными микроорганизмами начинается конкурентная борьба за овладение средой обитания, в которой побе


ждают те микроорганизмы, которые лучше других приспособлены к жизни в данных условиях. Наиболее приспособлены к условиям теста молочнокислые бактерии. Размножаясь быстрее других, они образуют молочную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность других микроорганизмов. Первыми погибают щелочелюбивые микроорганизмы (гнилостные бактерии и др.), затем - микроорганизмы, предпочитающие нейтральную среду (бактерии группы кишечной палочки). При дальнейшем повышении кислотности прекращают жизнедеятельность кислотолюбивые бактерии (маслянокислые, уксуснокислые и др.). Бактерии, предпочитающие повышенную кислотность среды, различные виды дрожжей (сахаромицеты и несахаромицеты), плесневые грибы и другие могут расти только в аэробных условиях. Сахаромицеты являются факультативными анаэробами, то есть способны размножаться и существовать в бескислородных условиях мучных полуфабрикатов.

  1. - молочнокислые

бактерии:

  1. - дрожжи;
  2. - кислотообразующие

микрорганизмы;

  1. - микроорганизмы,

живущие в нейтральной среде;

  1. - щелочнолюбивые бак

терии

Продолжительность брожения

Рис. 22. Динамика роста различных групп микроорганизмов при спонтанном брожении теста

В результате культивирования остаются дрожжи и молочнокислые бактерии, растущие при высокой кислотности полуфабрикатов (закваски, тесто) в анаэробных условиях. Таким образом, накопление дрожжами и молочнокислыми бактериями спирта, молочной кислоты и отсутствие кислорода не допускает развитие в них посторонних микроорганизмов. При этом дрожжи и молочнокислые бактерии являются си- нергистами.

Таким образом, если смешать муку с водой, а потом к приготовленной смеси через определенные промежутки времени добавлять но


вые порции муки и иолы, то и ней накапливаются молочнокислые бактерии, активность которых быстро нарастает.

  1.  Приготовление ржаной закваски

В практике известно много способов приготовления ржаной закваски, которые по консистенции могут быть густыми и жидкими.

Способ приготовления ржаной закваски спонтанного брожения на прессованных дрожжах и муке схематично представлен на рис. 23.

Мука ржаная обойная Дрожжи прессованные Вода

Температура брожения -27° С Продолжительность брожения - 3 ч Конечная кислотность - 3 град

+ Мука ржаная обойная

Вода

Температура брожения -27° С Продолжительность брожения - 3 ч Конечная кислотность - 3 град

+ Мука ржаная обойная Дрожжи прессованные

Вода

Температура брожения - 27° С Продолжительность брожения - 4ч Конечная кислотность - 4,5-5 град

+ Мука ржаная обойная Дрожжи прессованные Вода

Температура брожения - 27° С Продолжительность брожения -4ч Конечная кислотность - 9 град

Закваска

Мука ржаная обойная Дрожжи прессованные Вода

Температура брожения - 27е С Продолжительность брожения - 4 ч Конечная кислотность - 9 град

Рис. 23. Этапы приготовления ржаной закваски спонтанного брожения

На первом этапе происходит размножение дрожжевых клеток, а после несколькнх освежений, наряду со спиртовым брожением, отмечаются признаки развития молочнокислой микрофлоры. После каждого освежения закваска становится более кислой, благодаря увеличению


количества бактерий, вызывающих закисание теста. Смешивая муку, воду и прессованные дрожжи и поддерживая определенную температуру, создаются благоприятные условия для размножения бактерий.

Данная схема получения закваски имеет следующие недостатки:

  1. значительная продолжительность процесса, включающая 7 фаз общей продолжительностью около 20 часов;
  2. нестабильность свойств закваски, так как в результате выведения возможно размножение неспецифичной микрофлоры, что приводит к получению хлеба неудовлетворительного качества.

Получение полуфабрикатов хлебопекарного производства стабильного качества основано на использовании заквасок, характеризующихся наличием специальной микрофлоры, что может быть обеспечено использованием чистых культур.

Разработано большое количество способов приготовления ржаных заквасок.

Традиционный технологический процесс производства ржаного и ржано-пшеничного хлеба, является многофазным и делится на два главных этапа: приготовление закваски, приготовление теста (рис. 24).

Приготовление закваски делится на разводочный цикл, включающий три фазы, и производственный цикл.

