При підвищенні температури до 55-70 °С крохмаль швидко набухає, поглинає велику кількість води, крохмальні зерна збільшуються в об'ємі, втрачають форму, утворюється в'язкий клейстер. Пшеничний крохмаль повністю клейстеризується при співвідношенні крохмалю і води 1:10. При недостатній кількості води крохмальні зерна клейстеризуються лише частково, з поверхні зерна. Така клейстеризація крохмалю спостерігається у процесі випікання хліба.
Температура клейстеризації для різних крохмалів різна. За даними різних авторів пшеничний крохмаль клейстеризується при температурі 62-65, житній -- 55-57, кукурудзяний -- 66-70 °С. На температуру і швидкість клейстеризації крохмалю впливають цукор, сіль, жири та інші інгредієнти. Цукор і сіль затримують набухання крохмалю і підвищують температуру клейстеризації. Жир знижує температуру клейстеризації.
Утворений крохмалем клейстер з часом старіє. Спостерігається явище синерезису. Клейстеризовані крохмальні зерна віддають воду, зменшуються в об'ємі, відбувається процес їх переходу з аморфного стану до початково-кристалічного, тобто ретроградація крохмалю.
Клейстер житнього крохмалю старіє повільніше, ніж пшеничного.
Молекула крохмалю деполімеризується під дією амілаз -- а- і |ї-амілази. Обидва ферменти каталізують тільки розщеплення и-1,4-глюкозидних зв'язків, але в їх дії є суттєва різниця. Під дією а-амілази глюкозидні зв'язки в амілозі та амілопектині крохмалю розриваються без певного порядку. Молекула крохмалю розпадається з утворенням низькомолекулярних декстринів і мальтози. При цьому спостерігається розрідження крохмальних розчинів, зменшення їх в'язкості.
р-амілаза послідовно відщеплює мальтозу нередукуючих кінців ланцюжків. Утворюються високомолекулярні декстрини і мальтоза, тобто під дією цих ферментів відбувається декстринізація крохмалю -- розщеплення його молекули на декстрини різної молекулярної маси і мальтозу.
Гідроліз крохмалю відбувається ступенево. Спочатку утворюються амілодекстрини, які забарвлюються розчином йоду в фіолетово-синій колір. Потім з'являються еритродекстрини. Вони при взаємодії з розчином йоду дають червоно-буре забарвлення. Ще пізніше утворюються ахродекстрини і мальтодекст-рини, які не забарвлюються йодом, і мальтоза.
При кислотному гідролізі крохмалю при певних умовах продуктом гідролізу є глюкоза
(Сг,Н,0Оь)„ + пНгО->пС6Н,гО6.
Крохмаль відіграє велику роль у технології хліба. Від складу і стану його зерен залежить водопоглинальна здатність тіста. Продукти ферментативного гідролізу крохмалю є джерелом поживних речовин, що забезпечують процес бродіння. Він бере участь у структуроутворенні тіста і хліба.
Здатність крохмалю клейстеризуватися при підвищеній температурі, зв'язуючи при цьому значну кількість води, забезпечує утворення сухої еластичної м'якушки хліба. Здатність крохмалю до ретроградації є основною причиною черствіння хліба.
Клітковина. Клітковина або целюлоза складається із залишків (i-D-глю-копіраноз, з'єднаних |І-глюкозидним зв'язком, утворює структурну основу оболонок рослинних клітин. Міститься в оболонках зерна і стінках клітин алейронового шару. У зерні пшениці та жита її масова частка складає 1,7...2,5%. Виходячи з того, що клітковина знаходиться у периферійних частинках зерна, її досить багато у обойному борошні. Так, у пшеничному обойному борошні міститься 1,6-1,9% клітковини, у житньому обойному -- до 2,0, тоді як у борошні вищого сорту біля 0,2, а другого сорту -- 0,8% на CP.
Клітковина не засвоюється організмом людини -- у травному тракті людини не виробляються ферменти, що її розщеплюють. У тісті та хлібі вона бере участь у створенні їх структури.
