У пшеничному борошні залежно від сорту ліпідів міститься 1,4-2,3, у житньому -- 1,6-2,7%.
Розпізнають прості ліпіди та складні. До простих ліпідів відносяться похідні вищих жирних кислот і спиртів: ацилгліцерини, воски та деякі інші сполуки. На відміну від простих, до складних ліпідів входять ефіри залишків жирних кислот і спиртів із заміщеними групами. Складні ліпіди містять окрім вуглецю, кисню і водню також фосфор, азот, іноді сірку. Це -- фосфоліпіди, сульфоліпіди, гліколіпіди.
У борошні частина ліпідів знаходиться у вільному стані, частина зв'язана з білками (ліпопротеїди) і вуглеводами (гліколіпіди). Зв'язані ліпіди складають ЗО% усіх ліпідів. Встановлено, що зв'язані з білками ліпіди впливають на структуру і фізичні властивості білкового комплексу тіста. Зв'язані ліпіди -- це структурні ліпіди зерна і борошна. Вільні ліпіди -- це запасні ліпіди. Найрозповсюдженішою групою простих ліпідів є ацилгліцерини (або гліцериди). їх називають жирами чи оліями.
Жири. За хімічною природою жири -- це в основному суміш складних ефірів триатомного спирту гліцерину і високомолекулярних жирних кислот (триа-цилгліцериніе), але в незначній кількості присутні також ди- і моноацилгліцери-ни. Жири становлять 63-65% всіх ліпідів зерна і борошна. У зерні жири містяться в основному у алейроновому шарі та зародку. Тому борошно високих виходів містить більше жиру, ніж низьких. У пшеничному і житньому борошні різних сортів міститься 0,9-2,1% жиру.
До складу триацилгліцеринів борошна входять насичені жирні кислоти (пальмітинова, стеаринова), а також ненасичені: олеїнова, лінолева і ліноленова. У борошні на долю ненасичених жирних кислот припадає 70-85%. У зв'язку з цим жир борошна має рідку консистенцію.
Формули основних жирних кислот, що містяться у борошні, такі:
пальмітинова кислота СН3-(СН2)1Л-С00Н
стеаринова кислота СН,-(СН2),е-СООН
олеїнова кислота СН3(СН2)--СН=СН-(СН2),-СООН
лінолева кислота CH1(CH,)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH,)7-COOH
ліноленова кислота СН3-СН2-СН=СН-СНг-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2),-СООН
Поліненасичені жирні кислоти, особливо лінолеву, вважають незамінними для організму людини.
Жири розкладаються в результаті ферментативного гідролізу під дією ферменту ліпази на гліцерин і жирні кислоти. Вони здатні до згіркнення (окислення) під дією ферменту ліпоксигенази, світла, повітря і води.
У результаті ферментативного розкладу жирів борошна підвищується його кислотність. За цим показником можна оцінити свіжість борошна.
Воски -- являють собою ефіри високомолекулярних одноосновних жирних кислот і одноатомних високомолекулярних спиртів. У борошно потрапляють з уламками зерна, які вони вкривають тонким шаром. Масова частка їх у зерні дуже мала.
Складні ліпіди (ліпоїди). До основних складних ліпідів борошна належать фосфоліпіди (фосфатиди) і гліколіпіди. Фосфатиди є похідними ацилгліцеролів (складних ефірів гліцерину і жирних кислот), у яких одна із жирних кислот заміщена фосфорною кислотою з приєднаною до неї азотистою основою або іншою сполукою. п
де R, і Я, -- залишки жирних кислот; R:| -- залишок азотистої основи або іншої сполуки.
У випадку, коли R3 є залишком холіну, фосфатид зветься лецитином.
У зерні пшениці та жита міститься 0,3-0,6% фосфатидів, у зародку пшениці -- 1,6%. Це в основному лецитин. Фосфатиди разом з білками утворюють ліпопротеїдні комплекси. Під дією ферменту триацилгліцерол -- ліпази від фосфатидів відщеплюються жирні кислоти, а під дією гліцерофосфатази -- фосфорна кислота. Продукти гідролізу фосфатидів впливають на кислотність борошна.
