Dane kontaktowe
BIOENZYM TECHNOLOGY s.c
os. Zacisze 22
62-250 Graby
tel.kom. 502 630 570
tel kom. 509 499 500
biuro@bioenzym.pl
Technologiczne Memorandum
Agenda spotkania szkoleniowego dla personelu KJ: kierownictwa, laborantów i próbobiorców we młynach
„Zadania analizy ilościowej, ocena wyników analizy"
1. Wprowadzenie.
Zadaniem analizy ilościowej jest oznaczenie zawartości składnika lub składników materiału badanego decydujących o jaskości surowca - ziarna - lub zgodności ze specyfikacją produktu - mąki, oraz np. określenie skuteczności równomiernego rozprowadzenia substancji dodanych w ilościach ppm - jak to ma miejsce w przypadku stabilizowania czy standaryzowania mąki (ilości jednostek składnika dodanego w milionie - 100ppm = 100g/1000kg). Analiza ilościowa ma wielorakie zastosowanie, dlatego wymaga zastosowania różnych metod oznaczania. Metody stosowane w analizie ilościowej można podzielić na:
1/ metody klasyczne: metody wagowe analizy i metody miareczkowe,
2/ metody instrumentalne np. alweografia: rys. 1 i 2 czy metoda NIR - Infratec 1231 FOSS: rys. 3 i 4.
Rys. 1. Wpływ kompleksów enzymatycznych na reologię ciasta przedstawiony wykresami alweograficznymi.
Rys. 2. Wpływ proteaz - BioEn W - aplikacje 0, 100, 150, 200 ppm na reologie ciasta: stabilne W, malejące P
Bardzo istotne jest odpowiednie dostosowanie metod oznaczania i ich: dokładności, czułości, precyzji do określonej szybkości wykonywania analizy oraz możliwości wykorzystania tempa przebiegu różnych procesów podczas oznaczania, przekładających się na towarzyszące im efekty fizykochemiczne, zmieniające się wraz ze zmiana stężenia substancji dodanych.
W metodach instrumentalnych (nazwanych tak, dlatego, że do wykonania analizy zawsze jest konieczny jakiś mniej lub bardziej skomplikowany przyrząd), wykorzystuje się do celów analitycznych zjawiska fizyczne lub fizykochemiczne i zależności mierzonych wielkości od stężenia oznaczanego składnika w badanej próbce.
 |
 |
| Rysunek 3 | Rysunek 4 |
Metody instrumentalne cechuje wiele zalet. Główne z nich to obiektywny wynik pomiaru, dokonywany zwykle za pomocą miernika elektrycznego, oraz szybkość wykonania. Szczególnie metody bezpośrednie pozwalają szybko wykonywać oznaczenie w próbkach o podobnych składach, co jest korzystne w przemysłowej kontroli technologii. W związku z rozwojem metod instrumentalnych spotykamy się często z przeciwstawieniem ich metodom klasycznym. Metody instrumentalne traktuje się, jako metody nowoczesne, klasyczne zaś, jako już przestarzałe.
Trzeba jednak wyraźnie stwierdzić niesłuszność takiego stawiania sprawy. Metody klasyczne cechuje ciągle jeszcze najlepsza precyzja i dokładność. Są to metody bezpośrednie, w odróżnieniu do metod instrumentalnych, które są metodami porównawczymi. Wzorce niezbędne w analizie instrumentalnej analizuje się zawsze metodami klasycznymi. Tylko umiejętne posługiwanie się metodami klasycznymi jak i instrumentalnymi może zapewnić prawidłowe wykonywanie różnych zadań analitycznych.
2. Metody znormalizowane.
Wszystkie analizy klasyczne, stosowane szczególnie do oceny surowca i produktów, przeprowadza się w ściśle określonych, umownych warunkach wykonania - znormalizowanych, w których ustalony jest sposób, czas trwania, temperatury przebiegu reakcji, kształt naczyń, wielkość naważki itp. Znormalizowane metody badań materiałów wprowadza się w celu umożliwienia uzyskiwania porównywalnych wyników analiz tą samą metodą w różnych laboratoriach, np. dostawcy i odbiorcy. Mówimy wówczas o pojęciu odtwarzalności, - gdy zestawia się wyniki analiz tych samych próbek w różnych laboratoriach.
3. Pobieranie próbek do analizy.
Prawidłowo pobrane próbki dobrze reprezentującej badany materiał stanowi w decydujący sposób o wynikach analizy. Cały wkład pracy, jakiego wymaga wykonanie często skomplikowanej analizy, idzie na marne, jeżeli próbka, której analizę wykonano nie reprezentuje we właściwy sposób całej partii materiału.