Рис. 24. Многофазный непрерывный процесс приготовления теста из ржаной муки

Разводочный цикл приготовления закваски состоит чаще всего из трех фаз: дрожжевая, промежуточная и основная закваска (табл. 11). Приготовление заквасок разводочного цикла основано на принципе выращивания микроорганизмов без отбора на основе закваски предыдущего приготовления. Целью приготовления заквасок разводочного цикла


является получение определенного количества активных молочнокислых бактерий. При этом в процессе разводочного цикла увеличивается конечная кислотность закваски.

Таблица 11

Режимы приготовления л/квасок разводочного ijiih.ni

Наименование

закваски

Температура,

°С

11рОДПЛ/К1!ТСЛЫШСТЬ, ч

Конечна» кислотность, град

ш обойной муки

111 обдирной муки

Дрожжевая

27-28

4,5-5,0

9-10

7-9

11ромсжуточная

27-28

4.0-4.5

10-1 1

8-10

Основная

28-29

.'.5-4,0

! 1 -12

11-14

Готовую исходную закваску используют для приготовления теста. С этого момента, начинается производственный цикл и дальнейшее выращивание микроорганизмов закваски проводится с отборами. От готовой исходной закваски отбирают 2/3 или 3/4 се объема, а к оставшейся 1/3 или 1/4 добавляют такое количество муки и воды, чтобы восстановить прежний объем. Готовность заквасок определяется по конечной кислотности, подъемной силе и органолептическим показателям.

  1.  Применение чистых культур микроорганизмов

В хлебопекарной промышленности, перерабатывающей нестерильное сырье особое значение имеет использование чистых культур. В результате многолетнего практического опыта производства заквасок сформулирована задача применения чистых культур в качестве источника стабильной микрофлоры полуфабрикатов.

Чистой культурой называется совокупность микроорганизмов, выращенных из одной клетки и не содержащих посторонних микроорганизмов. Технически чистые культуры - культуры, содержащие незначительные примеси других микроорганизмов.

Чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий широко используются в ряде отраслей пищевой промышленности, в том числе и хлебопекарной отрасли.

Преимущества применения чистых культур молочнокислых бактерий заключается в следующем:

  1. чистые культуры создают возможность использования определенных видов и штаммов микроорганизмов, создания оптимальных


условий их жизнедеятельности в средах, достижения максимального эффекта качества готового продукта;

  1. используя специфические свойства отдельных штаммов молочнокислых бактерий, в частности, их способность к кислотообразова- нию и синтезу побочных продуктов их жизнедеятельности, можно путем комбинации этих бактерий, получать продукты разнообразного вкуса, поскольку этот показатель качества определяется подбором видов чистых культур микроорганизмов;
  2. чистые культуры обеспечивают приготовление заквасок высокого качества в наиболее короткий период времени и гарантируют подавление посторонней микрофлоры муки;
  3. чистые культуры дают возможность повышать выход продукции за счет более экономного использования муки в процессе брожения;
  4. с применением чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий создаются возможности направленного управления технологическим процессом.

Сохранение чистых культур

Сохранение чистых культур имеет большое практическое значение, поскольку жидкие культуры, обладающие большей активностью, чем сухие, не выдерживают длительного хранения, их использование ограничивается трудностями при транспортировке.

Попытки обезвоживания культур методом распылительной сушки, предпринятые Королевым и Шмидтом в 40-х годах, не дали положительных результатов.

Термическое высушивание хлебных заквасок не решило проблем сохранения стабильных свойств чистых культур длительное время, т. к. жизнеспособность молочнокислых бактерий, полученная этим способом, оказалась весьма ослабленной.

Технология обезвоживания чистых культур методом лиофилиза- ции, разработанная Санкт-Петербургским филиалом ГосНИИХП, показала высокую эффективность. В настоящее время для приготовления хлебных заквасок применяют сухой лактобактерин (ТУ-128-7-8-82) - препарат, полученный этим методом.

Получение лактобактерина состоит из следующих операций:

  1. накопление бактериальных клеток на специальной питательной среде;

® добавление защитной среды (сахарозно-желатозной, молочно-же-

латозной);


  1. стерильное дозирование суспензии no 10 мл во флаконы;
  2. замораживание при температуре (-40) - (-50)° С;
  3. обезвоживание в вакууме до остаточной массовой доли влаги 4%;
  4. укупоривание в атмосфере азота

Лактобактсрин имеет вид мелкопористых таблеток кремового цвета и содержит в 1 дозе до 10 млрд живых бактериальных клеток.