Фосфоліпіди мають гідрофільні та гідрофобні властивості, тобто вони є поверхнево-активними речовинами, мають властивість емульгаторів. Гідрофільні властивості обумовлені наявністю в їх складі фосфатної групи, а гідрофобні -- жирних кислот. Вони є гідрофільними колоїдами, набрякають у воді й завдяки цьому сприятливо впливають на хлібопекарські властивості пшеничного борошна. Основними гліколіпідами борошна є моногалактозилгліцериди і дигалакто-зилгліцериди.
У зерні та борошні з нього супутниками ліпідів є жиророзчинні речовини. Це пігменти, жиророзчинні вітаміни, стерини та деякі інші речовини.
Стерини з білками утворюють складні комплекси, беруть участь у побудові біологічних мембран. У зерні пшениці стеринів міститься 0,03-0,07%. Основними стеринами пшениці є [і-ситостерини.
Представником стеринів є також ергостерол, з якого під дією УФ-променів утворюється вітамін D.
Пігменти борошна. Борошно містить пігменти, що утворились у зерні під час його вирощування, а також при зберіганні та переробці. Пігментами зерна є каротиноїди, хлорофіл і флавоноїди. У результаті окисно-відновних процесів, що відбуваються при зберіганні та переробленні зерна, утворюються меланіни і ме-ланоїдини.
Жиророзчинні пігменти каротиноїди і хлорофіл за хімічною природою є не-насиченими вуглеводнями, тому вони легко окислюються і переходять у безбарвні сполуки, борошно внаслідок цього білішає. Колір каротиноїдів борошна -- жовтий або оранжевий, хлорофілу -- зелений. У борошні містяться такі каротиноїди, як каротин, цеаксантин і криптоксантин, ксантофіл.
Каротини мають провітамінні властивості. В організмі людини вони перетворюються у вітамін А.
Серед каротиноїдів найбільше вивчений каротин С^Н^. Він існує у трьох модифікаціях (а,(5 і у). Найбільшу провітамінну активність має р-каротин. В організмі людини він утворює дві молекули вітаміну А, тоді як інші модифікації каротину -- тільки одну. Каротиноїди впливають на якість борошна, вони надають йому приємного кремового кольору.
Флавоноїди мають жовте забарвлення -- це пігменти оболонок.
Колір різних сортів борошна обумовлюється кольором пігментів, що містяться в різних морфологічних частинах зерна.
Ліпіди і розчинні в них супутні речовини, що екстрагуються із борошна органічними розчинниками, називають сирим жиром, його приблизний склад показаний на рис.
си, пов'язані з окисленням ліпідів. У тісті вони утворюють комплекси з білками, вуглеводами, іншими компонентами борошна, впливають на реологічні властивості тіста та якість хліба.
Мінеральні речовини борошна. Сполуки, які залишаються в золі борошна після спалювання, називають мінеральними. Загальну їх кількість називають сирою золою. У складі золи мінеральні речовини знаходяться у вигляді нелетких оксидів: Р205, К20, CaO, МдО. Чим вищий сорт борошна, тим менше в ньому міститься мінеральних речовин. Масова частка золи є показником сорту і виходу борошна. За зольністю можна судити про вміст периферійних часток зерна у борошні.
Основну масу мінеральних речовин становлять макроелементи. Це -- кальцій, фосфор, натрій, калій, магній, сірка, хлор. У загальній кількості мінеральних речовин борошна макроелементи складають 99,9%. Макроелементи об'єднують елементи, масова частка яких складає від десятих до сотих долі процента. Більша частина їх -- це сполуки фосфору (50%), калію (ЗО%), магнію і кальцію (15%).
У борошні кальцій знаходиться у вигляді сполук фосфорно- і щавлевокислих солей, сполук з білками, жирними кислотами тощо. Кальцій каталізує активність ферменту а-амілази.