3.1. Ogólne zasady pobierania próbek.
Cała ilość materiału, którą należy ocenić na podstawie analizy, nazywa się partią materiału.
Z partii materiału pobiera się próbkę ogólną w ilości rzędu promila partii. Próbkę ogólną stanowi szereg próbek pierwotnych, tj. zaczerpnięć próbnika, czerpaka z wielu miejsc partii. Miejsca partii, z których pobiera się próbki pierwotne, wybiera się losowo, aby uniknąć mimowolnego wyboru lepszego lub gorszego materiału do analizy. Materiał do próbek pobieramy nie tylko z wierzchniej warstwy, ale również z warstw materiału położonego głębiej.
Próbkę ogólną otrzymujemy poprzez przemieszanie próbek pierwotnych i po jej zmniejszeniu otrzymuje się średnią próbkę laboratoryjną, którą natychmiast należy hermetycznie opakować, aby nie zmieniła zawartości wilgoci lub nie uległa innym wpływom atmosfery. Średnia próbka laboratoryjna powinna być pobrana w takiej ilości, aby można było z niej przygotować 3 porcje, opakowane osobno.
4. Ocena wyników analizy.
4.1. Dokładność, precyzja, czułość.
Wyniki analizy próbki odpowiadają prawdziwej zawartości oznaczanego składnika tylko w pewnym przybliżeniu. Oczywiście należy dążyć do opracowywania i stosowania takich metod, aby błąd analizy był możliwie najmniejszy, a wyniki najbardziej zbliżone do zawartości rzeczywistej.
Rozpatrując pod tym kątem widzenia metody analityczne i otrzymywane za ich pomocą wyniki analiz wprowadzono wiele pojęć stanowiących kryteria oceny tych metod. Są to pojęcia dokładności, precyzji, wykrywalności, oznaczalności i czułości metody analitycznej.
4.1.1. Dokładność i precyzja metody.
W celu określenia dokładności i precyzji metody rozpatrzymy wyniki uzyskane przy zastosowaniu czterech metod analitycznych, za pomocą, których wykonano wielokrotne oznaczenie tego samego składnika w tej samej próbce badanego materiału.
Metoda dokładna, to taka metoda, która daje wyniki bliskie wartości prawdziwej.
Wielkość rozrzutu wyników charakteryzuje precyzję metody.
Dokładność i precyzja nie zawsze idą z sobą w parze.
Mając do wyboru metodę o dużej precyzji, lecz niedokładną i metodę dokładną, lecz o małej precyzji, zwykle w praktyce analitycznej wybiera się, szczególnie w analizie seryjnej, metodę pierwszą, mniej dokładną, ale o dużej precyzji. Postępowanie w tym przypadku jest zawsze następujące - ustala się wielkość błędu systematycznego i wprowadza odpowiednią poprawkę, której uwzględnienie daje z dużym prawdopodobieństwem, nawet przy małej liczbie wyników, wynik bliski wartości rzeczywistej.
Dokładność, jaką wykazują wyniki analiz, jest suma wszystkich popełnionych w trakcie analizy błędów. Zdarza się przy tym, że błędy sumują się w jednym kierunku i dokładność wyników maleje. Może natomiast zajść taki przypadek, że błędy kompensują się wzajemnie i uzyskuje się wynik dokładny. Dlatego prawidłowe opracowanie metody analitycznej polega m.in. na przeanalizowaniu, pod względem popełnianych błędów, poszczególnych etapów postępowania analitycznego, aby było wiadomo, jak się one sumują lub kompensują.
4.2. Czułość metody.
Z pojęciami dokładności i precyzji jest związane pojecie czułości metody.
Czułością metody nazywa się najmniejszą różnicę w wynikach, jaką można określić za pomocą danej metody. Jest to, zatem wielkość związana przede wszystkim z przyrządem pomiarowym, z którego odczytuje się wyniki pomiaru.
Czułością metody nazywa się najmniejszą różnicę w wynikach, jaką można określić za pomocą danej metody. Jest to, zatem wielkość związana przede wszystkim z przyrządem pomiarowym, z którego odczytuje się wyniki pomiaru
4.3. Wykrywalność i oznaczalność.
Wykrywalność dotyczy najmniejszego stężenia granicznego lub ilości wykrywanego składnika.