Сухой лактобактсрин выпускается 3-х видов:

  1. для густых хлебных заквасок из смеси штаммов L. plantarum-63, L. brevis-5, L. brevis-78;
  2. для жидких хлебных заквасок из смеси штаммов L. plantarum-30, L. brevis-1, L. casei-26, L fermenti-34
  3. для термофильных заквасок L. delbnickii-76.

Сухой лактобактерин имеет срок годности до 12 месяцев при хранении в холодильнике при температу ре 4-6° С.

Применение лактобактсрина имеет следующие преимущества:

  1. упрощение и ускорение приготовления заквасок по разведочному циклу;
  2. обеспечение стабильных свойств производственных заквасок;
  3. антагонистические свойства по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам, создание благоприятных условий для развития необходимой микрофлоры;
  4. широкое распространение в промышленности прогрессивных технологических процессов приготовления хлебобулочных изделий на чистых культурах микроорганизмов.
  5.  Способы приготовления ржаных заквасок

Тесто для хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки готовят на густой закваске, на жидкой закваске без заварки, на жидкой закваске с заваркой, на концентрированной бездрожжевой молочнокислой закваске.

Приготовление теста на густой закваске рекомендуется применять при приготовлении теста из ржаной обойной и обдирной муки, а также из смеси разных сортов ржаной и пшеничной муки.

Густая закваска должна иметь влажность - 48-50%, кислотность - 13-16 град из ржаной обойной или 11-14 град из ржаной обдирной муки и подъемную силу «по шарику» до 25 мин


В разведочном цикле ее готовят из муки» воды, чистых культур за- квасочных дрожжей и молочнокислых бактерий, или закваски прежнего приготогшения с добавлением в первой фазе прессованных дрожжей.

В качестве чистых культур используют смесь Ленинградских штаммов молочнокислых бактерий L. plantarum-63, L. brevis-5, L. brevis-78 или сухой лактобактерин в сочетании со штаммом дрожжей

S. minor «Черноречеиский».

Густую закваску, выведенную по разведочному циклу любым из описанных способов, накапливают до нужного количества и далее поддерживают в производственном цикле путем освежения с последующим выбраживанием до накопления требуемой кислотности в зависимости от сорта муки.

При этом выброженную закваску в дежах делят обычно на 4 или

  1. части, из которых одну часть, соответственно 25% или 33,3% в пересчете на муку, используют для воспроизводства закваски, а остальную массу расходуют на приготовление соответственно 3-х или 2-х порций теста.

На жидкой закваске без заварки по унифицированной ленинградской схеме можно вырабатывать хлеб из ржаной и смеси разных сортов ржаной и пшеничной муки.

Сущность способа заключается в приготовлении закваски влажностью 69-75%, кислотностью 9-13 град (в зависимости от сорта муки) при подъемной силе «по шарику» до 35 мин.

При замесе теста с жидкой закваской вносят 25-35% муки от общей массы в тесте с последующим брожением теста до накопления требуемой кислотности в зависимости от сорта хлеба.

В разведочном цикле жидкую закваску выводят с применением смеси чистых культур дрожжей S. cerevisiae Л-1 и S' minor «Черноречен- ский» в сочетании со смесью жидких культур L. plantarum-30, L. casei- 26, L. brevis-1, L. fermrnti-34 или сухого лактобактерина для жидких хлебных заквасок из смеси этих же штаммов молочнокислых бактерий.

В производственном цикле жидкую закваску влажностью 69-75% без заварки освежают по достижении кислотности 9-13 град через 3-5 ч (в зависимости от влажности закваски, сорта и качества муки) путем отбора 50% спелой закваски из бродильного в расходный чан и далее на замес теста и добавления в бродильный чан к оставшейся массе эквивалентного количества питательной смеси из муки и воды для воспроизводства закваски.

При замесе теста с жидкой закваской влажностью (70±1)% вносят 30-35%. а влажностью 75% - 25% муки от обшей массы.


На жидкой закваске с заваркой по унифицированной ленинградской схеме вырабатывают преимущественно сорта хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки.

Закваска с заваркой должна иметь влажность 80-85%, кислотность 9-12 град, подъемную силу до 30 мин. Для стимуляции жизнедеятсль ности дрожжей закваску освежают питательной смесью из муки и воды с добавлением заварки в количестве 20-35% к массе смеси.