Фосфор міститься у вигляді фосфатидів і різних органічних сполук. Найбільша частина фосфору борошна представлена фосфором фітину. Фітин -- це калій-кальцій-магнієва сіль інозитрофосфорної кислоти. Він міститься у алейроновому шарі зерна і оболонках, у ендоспермі його майже немає. У обойному борошні фосфор фітину складає (% на CP) 1,1-1,3, борошні II сорту -- 0,02-0,05. У житньому борошні фітинового фосфору набагато більше, ніж у пшеничному.
Під дією ферменту фітази від інозитфосфорної кислоти відщеплюються залишки фосфорної кислоти, яка активно впливає на величину кислотності борошна. Фітаза також розщеплює фітинову кислоту і цим самим поліпшує засвоєння організмом людини кальцію, що міститься у борошні,
З точки зору гігієни харчування у борошні співвідношення кальцію і фосфору, а також кальцію і магнію неоптимальне і складає 1:2,5 і 1:1,7, тоді як оптимальне 1:1,5 і 1:0,6 відповідно. Надмірний вміст фосфору затримує засвоєння кальцію.
Поряд з макроелементами у борошні є елементи, масова частка яких становить тисячні та стотисячні частки процента від його маси (10 J-10 5). Це мікроелементи: залізо, йод, мідь, фтор, цинк, кобальт, марганець, молібден та інші. Основна роль макро- і мікроелементів полягає у підвищенні активності ферментів, що каталізують біохімічні процеси, у тому числі у дріжджовій клітині під час бродіння. У харчуванні людини борошно є важливим джерелом надходження мінеральних елементів, таких як: фосфор, кальцій, калій, магній, залізо.
Масова частка окремих мікроелементів підлягає гігієнічному контролю і обмежується стандартами на борошно. Міді має бути не більше 10; свинцю -- 0,5; кадмію -- 0,1; миш'яку -- 0,2; ртуті -- 0,02; цинку -- 50,0 мг/кг.
Вітаміни борошна. Вітаміни є низькомолекулярними біологічно активними сполуками органічної природи, які у малих дозах необхідні для життєвих процесів. Вони відіграють важливу роль як у життєдіяльності людини, так і в життєвих процесах мікроорганізмів, рослин.
Вітаміни не є матеріалом для біосинтезу або джерелом енергії, вони відіграють роль біологічних каталізаторів хімічних реакцій у живому організмі. Найбільш вивчені вітаміни ділять на водорозчинні - С, PR В„ В2, В3, В6, В9, В,2, біотин (Н), холін і жиророзчинні -- A, D, Е, К.
У борошні містяться у різній кількості 8 водорозчинних вітамінів: тіамін (В,), рибофлавін (В2), ніацин (РР), піридоксин (В6), біотин (Н), аскорбінова кислота (С), пантотенова кислота (В3), інозит. Найбільша частка від загальної кількості вітамінів борошна належить вітамінам В,, В2 і PR
Оскільки вітаміни концентруються в зародку і алейроновому шарі, вміст їх у борошні тим вищий, чим більший вихід борошна.
У борошні здебільшого низьких сортів міститься також дуже незначна кількість жиророзчинних вітамінів. Це провітаміни А -- а, В і у-каротини; похідні стеринів -- вітаміни групи D, які в організмі регулюють обмін кальцію і фосфору; вітаміни групи Е або токофероли. На токофероли багатий зародок зерна, вони є сильними антиоксидантами. Вміст їх в обойному борошні забезпечує більш тривалий термін зберігання цього борошна порівняно з сортовим.
Ферменти борошна. Ферменти (від латинського ferveo -- броджу) -- органічні каталізатори біохімічних процесів. Біохімічні процеси, що протікають у борошні при його зберіганні, під час приготування тіста, при випіканні хліба, відбуваються за участю ферментів борошна і дріжджів.
Для ферментів характерна строго специфічна дія на певний субстрат, тобто певний вид сировини (сполуки певного складу і певної структури).
Активність дії ферментів залежить від умов реакції та перш за все від концентрації субстрату, температури і рН середовища. При температурі та рН вищих або нижчих за оптимальні активність ферментів знижується. Дія ферментів повністю припиняється при температурі, близькій до 0, а також при температурі денатурації білків.
Активність ферментів залежить також від присутності специфічних активаторів і неспецифічних або специфічних інгібіторів. Вона підвищується в присутності іонів Na, К, Са, Mg, Fe, речовин з групою --SH та ін.