Oznaczalność określa najmniejsze stężenie składnika możliwe do oznaczenia daną metodą.
Metoda czułą nazywamy, więc metodę o dużej oznaczalności.
4.4. Błędy w analizie ilościowej.
Otrzymany w rezultacie przeprowadzonej analizy wynik różni się zwykle od prawdziwej zawartości oznaczanego składnika o wielkość zwaną błędem wyniku.
4.4.1. Błędy przypadkowe i systematyczne.
Błędy przypadkowe są to błędy różne, co do znaku, których przyczynę trudno ustalić. Są to często błędy związane z nieprawidłowym wykonywaniem analizy, błędy osobiste wykonawcy. Wyniki obarczone wyłącznie błędami przypadkowymi oscylują wokół wartości rzeczywistej i średnia arytmetyczna z nich jest bliska wartości prawdziwej.
Błędy systematyczne wynikają z większości podanych na wstępie przyczyn. Błędy systematyczne Są w większości tego samego znaku. Średnia arytmetyczna wyników obarczonych błędem systematycznym różni się od wartości prawdziwej. Tu stosuje się poprawkę, która eliminuje błąd systematyczny.
Już przed wiekami zauważono, że rozrost ciasta jest efektem zatrzymywania w nim pęcherzyków gazów powstających podczas jego leżakowania i, że im dłużej to ciasto leży przed wypiekiem tym jego objętość jest większa a chleb po wypieku staję się bardziej pulchny. Zrozumiano też, że te pęcherzyki to gaz fermentacyjny - tak jak sok winogronowy i ciasto samorzutnie zaczyna fermentować. Zaczęto wiec dla wzmożenia fermentacji, dodawać do ciasta osadów winnych (drożdży winnych). W XVII w. zezwolono na stosowanie dowypieku chleba drożdży piwnych. A od 1867 r. używano już drożdży piekarskich (w Wiedniu powstała pierwsza fabryka drożdży piekarskich). Ale prawdziwy postęp miał dopiero nastąpić.
Starterowe kultury bakterii kwasu mlekowego Biolacty
Danisco.
Zrozumiano również, iż ciasto wytworzone z mąki żytniej i pozostawione do samorzutnej fermentacji - zaczyn - zachowuje się inaczej niż zaczyn pszenny. Ciasto nabierało ostrego zapachu i kwaśnego smaku. Chleb stał się jeszcze pulchniejszy, smaczniejszy i łatwiej strawny. Do wywołania następnych fermentacji zaczęto używać kawałków ciasta pozostawianych z ciast wytwarzanych w poprzednich dniach - zakwasów. Do dzisiaj na drodze fermentacji mlekowej wytwarzane są z mąki żytniej kwasy, które posiadają określony - krótki - czas użycia, zapewniający otrzymanie chleba o odpowiedniej jakości (z upływem czasu zbytnio obniża się pH, niekorzystnie zmienia się stosunek kwasu mlekowego do octowego na korzyść tego drugiego, nadmiernie osłabiając gluten ciasta). Również nadmierne obniżenie się pH kwasu wpływa niekorzystnie na aktywność drobnoustrojów zakwaszających - słabnie proces ich rozmnażania, potęgując problem z tzw. jego odświeżeniem. Technikę samorzutnej fermentacji mlekowej należało, więc zastąpić fermentacją kontrolowaną. Wielkim postępem w tej dziedzinie było rozpoczęcie na wielką skalę „produkcji" czystych kultur bakterii kwasu mlekowego. W Polsce „produkcją" kultur starterowych zajmuje się olsztyńska Biolacta (od kilku lat należąca do duńskiego koncernu, Danisco), która w pełni sprostała potrzebom polskiego rynku.
Witold Kozajda - BioEnzym SM podczas wypieków testowych w piekarni.