При замесе теста с закваской вносят 15-20% муки от общего количества в тесте. Брожением теста продолжается до накопления требуемой кислотности в зависимости от сорта хлеба.

В разведочном цикле жидкую закваску готовят с применением смеси чистых культур дрожжей S. cerevisiae Л-1 в сочетании со смесью жидких культур L. plantarum-30, L casei-26, L.brevis-1, L. fermenti-34 или сухого лактобактерина для жидких хлебных заквасок из смеси этих же штаммов молочнокислых бактерий.

В производственном цикле жидкую закваску с заваркой освежают по достижении кислотности 9-12 град через 3-5 ч брожения (в зависимости от влажности) путем отбора 50% спелой закваски в расходный чан и далее использования ее на замес теста и добавления в бродильный чан к оставшейся массе закваски питательной смеси из муки, воды и заварки для воспроизводства закваски. Содержание заварки в питательной смеси составляет 20 и 35% при влажности закваски соответственно 80 и 85%.

На концентрированной бездрожжевой лю.’ючнокис.юи закваске рекомендуется вырабатывать хлеб из ржаной муки и смеси ржаной и пшеничной муки на предприятиях, работающих в две смены иди с перерывами в отдельные дни.

Сущность способа заключается в приготовлении закваски влажностью 60- 70%, кислотностью 18-24 град при температуре 37-40° С. Основную микрофлору представляют молочнокислые бактерии.

При замесе теста с закваской расходуют 5-10% муки с последующим брожением теста до накопления требуемой кислотности в зависимости от сорта муки.

В разведочном цикле КМКЗ выводят с применением смеси жидких культур L. plantarum-30, L. casei-26, L. brevis-l, L. fennrnti-34 или сухого лактобактерина для жидких хлебных заквасок. Чистую культуру дрожжей не вносят.

В производственном цикле КМКЗ освежают при соотношении спелой закваски и питательной смеси равном 1:9 отбором 90% КМКЗ кислотностью 18-22 град и добавлением эквивалентного количества питательной смеси из муки и воды.


Виды микроорганизмов, применяемые при приготовлении различных видов заквасок, приведены в табл. 12.

Таблица 12

Микроорганизмы, применяемые при приготовлении заквасок

Наименование микроорганизмов, вызывающих брожение

Штаммы чистых культур микроорганизмов, используемых при приготовлении ржаных заквасок

густой

жидкой

KM КЗ

без запарки

с заварной

Молочнокис.тыс

бактерии

L. planlarum- 63

L. brevis-5 L. brevis-7

L planlanmi-30 L. brevis-1 /,. casei-26 L. fermenti-34

L. plantanim-30 L brevis-1 L. casei-26 L fermenti-34

L. plantarum-30 L .brevis-/

L caici-26 /.. fermenti-34

Дрожжи

S. minor

«Черноречен-

ский»

S. cerevisiae) 1-1 S. minor «Чер- нпрсчснскнй»

S. cerensiaeJI-l

-

  1.  Сроки обновления заквасок

В процессе производства хлеба путем систематического освежения закваски мукой и водой (питательной смесью) и поддержания оптимальной температуры создаются благоприятные условия для жизнедеятельности дрожжей и молочнокислых бактерий. Для регулирования жизнедеятельности бродильной микрофлоры необходимо учитывать физиологические особенности вносимых культур и влияние на них отдельных факторов внешней среды. На развитие дрожжей и молочнокислых бактерий в ржаных и пшеничных полуфабрикатах влияет целый комплекс условий, в частности, температура, влажность, кислотность среды, количество заварки, качество муки, особенно автолитнческая активность, микробиологическое состояние сырья и воды, а также санитарное состояние на предприятии.

Нарушения технологического процесса приготовления закваски вызывают изменения в составе микрофлоры закваски, в частности, снижение количества дрожжевых клеток и увеличение бактерий, быструю порчу закваски, ухудшение свойств теста и качества хлеба.

Важным условием производства ржаных и ржано-пшеничных сортов хлеба является строгий технологический н микробиологический контроль приготовления закваски и теста.


При правильном велении технологического процесса ржаные закваски можно готовить в течение 0,5-1 года без полного обновления заквасок.

  1.  Роль дрожжей и молочнокислых бактерий в процессе приготовления ржаного хлеба

Несмотря на то, что закваски для приготовления ржаного теста применялись еще несколько столетий назад, детальное изучение биохимических и микробиологических процессов их созревания началось в конце прошлого века.