Геміцелюлози -- це гетерополісахариди, які нарівні з целюлозою входять до складу клітинних стінок оболонок і ендосперму зернівок. Основною складовою геміцелюлози є пентози. У зерні пшениці та жита міститься від 8 до 10% геміцелюлоз. Пшеничне і житнє борошно, залежно від сорту, містить різну кількість геміцелюлоз. У висівках сортового помелу їх масова частка складає 40%.
Геміцелюлози, як і клітковина, не засвоюються організмом людини. Ці полісахариди підсилюють перистальтику кишечнику, виводять із організму холестерин, важкі метали та інші шкідливі речовини.
Пентозани -- це полісахариди, що складаються в основному з пентоз -- ксилози і арабінози. Вони містять також залишки гексоз. Хроматографією препаратів пентозанів встановлено, що в їх молекулі міститься зв'язаний з вуглеводними ланцюжками білок.
Пшеничне борошно містить пентозанів від 2,1% у вищому сорті до 6,5% у обойному. В житньому сіяному борошні їх масова частка складає 4,2, а обойному -- 8,6% на сухі речовини борошна.
Пентозани діляться на розчинні та нерозчинні. Розчинні пентозани часто називають слизями або гумі. У пшеничному борошні масова частка водорозчинних пентозанів становить 20-24, а у житньому -- біля 40% від загальної маси пентозанів.
Молекули пентозанів мають високополімерний характер, містять велику кількість гідроксильних груп. Водорозчинні пентозани мають підвищену здатність до гідратації, сильно виражені колоїдні властивості, здатність до гелеутворення.
Біля половини водорозчинних пентозанів є глікопротеїдами. Саме ця фракція водорозчинних пентозанів утворює в'язкі розчини, які під дією окислювачів переходять у щільний гель. Оптимальним для утворення пентозанами драглів є рН 5,0-4,0. Слизі зерна жита швидко набухають у воді й утворюють в'язкі розчини. В'язкість цих розчинів у багато разів вища в'язкості розчину желатину тієї ж концентрації.
У ендоспермі зерна слизів майже у 2 рази менше, ніж у його периферійній частині, але в'язкість слизів ендосперму у 50 разів більша, ніж слизів, що містяться у периферійних частинах зерна. Розчинні пентозани поглинають воду у співвідношенні 1:15, нерозчинні -- добре набухають у воді, поглинають воду в кількості, що перевищує їх масу в 10 разів.
Пентозани відіграють значну роль у формуванні структурно-механічних властивостей житнього тіста. Дріжджами вони не зброджуються, організмом людини не засвоюються.
Одним з найбільш розповсюджених пентозанів є арабаноксилан, який міститься у ендоспермі пшениці та жита.
Пектинові речовини -- високомолекулярні полісахариди, основним структурним компонентом яких є галактуронова кислота. Вони входять до складу клітинних стінок разом з целюлозою, геміцелюлозою і лігніном. Це нерозчинні пектини (протопектини). Розчинні пектини містяться у клітковинному соку. В борошні масова частка пектинових речовин дуже мала.
Важливою властивістю пектинів є здатність до набухання і комплексоутворення.
Азотисті речовини борошна. Азотисті речовини борошна представлені білками і небілковими речовинами (рис. 2.4). Основну частину азотистих речовин складають білки.
Білки або протеїни (грецьке protos -- перший, головний) є високомолеку-лярними високополімерними органічними сполуками, що складаються із залишків амінокислот, сполучених пептидними зв'язками у точно визначеному порядку. Відомо більше 200 амінокислот, але до складу білків входять лише 20.
Молекулярна маса білків коливається від 6000 до 1 млн. і більше. Так, є дані, одержані методом седиментації, що білок пшениці гліадин має молекулярну масу 24-28 тис, а глютенін -- 41 -56 тис.
Складна молекула білку утворюється завдяки хімічним зв'язкам різної міцності -- ковалентним, водневим, іонним, гідрофобної взаємодії, рис. 2.5. Найміцнішими є ковалентні зв'язки. До них відносять пептидні, ди-сульфідні та складно-ефірні.