Podczas prac technologicznych mojego zespołu w piekarniach zawsze polecam i stosuję waśnie te, ponieważ gwarantują otrzymanie chleba o prawdziwie polskim charakterze. Aby osiągnąć ten cel należy podporządkować się z góry narzuconym zasadom postępowania z nimi i dostosować receptury do zastosowania kwasu otrzymanego przy ich udziale. Kultury starterowe z Biolacty po wcześniejszym dwudziestoczterogodzinnym - rozmnożeniu służą do wytwarzania „dułgoczasowego" kwasu o wydajności 200. Podstawowa receptura przeznaczona jest do ukwaszania mąki w aparatach do zakwaszania ciasta, w tzw. żurownikach (stąd kwas często nazywany jest żurem). Do 300 l wody dodaje się: rozmnożone kultury bakteryjne, 150 kg chleba (z poprzedniego dnia) i 150 kg mąki żytniej (75 kg typ 720 i 750 kg typ 2000). Zimą zalecam zmianę stosunku obu mąk - 50 kg mąki typ 720 i 100 kg mąki typ 2000. Temperaturę fermentującego żuru należy utrzymywać na poziomie 32ºC. Żur osiąga swoją dojrzałość po około 35 godzinach przy kwasowości na poziomie 22 - 25ºK. (w czasie dojrzewania żuru wartość jego pH spada od 3,7 do 3,5. Tę koncentrację kwasu mlekowego zapewnia niska wrażliwość kultur starterowych Biolacty). Po tym czasie należy go schodzić - najlepiej do około 5 -10ºC (wówczas zachodzi proces samokonserwacji żuru). Użycie takiego żuru (można go stosować po osiągnięciu jego pełnej dojrzałości nawet dwie doby) do produkcji wpływa na przedłużenie świeżości, zwiększenie wilgotności miękiszu, pogłębienie smaku i aromatu chleba. Należy pamiętać, że do ciasta na chleb pszenno - żytni nie można wprowadzić całej (przewidzianej recepturowo) ilości mąki żytnie w postaci żuru (nastąpiłoby nadmiernie zakwaszenie i osłabienie glutenu ciasta). Dodatek przeważającej części mąki żytniej nieukwaszonej (w celu uzyskania optymalnej kwasowości) i zbyt krótkie dojrzewanie ciasta powodują kruszenie się miękiszu chleba. Jedno z moich rozwiązań pozwalających na pogodzenie tych problemów i otrzymanie smacznego, zwykłego polskiego chleba przedstawiam poniżej.
1.Podmłoda (wydaj 200, temp. początkowa 26ºC, fermentacja 3 godz.
| Mąka żytnia typ 720 | 24 kg |
| Woda | 24 kg |
| Drożcże | 1 kg |
2.Ciasto
| Podmłota (wydajność 200) | 49 kg |
| Mąka pszenna typ 750 | 100 kg |
| Żur (wydajnośc 200) | 24 kg |
| Woda | 45,5 kg |
| Sól | 2,7 kg |
| Drożdże | 1,5 kg |
Wiedza o występowaniu w żywności niektórych niezbędnych do odżywiania substancji jak również ich substytutów, szeregu substancji „dodanych" i zanieczyszczeń pogłębiła dążenia do oceny produktów spożywczych nie tylko według ich wartości kalorycznej, lecz także pod kątem ich własności biologicznej. Jest to społeczne zadanie dla lekarzy, specjalistów chemii spożywczej i technologów, a także rolników i młynarzy.
Surowce. Woda
W dziedzinie przerobu surowców do produkcji żywności możliwości podwyższenia wartości odżywczej gotowych produktów są ograniczone. Należy stosować wiec takie surowce i procesy do ich przetwarzania, które zwiększają przyswajalność substancji odżywczych i niektórych niezbędnych czynników odżywczych przez ich uwalnianie z mniej wykorzystywanych kompleksów lub inaktywację, np. inhibitorów trypsyny, antywitamin itp. oraz usuwać te, które mogą szkodzić. W większości przypadków chodzi o procesy magazynowania surowców w „warunkach normalnych" i o procesy termicznego ich przetwarzania w obecności wody. Woda dla biosfery ma wyjątkowe znaczenie. Jest środowiskiem, w którym przebiegają procesy życiowe roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Jest rozpuszczalnikiem umożliwiającym transport substancji niezbędnych do różnych miejsc organizmów żywych. Jest również rozpuszczalnikiem pozwalającym - dzięki ciśnieniu osmotycznemu - na transport jonów mineralnych do wnętrza struktury granulek mąki. Pozwala utrzymywać pożądany stan koloidalny białek i innych fizjologicznie ważnych związków makrocząsteczkowych. Jest, więc obecna we wszystkich surowcach i produktach spożywczych. Występuje w nich w postaci wolnej i związanej (wiązanie fizyczne - absorpcja wody przez skrobię i chemiczne.