Разнообразная микрофлора ржаных заквасок и теста представлена дрожжами Saccharomyces и молочнокислыми бактериями Lactobacillus в количественном соотношении 1:80.

Наряду с Saccharomyces cerevisiae в тесте встречается и другой вид дрожжей - Saccharomyces minor. Так, при высокой кислотности (\Ъ-\4град) после 15-30 дней ведения заквасок на чистых культурах молочнокислых бактерий и дрожжах S. cerevisiae, используемые первоначально дрожжи не обнаруживаются. В пробах закваски присутствуют мелкие дрожжи 5. minor - дрожжи, ставшие в результате естественного отбора специфическими для ржаной закваски.

Установлено, что дрожжи S. minor, не имеющие фермента а-глюкозидазы, хорошо развиваются на ржаных заквасках. Это можно объяснить высоким содержанием собственных сахаров в ржаной муке (5,5% в ржаной обойной и до 6,5% в ржаной обдирной муке). Кроме того, в результате действия ферментов муки и жизнедеятельности молочнокислых бактерий образуется некоторое количество сахаров, доступных для сбраживания данного вида дрожжей.

В заквасках и тесте из ржаной муки обнаружено также некоторое количество диких пленчатых дрожжей.

Ржаное тесто и закваски являются сложным объектом для изучения, т.к. в зависимости от концентрации субстрата, его свойств, температуры, pH бактериальная микрофлора очень различна.

Молочнокислым бактериям принадлежит ведущая роль при брожении ржаных полуфабрикатов. Молочная кислота значительно влияет на физические свойства теста с использованием ржаной муки. Известно, что кислотность способствует набуханию и пептизации белков ржаной муки, за счет чего увеличивается вязкость теста, возрастает его газоудерживающая способность. Кроме того, содержащийся в ржаной муке


активный фермент а-амилаза, обеспечивает накопление в тесте декстринов, что делает мякиш ржаного хлеба липким и заминающимся. Активность а-амилазы можно ограничить повышением кислотности закваски.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии участвуют в разрыхлении теста за счет образования диоксида углерода.

Молочнокислые бактерии оказывают большое влияние на вкус и аромат ржаного хлеба. Принято считать, что вкус и аромат хлеба во многом определяются соотношением молочной и летучих кислот.

Гомоферментативные виды молочнокислых бактерий образуют до 10% летучих кислот, в то время как у гетероферментативных количество летучих кислот в 2-3 раза больше (у отдельных штаммов количество кислот составляет до 34%). Гомоферментативные культуры образуют меньше органических ди- и трикарбоновых кислот, но несколько больше летучих карбонильных соединений. Гомоферментативные виды, как правило, являются более сильными кислотообразователями.

Установлено, что хлеб на густых заквасках с применением одних гомоферментативных видов молочнокислых бактерий лишен специфического аромата. Развитие только гетероферментативных культур способствует большему накоплению уксусной кислоты, которая придает хлебу резкий запах и более кислый вкус. Наиболее хороший хлеб по вкусу и аромату получается при совместном применении гомо- и гетероферментативных штаммов кислотообразующих бактерий в соотношении 1 :2.

Используя различные штаммы молочнокислых бактерий для выведения заквасок, можно влиять на аромат и вкус готовых изделий.

Исследование кислотообразующей микрофлоры отечественных ржаных заквасок показало, что кислотообразующая микрофлора спонтанных густых заквасок довольно разнообразна. Доминирующими видами в ней являются L. plantarum и L. brevis, довольно часто встречается L. fermenti, в меньшем количестве—L. casei и L. buclmeri. Термофильный вид L. leichmannii найден в единичных случаях, а 1. delbruckii вовсе не обнаружен. В густых заквасках, приготовленных на чистых культурах L. brevis и L. plantarum, эти виды играют основную роль. Таким образом, для густых ржаных заквасок специфичны два вида молочнокислых бактерий - L. brevis и L. plantarum, что связано, очевидно, с температурным режимом приготовления густых заквасок, который близок к оптимальной температуре развития для данных видов бактерий. Другие виды молочнокислых бактерий при внесении в густые закваски не выдерживали конкуренции со спонтанной микрофлорой муки.