Пептидними зв'язками (--CO-- NH--) сполучені між собою залишки амінокислот.
Дисульфідні містки (--S--S--) утворюються між молекулами цистеїну різних поліпептидних ланцюгів або двома молекулами цистеїну одного ланцюга внаслідок відщеплення атомів водню від сульфгідрильних груп (--SH)
--SH+ О -> (-S-S-) + Нг0--SH
Інші види зв'язку порівняно з ковалентними слабкі, але завдяки своїй бага-точисельності вони відіграють важливу роль у будові молекули та її стійкості.
Водневий зв'язок виникає між ковалентно зв'язаним атомом водню, що має позитивний заряд, і від'ємно зарядженими атомами кисню, азоту сусідніх частин молекули або сусідніх молекул і служить «містком» між ними. Енергія водневих зв'язків лежить у межах 1,5-7 ккал/моль, в той час як енергія ковалентних зв'язків складає 50-120 ккал/моль. Енергія зв'язку -- це кількість енергії, яку необхідно витратити, щоб забезпечити розрив зв'язків між двома атомами.
Важливе місце посідає іонний зв'язок (сольовий). Цей зв'язок обумовлюється силою електростатичного притягання між протилежно зарядженими іонами. Він міцніший, ніж водневий.
Зв'язок гідрофобної взаємодії виникає лише між неполярними радикалами (залишками) деяких амінокислот тільки у водному середовищі.
Певне значення у будові молекули білку відіграють і дуже слабкі сили міжмолекулярного притягання.
У будові молекули білків розпізнають первинну, вторинну, третинну і четвертинну структуру, що характеризують різні рівні організації білкової молекули, рис. 2.6.
Склад і послідовність розміщення амінокислот у поліпептидному ланцюгу характеризують його первинну структуру. Вона виникає завдяки пептидним зв'язкам між а-карбоксильною й u-аміно- групами.
Вторинна структура білків визначається формою ланцюгів амінокислот. Ланцюги у молекулі глобулярних білків, до яких належать і білки злакових, розміщені у вигляді спіралі, витки якої з'єднані водневими зв'язками. Саме наявність цих зв'язків і обумовлює закрученість поліпептидного ланцюга у спіраль.
Третинна структура характеризує просторову конфігурацію білкової молекули. Завдяки хімічним зв'язкам, що виникають між окремими активними групами у поліпептидному ланцюгу, він укладається, упаковується певним чином, і білкова молекула набуває специфічної форми.
За формою молекула білків зернових наближається до шару або еліпсоїду.
Четвертинна структура білків утворюється, коли кілька субодиниць, що мають свою специфічну третинну структуру, об'єднуються за допомогою слабких нековалентних зв'язків. Класифікація білків. За складністю будови білки ділять на протеїни і протеїди.
Протеїни -- це прості білки, у процесі гідролізу вони утворюють тільки амінокислоти. Протеїди являють собою сполуку простого білка з якоюсь речовиною небілкової природи, під час гідролізу окрім амінокислот дають інші сполуки (глюкозу, фосфорну кислоту тощо). У зернах злакових містяться в основному прості білки, протеїдів є незначна кількість.На основі класичної роботи американського вченого Т. Осборна (1907 р.) протеїни розподіляють на чотири групи залежно від розчинності: альбуміни, глобуліни, проламіни, глютеліни. Альбуміни -- прості білки, розчинні у воді, мають відносно невелику молекулярну масу. Представником їх є лейкозин пшениці, жита, ячменю. Це повноцінні білки, вони містять усі незамінні амінокислоти.Глобуліни -- білки, розчинні у слабких розчинах нейтральних солей (3-5%-ний розчин NaCI, КСІ тощо), містяться в зерні всіх злакових культур, як і альбуміни, є повноцінними білками.
Масова частка альбумінів і глобулінів у борошні становить 15-20% загальної маси білків.