Інгібіторами ферментів є танін, солі важких металів, трихлороцтова кислота.
За здатністю діяти у клітині або поза нею ферменти діляться на ендоферменти (внутріклітинні) і екзоферменти (такі, що виділяються клітиною за її межі).
За діючою з 1961 року Міжнародною номенклатурою усі ферменти поділені на шість класів. В основу класифікації ферментів покладено тип реакції, яку вони каталізують.
Оксиредуктази -- ферменти, що каталізують біологічні окисно-відновні реакції, наприклад процес бродіння. До цього класу належать глюкооксидаза, ліпоксигеназа, каталаза, тирозиназа.
Трансферази або ферменти переносу. Ці ферменти каталізують реакції, при яких певні хімічні угрупування відщеплюються від однієї сполуки і переносяться до іншої, утворюючи нову сполуку.
Пдролази -- ферменти, що каталізують реакції розщеплення речовин з приєднанням води. Поряд з іншими, до цього класу відносяться і ферменти, що гідролізують вуглеводи, білки, жири борошна.
Це амілази, р-фруктофуранозидаза (сахараза, інвертаза), и-глюкозидаза (мальтаза), протеази, ліпаза та інші.
Ліази -- ферменти, що каталізують реакції розриву хімічних зв'язків між атомами вуглецю, вуглецю і кисню, вуглецю і азоту. До ліаз відносяться карбоксилаза, альдолаза тощо. У тісті піруватдекарбоксилаза відщеплює диоксид вуглецю від піровиноградної кислоти, що утворюється як проміжний продукт при анаеробному бродінні.
Ізомерази -- ферменти, що каталізують реакції перетворення органічних сполук з одного ізомеру в інший.
Лігази або синтетази -- ферменти, що каталізують реакції синтезу.
Ферменти складають мізерну частку від маси борошна. Тому їх кількість не виражається в процентах. їх присутність виявляється по наявності перетворень речовин, що каталізуються ферментами.
Масова частка ферментів у борошні обумовлюється масовою часткою їх у зерні. Ферментативна активність зерна залежить від умов його вирощування, зберігання, режимів переробки. Підвищена активність ферментів у зерні, а значить і в борошні з цього зерна, спостерігається, якщо зерно не дозріло, проросло, було ушкоджене клопом-черепашкою або приморожене.
Активність ферментів зерна значно знижується при жорстких режимах його сушіння. Оскільки у зерні ферменти зосереджені здебільшого в зародку і алейроновому шарі, сортове борошно містить менше ферментів, ніж обойне. Під час зберігання борошна ферментативні процеси у ньому протікають досить мляво. Тільки при підвищенні вологості борошна більше 14,5% вони дещо активізуються.
У процесі змішування борошна з водою ферментативні реакції швидко активізуються. У технології хлібних виробів особливо важливу роль відіграють гідролітичні та окисно-відновні ферменти борошна. В ході технологічного процесу під дією гідролаз високополімерні сполуки борошна розкладаються на більш прості речовини, накопичуються водорозчинні сполуки, формуються певні реологічні властивості тіста.
Речовини, що утворюються в результаті дії ферментів, особливо декстрини, цукри, відіграють важливу роль у формуванні структури хліба, його запаху і смаку.
Активність дії гідролітичних ферментів борошна обумовлює накопичення в тісті та хлібі певної кількості водорозчинних речовин і характеризується терміном -- автолітична активність борошна. Якщо борошно має підвищену або низьку автолітичну активність, хліб може мати різні дефекти.
Амілази борошна. Амілази каталізують гідроліз крохмалю борошна. Розпізнають три амілази: а-амілазу, р-амілазу і глюкоамілазу. Остання міститься в хлібопекарських дріжджах. Вважається, що u-амілаза є лише у пшеничному борошні, виготовленому з пророслого зерна. Житнє борошно, як із пророслого, так і з нормальної якості зерна, містить у значній кількості активну а-амілазу.
р-амілаза знайдена у пророслих зернах хлібних злаків і в зернах нормальної якості. Вона міститься у всіх сортах пшеничного і житнього борошна.