Жидкие ржаные закваски но видовому составу кислотообразующей микрофлоры мало отличаются от густых. В них обнаружены те же виды бактерий: L. plantarum, L brevis. L fermenti. L. casci и в единичных случаях L buchneri и L dehruckii. Однако, в брожении жидких заквасок виды L. fermenti и L. casci играют существенную роль наряду с L. brevis и L. plantarum. По-видимому, температура жидких заквасок 32-35° С оказывает благоприятное воздействие на виды L. casei и L. fermenti. для которых оптимум температуры лежит выше 30° С. Кроме тою, на видовой состав микрофлоры жидких заквасок влияет применение чистых культур.

В жидких заквасках, выведенных на чистых культурах, наряду с используемыми видами молочнокислых бактерий, спонтанно развиваются другие виды, при этом большую роль играют бактерии, внесенные в разведочный цикл.

  1.  Биологическое взаимоотношение различных видов бродильной микрофлоры

При приготовлении ржаных заквасок в процессе культивирования молочнокислых бактерий и дрожжей последние оказывают влияние на следующие процессы:

  1. обогащают среду рядом экстрацеллюлярных продуктов своего метаболизма и делают ее более благоприятной для развития молочнокислых бактерий. В присутствии дрожжей последние могут развиваться в жидких средах, где они самостоятельно не размножаются (это наблюдается в питательных смесях, лишенных ряда витаминов, аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований);
  2. обеспечивают условия для жизнедеятельности кислотообразующих бактерий, потребляя кислород, способствующий повышению кислотности закваски, вызываемой бактериями L. brevis и L. fermenti',
  3. способны ассимилировать органические кислоты - продукты жизнедеятельности молочнокислых бактерий.

В свою очередь, молочнокислые бактерии оказывают влияние на следующие процессы:

  1. обеспечивают условия жизнедеятельности Saccharomyces, повышая кислотность среды, угнетая конкурентные виды;
  2. могут расщеплять мальтозу на две молекулы глюкозы, которая полностью усваивается дрожжами, ускоряя газообразование в заквасках;


  1. некоторые виды бактерии обладая активной системой протеолитических ферментов, гидролизуют сложные азотистые соединения, обеспечивая азотным питанием дрожжевые клетки.

Однако, в определенных условиях дрожжи и молочнокислые бактерии могут угнетать друг друга:

  1. повышенное содержание заварки в составе питательной смеси и культивирование микроорганизмов при температуре 30° С обеспечивает интенсивное размножение дрожжевых клеток, создавая дефицит сбраживаемых сахаров для молочнокислых бактерии. Повышение температуры закваски до 32° С неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности дрожжей, что приводит к ухудшению подъемной силы закваски, при этом интенсифицируется кислотонакопление.
  2. уксусная кислота, синтезируемая молочнокислыми бактериями в количестве I г на 100 г закваски, тормозит жизнедеятельность всех видов дрожжей.
  3. существует возможность прямого паразитирования молочнокислых бактерии на дрожжевых клетках с разрушением последних, особенно при повышенных температурах.
  4.  Процессы, протекающие при брожении ржаных полуфабрикатов

Сложный состав микрофлоры заквасок и теста обусловливает сложные биохимические и микробиологические процессы, протекающие при приготовления ржаного теста.

Важнейшим фактором, определяющим ход биохимических процессов в ржаной закваске и тесте, является видовой состав микрофлоры и его изменение в зависимости от условий внешней среды.

Изучение процессов сбраживания заквасок и теста показывает, что основными типами брожения являются спиртовое и молочнокислое го- мо- и гетероферментативное, кроме того присутствуют в определенной мере другие типы брожения (пропионовокислое, бутиленгликолевое, ацетоноэтиловое, ацетонобугиловое и маслянокислое).

Молочная кислота придает хлебу кисловатый вкус, а летучие кислоты - специфический аромат. Кроме летучих кислот влияние на аромат хлеба оказывают ди- и трикарбоновые кислоты, а также карбонильные соединения, в том числе спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, серо


содержащие соединения и многие другие. В образовании многих из них участвуют как молочные бактерии, так и дрожжи.

В производственном цикле при многоступенчатом сбраживании закваски и теста из ржаной обойной муки в течение 24 часов молочная и уксусная кислоты образуются в экнимолярных количествах в соответствии с анаэробным превращением пировиноградной кислоты.

Установлено, что чем выше доля уксусной кислоты в общем содержании кислот, тем резче выражен кислый вкус готового изделия. Доля уксусной кислоты в общей кислотности ржаного теста составляет от 20 до 40%.

Молочная кислота благоприятно влияет на структурно-механические свойства ржаного теста, на пептизацию белков и амилолиз крахмала.