Woda zawarta w najważniejszym dla piekarstwa surowcu - w zbożach (a więc pośrednio w mące), jak również obecna w postaci pary decydującej o wilgotności względnej środowiska - najważniejszy parametr magazynowania - jest czynnikiem wpływającym na jakość zdrowotną i decydującym o możliwościach ich „bezpiecznego" składowania. To właśnie w zbożach przechowywanych w nieodpowiednich warunkach wilgotności i temperatury rozmnażają się niektóre szczepy pleśni, np. Fusarium, Aspergillus i Penicillium wytwarzające mykotoksyny, reprezentowane głównie przez grupę aflatoksyn, które po przemiale pozostają w mące. Niektóre z nich charakteryzują się wyjątkowa toksycznością. Na przykład kilkudniowe kurczęta giną już przy dziennej dawce 1 g/1000 ton! Różni autorzy podają „bezpieczne" zawartości wody zawartej w ziarnie zbóż i uzależniony od niej czas ich przechowywania. Na przykład dla składowania pszenicy przez okres jednego roku podaje się wymaganą wilgotność od 13 - 14%, dla okresu pięciu lat - już tylko do 11%. Woda obok mąki stanowi najważniejszy pod względem ilościowym surowiec przemysłu piekarskiego. Zawartość wody w zależności od jakości mąki i rodzaju produktu końcowego, wynosi ok. 40:60% masy pieczywa. Znaczenie wody jako rozpuszczalnika dla takich składników mąki jak: cukry, kwasy, rozpuszczalne w wodzie białka, itp. jest wręcz nieocenione. Pod wpływem wody następuje pęcznienie skrobi oraz rozpuszczanie białek glutenowych mąki. Jest niezbędnym czynnikiem umożliwiającym proces fermentacji alkoholowej i mlekowo - octowej mąki. Umożliwia równomierne rozprowadzenie drożdży, soli i cukru w masie ciasta, a w przypadku dodania substancji emulgujących, dodatków strukturalnych, systemów funkcjonalnych, utleniaczy i enzymów, umożliwia reakcję ich poszczególnych składników w czasie tworzenia ciasta i jego wypieku. Od właściwości ciasta (a więc od jakości i ilości składników tworzących go), sposobu jego wytwarzania oraz przemian spowodowanych fermentacją zależy w dużym stopniu jakość pieczywa. Woda charakteryzuje się dużym przewodnictwem cieplnym, dlatego chcąc regulować temperaturę półproduktów (podmłód, rozczynów, kwasów, ciast) łatwiej jest ogrzewać lub chłodzić wodę niż inne surowce będące składnikami danego ciasta. Jednak temperatura wody nie może przekraczać 42°C. Przed przygotowaniem wody do produkcji zawsze należy sprawdzić temperaturę innych surowców głównie mąki. Poszczególne składniki ciasta łączą się dzięki wodzie dodanej w jednorodną masę podczas mieszenia. Procesom tym towarzyszy powolne przenikanie cząsteczek wody do składników mąki. Składniki te pęcznieją powiększając swą objętość tworzą ciasto o odpowiedniej elastyczności i sprężystości. Parametry te zależą m.in. od ilości i temperatury wody użytej do jego utworzenia i są od siebie zależne odwrotnie proporcjonalnie. Wzrost elastyczności powoduje obniżenie plastyczności i odwrotnie. Na zmianę elastyczności i plastyczności duży wpływ mają użyte surowce oraz temperatura ciasta. Wzrost temperatury powoduje uplastycznienie ciasta zaś obniżenie temperatury ciasta zmniejsza jego plastyczność. W dużym stopniu od ilości wody dodanej do określonej ilości mąki, jej dojrzałości, jakości białek w niej zawartych, skrobi oraz jej rodzimych enzymów zależy konsystencja otrzymanego ciast. W praktyce piekarskiej ilość ciasta otrzymana ze 100 kg mąki nazywa się wydajnością. Wydajność ciasta określa suma 100 kg mąki i ilości wody do niej dodanej. Ciasto wytworzone ze100 kg mąki i 50 l wody ma wydajność 150. Jednak nie zawsze zmniejszającej się wydajności ciasta towarzyszy zwiększenie się jego gęstości. Ciasto pszenne wytworzone z mąki dojrzałej zawierającej określoną ilości glutenu wchłania więcej wody niż ciasto wytworzone z mąki niedojrzałej zwierającej podobną ilości glutenu.