У борошні а і р-амілази знаходяться у зв'язаному з білками стані й під час протеолізу відщеплюються.
Ферментативний гідроліз крохмалю під дією а- і р-амілаз відбувається внаслідок розриву глюкозидних зв'язків амілози та амілопектину і приєднання по місцю їх розриву молекули води.
Як а-амілаза, так і р-амілаза каталізують лише розщеплення о-1,4-глюко-зидних зв'язків і не можуть гідролізувати а-1,6-глюкозидних зв'язки. Проте вони відрізняються між собою за характером дії на амілозу і амілопектин та оптимальними параметрами активності. Для а-амілази характерне неупорядко-ване розщеплення амілози і амілопектину, тоді як для р-амілази -- ступеневе, рис. 2.9.
При дії а-амілази на амілозу її макромолекула спочатку розпадається на декстрини середнього розміру зі ступенем полімеризації 6-10 (а-декстрин), які в подальшому розщеплюються на низькомолекулярні декстрини і мальтозу. При дії а-амілази на амілозу може відбутися також відрив одного, двох або трьох глюкозних залишків. Таким чином, а-амілаза здатна повністю перетворити амілозу в мальтозу, маль-тотріозу і невелику кількість глюкози.
При дії а-амілази на амілопектин крохмалю утворюється мальтоза і низькомолекулярні декстрини з 5-8 глюкозидними зв'язками, які в подальшому а-амілазою не розщеплюються до мальтози. Це обумовлено тим, що фермент не діє на а-1,6 глюкозидні зв'язки у місцях розгалуження макромолекул амілопектину. Тому в результаті дії а-амілази на амілозу і амілопектин утворюються низькомолекулярні декстрини, мальтоза, невелика кількість мальтотріози і глюкози.
р-амілаза послідовно відщеплює від амілози і амілопектину ланки мальтози. Лінійна макромолекула амілози р-амілазою повністю гідролізується до мальтози. Але якщо у ланцюгу, що атакується р-амілазою, число глюкозних залишків непарне, останні три одиниці залишаються нерозщепленими у вигляді мальтотріози.
В амілопектині р-амілаза розщеплює лише верхівки розгалужених ланцюгів. Дія ферменту припиняється на відстані одного елементарного глюкозного залишку до розгалуження. В результаті гідролізу залишається високомолекуляр-ний декстрин. |!-амілаза розщеплює амілопектин з утворенням мальтози лише на 54%. Утворені високомолекулярні декстрини («-амілодекстрини) піддаються подальшому гідролізу а-амілазою і розпадаються на низькомолекулярні декстрини, на які знову починає діяти р-амілаза. Навіть при сумісній дії а і р-амілаз при гідролізі амілопектину залишаються декстрини з 5-8 глюкозними залишками, в яких зосереджені а-1,6 глюкозидні зв'язки. При одночасній дії обох амілаз крохмаль гідролізується на 95%.
Оптимальні умови дії у а і р-амілаз різні, р-амілаза найактивніша при рН середовища 4,5-4,8 і температурі 49-54 °С. При температурі 70 °С вона інакти-вується. Для а-амілази оптимальним рН середовища є 5,6-6,3, а температура 58-65 °С. Інактивується а-амілаза при температурі випікання 80-85 °С. Проте є дані, що інактивація u-амілази відбувається при температурі 95 °С. Порівняно з р-амілазою а-амілаза більш термолабільна, але чутлива до зниження рН середовища. При рН 3,3-4,0 а-амілаза інактивується. При зниженні рН знижується температурний оптимум і температура інактивації амілаз. Залежно від кислотності середовища температура інактивації коливається для р-амілази в межах 60-84, а-амілази - 70-95 °С.
Нативний крохмаль борошна гідролізується ферментами повільно. Найлегше гідролізуються амілазами ушкоджені зерна крохмалю і клейстеризований крохмаль. Швидкість ферментативного гідролізу крохмалю амілазами можна характеризувати загальною кількістю редукуючих вуглеводів (у перерахунку на мальтозу), що накопичились у продукті за час гідролізу.