Проламіни -- білки, розчинні у 60-80%-ному етиловому спирті. До
найбільш вивчених білків цієї групи належать гліадини пшениці та жита, гордеїн ячменю, зеїн кукурудзи. З біологічної точки зору вони не досить повноцінні, бо мають незначний вміст лізину, іноді триптофану.
Глютеліни -- білки, розчинні у слабких розчинах лугів (0,2-2,0%). До них належать глютенін пшениці та жита. У харчовому відношенні ці білки, як і проламіни, мають низьку біологічну цінність.
Такий розподіл протеїнів на фракції умовний. На цей час відомо, що кожна з цих фракцій є гетерогенною і складається з декількох білків. Протеїни пшениці мають такий середній фракційний склад, у%: альбуміни -- 6,2; глобуліни -- 12,6; проламіни -- 35,6; глютеліни -- 28,2; нерозчинна фракція -- 8,7.
Із протеїдів борошна найбільше значення мають: ліпопротеїди -- сполуки білків з ліпідами; фосфоліпіди -- сполуки, у яких білки зв'язані з фосфорною кислотою ефірним зв'язком; глікопротеїди -- сполуки білків з вуглеводами та їх похідними; нуклеопротеїди -- сполуки білків з нуклеїновими кислотами.
Вміст білків у зерні та борошні. Масова частка білків у пшеничному борошні становить 10,3-12,5%, житньому -- 6,9-10,7% і залежить від вмісту їх у зерні, з якого воно виготовлене. Масову частку білків у борошні можна встановити, визначивши в ньому масову частку азоту і помноживши її на коефіцієнт 5,67.
Накопичення білків у зерні залежить від таких факторів, як його сорт, склад ґрунтів, кліматичні умови, агротехніка вирощування тощо. Пшениця, що вирощується на півдні, накопичує більше білків, ніж вирощена в північних районах. Білки у зернівці розподілені нерівномірно. Якщо розглядати кожну із частин зерна, то найбільше білків містить зародок, менше їх в алейроновому шарі й найменше в ендоспермі. Розподіл білків між морфологічними частинами зерна,% на CP, показане на рис.
У зародку містяться в основному альбуміни, в алейроновому шарі -- глобуліни й альбуміни, в ендоспермі -- проламіни і глютеліни. Цим пояснюється різна масова частка білкових речовин за сортами борошна.
Якщо оцінювати амінокислотний склад білків борошна, то у ньому містяться всі вісім незамінних амінокислот, але амінокислотний склад білків борошна не збалансований за масовою часткою лізину, треоніну, триптофану та метіоніну.
Білки житнього борошна порівняно з пшеничним містять більше незамінних амінокислот і особливо лізину.
Фізико-хімічні властивості білків. Білки борошна мають значну гідратаційну здатність. Вона обумовлена гідрофільними групами, розміщеними на поверхні білкової глобули (--CO--NH--, -- NH2, --СООН). Білки борошна, на відміну від крохмалю, зв'язують воду осмотично, тобто міцніше. Під час гідратації навколо кожної молекули білка утворюються водні оболонки, що складаються з орієнтованих певним чином у просторі молекул води. У тісті білки утримують 2-3-кратну кількість води по відношенню до своєї маси. Внаслідок цього молекули білків збільшуються в об'ємі. Деякі білки здатні набухати необмежено і утворювати колоїдні розчини.
Білки пшеничного борошна гліадин і глютенін поглинають воду, набухають, злипаються і утворюють пружну, еластичну масу -- сиру клейковину, її гідратаційна здатність, тобто кількість води, поглинутої відносно сухої маси білку, складає 170-250%. Оптимальна температура для набухання білків -- ЗО °С. Клейковина, що утворюється у процесі змішування борошна з водою, формує структуру тіста. Вона є важливим фактором хлібопекарських властивостей пшеничного борошна.
Вперше клейковину виділив із пшеничного тіста шляхом відмивання від крохмалю і висівок італійський вчений Бекарі в 1745 році.