При повышении температуры брожения от 27 до 37° С соотношение кислот изменяется в сторону увеличения молочной кислоты.

Уменьшение количества воды в закваске по отношению к муке приводит к увеличению скорости общего кислотонакопления и увеличение доли уксусной кислоты.

Внесение в закваску дрожжей формирует общее кислотонакопле- ние, но снижает долю уксусной кислоты, что связано с образованием угольной кислоты нз диоксида углерода.

Добавление к закваске фтористого натрия изменяет соотношение молочной и уксусной кислот в сторон)' уксусной.

Кроме того, важным фактором регулирования соотношения молочной и уксусной кислоты в заквасках является подбор соотношения различных видов молочнокислой микрофлоры.

При повышении кислотности среды в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий повышается растворимость азотистых веществ в воде, что приводит к снижению содержания глиадиновой и в меньшей степени глютениновой фракции белковых веществ ржаного теста, увеличению содержания растворимых белков в закваске, увеличению количества низкомолекулярных фракций белков.

Значительная часть белков ржаной муки в тесте неограниченно набухает, пептизируется, переходит в состояние вязкого коллоидного раствора, составляющего основу жидкой фазы ржаного тесга.

Жидкая фаза ржаного теста определяет структурно-механические свойства ржаного тсста: высокую вязкость, пластичность, малую способность к растяжению, низкую упругость.

Недостаточная и слишком большая пептизация белковых веществ в ржаном тесте нежелательна, т. к. может привести к чрезмерному разжижению теста и снижению его способности удерживать форму при расстойке и выпечке подовых видов хлеба.


  1.  Способы направленного регулирования биохимических процессов в ржаных полуфабрикатах

Основным способом регулирования биохимических процессов в ржаных полуфабрикатах является подбор вида и характеристик микрофлоры заквасок. Кроме того, неоднородность качества зерна ржи определяет различие в свойствах муки из него и необходимость корректировки хлебопекарных свойств муки для улучшения качества хлеба.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микрофлоры ржаных заквасок необходима полноценная питательная среда и оптимальные условия приготовления (табл. 13).

Таблица 13

Основные компоненты, необходимые для питания бродильной микрофлоры ржаных полуфабрикатов

Вид

микроорганизмов

Азотистое питание

Bui амины и

стимуляторы

Неорганические

соединения

Молочнокислые

бактерии

  1. свободные аминокислоты;
  2. низко.молекуляр- IIMC пептиды:
  3. аргинин;
  4. цнегенин:
  5. метионин:
  6. фенилаланин:
  7. триптофан: -тирозин:

глицин:

то.тейшш:

пролип:

ссрин

биотин, Ва. В,2, В,, пиридоксин, паптоген, никотиновая к-та. фолисиан к-та

Мп . Na. К, Си, Fe, F, I, Mg, S

Дрожжи

лучшим источником

азота является аммоний

шюзит, оиотин. напготсношм к-та. глютамин

N, Р, Mg, Fe, Си

На рис. 25 приведены различные виды продуктов, используемых на практике для обогащения необходимыми компонентами с целью создания полноценной питательной среды в ржаных заквасках.


Источники сбраживаемых сахаров:

  1. осахаренная заварка;
  2. яблочный порошок;
  3. хлебная мочка;
  4. ферментированные полуфабрикаты содержащие 20-60% сахаров;
  5. кислотный гидролизат, содержащий 60-80% редуцирующих сахаров. 4-10% аминного азота;
  6. сахаросодержащий свекольный порошок;
  7. ферментные препараты.

Продукты, вносимые в состав питательной среды в ржаные закваски

Источники витаминов

  1. отруби;
  2. зародыши;
  3. зерно различных культур;
  4. витамины

Источники азотистых

веществ:

изолированный белок

подсолнечника;

аминные соли;

изоляты дрожжей;

белковые ферментные

гидролизаты;

продукты из трав;

выжимки из ростков

ячменного солода;

размолотые семена томатов;

различные виды сыворотки;

молочные белковые

концентраты;

а

водоросли.

Рис. 25. Систематизация источников необходимых компонентов для питательных сред ржаных заквасок


  1.  Применение ферментных препаратов при приготовлении хлебобулочных изделий

При производстве хлебобулочных изделий используются как промышленные ферментные препараты растительного и микробного происхождения, так и ферментные системы сырья и микроорганизмов в процессе их жизнедеятельности в полуфабрикатах.

Применение ферментных препаратов в технологии хлебопекарного производства позволяет повысить и стабилизировать выход хлеба, корректировать свойства исходного сырья, реализовывать современные однофазные технологии, улучшать качество и повышать пишевую ценность готовых изделий.

Ферментные препараты - микроингредиенты, функциональная особенность которых состоит в интенсификации биохимических процессов, протекающих при переработки растительного сырья. Ферменты характеризуются специфичностью действия, проявляют активность в строго определенной последовательности, при оптимальных параметрах процесса (концентрации субстрата, температуры и продолжительности процесса, активной кислотности среды, наличии активаторов и ингибиторов).

Выпускают ферментные препараты различной степени концентрирования и очистки. Многие виды отечественных ферментных препаратов имеют названия и индексы, в которых отражена информация о продуценте фермента (виде микроорганизма), основной активности и способе выделения препарата. Название таких препаратов состоит из двух частей: первая соответствует виду основной активности, вторая - видовому названию продуцента. Например, Амилосубтилин - препарат а-амилазы из культуры В. subtilis. Глюкаваморин - препарат глюкоамилазы из A. awamor, Целловиридин - препарат целлюлазы из Т. viride.

Различают препараты, выделенные из глубинной культуры, в их названии имеется обозначение «Г» (глубинный), и из твердой фазы - «П» (поверхностный). Затем следует цифровой индекс, который характеризует степень концентрирования фермента в препарате по отношению к культуральной жидкости или твердофазной культуре. Так препараты с индексом ГЮх должны иметь активность в ед/г в 10 раза выше, чем средняя активность культуральной жидкости в ед/м.ч.

Наряду с препаратами, имеющими буквенно-цифровую индексацию, распространены препараты с названиями, в которых отражены ос


новной вид активности, величина активности, название фирмы-производителя, торговая марка и т. д.

Ферментные препараты могут быть твердыми и жидкими, иммобилизованными, а также пролонгированного действия. Твердые ферментные препараты, как правило, стандартизованы солью, крахмалом, мукой и другими веществами в зависимости от области применения. В хлебопекарной промышленности они находят наибольшее применение. Кроме того, твердые ферментные препараты производятся в сыпучем и таб- летированном виде. Жидкие формы стабилизируются консервантами.

В муке и тесте содержатся компоненты, при ферментативном воздействии на которые можно регулировать ход технологического процесса, свойства теста и качество готового продукта. Основные из них - крахмал, белок, липиды, клетчатка, гемицеллюлоза, пентозаны. Направленное воздействие на структурные компоненты муки и теста ферментных препаратов, характеризующихся стандартизованной активностью и определенной специфичностью действия, обеспечивает модификацию компонентов, что приводит к положительному технологическому эффекту (рис. 26).

Рис. 26. Эффект действия ферментных препаратов

В хлебопекарной промышленности применяются амилолитмческие (а-амилаза, глюкоамилаза, мальтогенная амилаза), протеолитическис (протеаза), цитолитические (гемицеллюлаза, ксиланаза), липолитиче- ские (липаза), окислительные (л и по кс иге нала, глкжозооксидаза) ферментные препараты. Для модификации лактозы молока и продуктов его


переработки, в том числе молочной сыворотки, применяемой при приготовлении хлебобулочных изделий, используется Р-галактозидаза.

Одним из способов интенсификации процесса тестоприготовления

является повышение сахарообразующей способности полуфабрикатов за счет увеличения содержания сбраживаемых микроорганизмами сахаров - продуктов глубокого гидролиза крахмала и некрахмальных полисахаридов, а также лактозы молочной сыворотки. При этом создаются условия для более интенсивного протекания процессов меланоидинооб- разования и накопления ароматобразующих соединений.

Для гидролиза крахмала используются амияолитические ферментные препараты, обладающие а-амилазной и глюкоамилазной активностью,

В зависимости от условий культивирования микроорганизмов и способов получения препаратов активность ферментов колеблется в широких пределах, при этом важно наличие сопутствующей активности. Ферментные препараты, обладающие а-амилазной активностью, могут быть бактериального и грибного происхождения, что определяет их характеристики и условия действия в полуфабрикатах (табл. 14).

Таблица !4

Характеристики ферментных препаратов а-аишат различного происхождения

Наименование показателей

Значения показателей а-амилазы

бактериальной

грибной

Источник получения

Bacillus subtilis

Aspergillus oryzae

Оптимум pH, ед.