У житньому борошні масова частка білків дещо нижча, ніж у пшеничному. Співвідношення гліадину і глютеніну коливається у тих же межах, що у пшеничному борошні, але клейковину вони не утворюють. Цьому перешкоджає наявність у житньому борошні значної кількості пентозанів. Заданими Н.П.Козьми-ної, в разі, коли у борошні масова частка пентозанів становить 2,6% до маси білків, клейковина не відмивається. Білки житнього борошна швидко набухають у воді. Частина їх здатна набухати необмежено (пептизуватись), переходити у колоїдний розчин, що обумовлює його в'язкість.
Важливою властивістю білків борошна є денатурація. За певних умов змінюється внутрішня будова поліпептидних ланцюгів білків. У їх молекулі розриваються деякі зв'язки, за винятком ковалентних, змінюється вторинна, третинна та четвертинна структура і білки переходять в інший якісний стан, втрачають гідрофільні та набувають гідрофобні властивості. Із розчинних стають нерозчинними, втрачають біологічну активність. При цьому хімічний склад їх залишається незмінним. Білки денатурують внаслідок дії високої температури, ультрафіолетового опромінювання, дії сильних кислот, солей важких металів, деяких інших факторів.
Термічна денатурація характерна для білків зерна під час його сушіння при підвищеному температурному режимі. Більшість білків зерна денатурує при температурі 60-70 °С. У зерні пшениці це явище помітне уже при 50 °С. Внаслідок термічної денатурації білки борошна, виготовленого з такого зерна, утворюють клейковину дуже низької якості, або клейковина зовсім не відмиється, знижується ферментативна активність борошна.
Денатурація білків, що відбувається у процесі випікання тістових заготовок, обумовлює перетворення тіста у хліб. Денатурація білків спостерігається й у процесі зберігання виробів: білки старіють, їх структура ущільнюється, знижується здатність до набухання, розчинності, гідролізу. Це явище спостерігається при черствінні хліба. Під дією кислот і протеолітичних ферментів білки борошна здатні гідролізуватись з утворенням полі- та дипептидів і амінокислот. Ферменти, що гідролізують білки, належать до групи гідролаз. Це протеази, а саме: протеїназа і пептидаза.
Встановлено, що під дією протеїназ білок повністю не розщеплюється, а перетворюється в сполуки, що не осаджуються трихлороцтовою кислотою. Такими сполуками є поліпептиди. Збільшення вмісту амінокислот при цьому майже не спостерігається, тобто розщеплюється зовсім незначна кількість пептидних зв'язків.
Припускається, що під дією протеїназ молекули білків не гідролізуються, а лише дезагрегуються, переходять у більш розчинний стан.
Білки борошна, як й інші білки, є амфотерними сполуками, тобто мають властивості кислоти і лугу. Це є наслідком наявності у складі їх молекули кислотної (--СООН) і лужної (--NH2) груп. Внаслідок амфотерності вони надають буферних властивостей об'єктам із борошна. Тобто, в цих об'єктах різним значенням титрованої кислотності може відповідати одне й те саме значення рН.
Небілкові азотисті речовини борошна. До небілкових азотистих речовин належать вільні амінокислоти, дипептиди, поліпептиди, альбумози і пептони, що утворюються у процесі гідролітичного розщеплення білкових речовин, а також аміди кислот, солі азотної та азотистої кислот тощо.
У зерні міститься 1-3% небілкових речовин, вони зосереджені в основному в алейроновому шарі та зародку. їх масова частка зростає при проростанні, самозігріванні зерна, а також у недозрілому зерні. Масова частка небілкових азотистих речовин у борошні залежить від виду і сорту борошна, якості зерна, з якого воно виготовлене. Найбільше їх в обойних сортах борошна.
Небілкові азотисті речовини беруть участь у процесах, що відбуваються при зберіганні борошна та його переробці. Так, потемніння борошна в процесі приготування хліба обумовлюється ферментативним окисленням амінокислоти тирозину. Вони є продуктами живлення для мікрофлори тіста. При випіканні хліба карбонільні групи редукуючих цукрів взаємодіють з амінокислотами, пептидами або білками в реакції меланоїдиноугворенні.