Podczas przerobu surowców i składowania produktów gotowych mogą z różnych powodów wystąpić istotne zmiany w ilości zawartej w nich wody. Podczas pieczenia chleba i pieczywa a następnie ich studzenia następuje obniżenie jej zawartości z tym, że maksymalne jej straty występują w przedziale temperatur 45 - 75°C. Straty te w czasie pieczenia są przeważnie wynikiem denaturacji i koagulacji białek (w obecności wody zachodzą szybko już w temperaturze do 100°C - stąd ukończenie procesów pieczenia zachodzi w temp. 98 - 99°C). Podczas pieczenia lub mrożenia i innych drastycznych procesów technologicznych białka rozpuszczalne - glutenowe - ulegają denaturacji - niszczenie wiązań wtórnych. Białko przechodzi w układ mniej uporządkowany i staje się bardziej dostępne dla enzymów trawiennych ( metionina, tryptofan, treonina są bardziej strawne w chlebie niż w pszenicy).
W czasie studzenia ubytki wody są wynikiem retrogradacji skrobi i ulatniania się jej wraz z innymi lotnymi produktami termicznego rozkładu. Znaczne straty wody wstępują również w nieodpowiednim procesie zamrażania i rozmrażania pieczywa zapieczonego i półpieczonego. Dlatego też pieczywo przeznaczone do mrożenia nie powinno posiadać temperatury niżej niż 64°C. Wówczas woda, która zostanie zamrożona będzie brała udział w tworzeniu prawidłowego miękiszu i skórki po dopieczeniu i wystudzeniu.
Naturalne dodatki i ich substytuty.
W trakcie wyrabiania ciasta jego fermentacji i wypieku trzeba pamiętać, że wiele czynników wywiera wpływ na końcowe efekty naszej pracy. Pora roku, pogoda, temperatura otoczenia, twardość wody, jakość drożdży i podatność mąki na fermentację to tylko te najważniejsze. Stare przysłowie głosi, że aby upiec dobre pieczywo poza wprawą potrzebne są jeszcze czas, cierpliwość i pozytywne nastawienie do dzieła. Eksperymentując z podstawowym ciastem można znaleźć odpowiedź, jakie efekty towarzyszą w jego wytwarzaniu z dodatkiem różnych typów podmłód i metodą bezpośrednią. Wytwarzając podmłodę z 30% mąki pszennej przewidzianej recepturowo i ilości zimnej wody równej masie mąki (wydajność 200), niewielkiej ilości drożdży - poniżej 1% - i pozostawiając ją na różny czas (od 6 - 24 godzin w chłodni - temp. około 10 °C - proces fermentacji przebiega bardzo powoli) zauważymy, że ciasto utworzone z udziałem podmłody w miarę wydłużającego się procesu jej fermentacji staje się coraz bardziej wydajne i dojrzałe a wypieki z niego utworzone cechują się narastającym w swej intensywności aromatem i smakiem. Spróbujcie powtórzyć eksperyment z podmłodą o wydajności 200 w produkcji półcukierniczej zamieniając wodę na zimne mleko. Drożdżowe ciasta, bułeczki maślane, drożdżówki, chałki odzyskają swój „dekadenckie" smak zapach i miękisz. Dodatek do podmłody z wodą lub mlekiem niewielkiej ilości soli całkowicie zmienia charakter otrzymanego po upieczeniu miękiszu - jest bardziej zwarty, mięsisty, wilgotny. Sól sprzyja agregacji białek tłumiąc odpychanie elektrostatyczne i wzmacniając strukturę glutenu. Dlatego też, o soli mówi się jak o najtańszym „polepszaczu" i stabilizatorze ciasta. A optymalna jej dawka w cieście - w stosunku do mąki - to 2%. Spróbujmy zrobić następny krok w naszych eksperymentach z ciastami drożdżowymi cukierniczymi. Podczas zarabiania ciasta - po dodaniu do podmłody mąki pszennej - dodajmy najpierw rozpuszczony tłuszcz i przemieszajmy przed dodaniem innych składników przewidzianych recepturowo i powtórzmy ten eksperyment - dodając rozpuszczony tłuszcz w trakcie mieszenia po połączeniu wszystkich składników przewidzianych recepturowo. W pierwszym przypadku po wypieku otrzymamy wyroby o miękiszu „krótkim", kruchym, delikatnym (cechy wyraźnie wyczuwalne w trakcie żucia). Metoda ta zalecana jest do wytwarzania ciast na strucle makowe i inne ciasta drożdżowe zwijane, przekładane itp. A wiec tam gdzie może dojść do oddzielania się farszu od ciasta w czasie wypieku. Efekty towarzyszące ciastom, w których tłuszcz dodany był na końcu, tłumaczą zdolności glutenu (białek rozpuszczonych w wodzie) - a szczególnie jego składnika - gluteiny - do tworzenia kompleksów z tłuszczami. Proces ten ma ogromny wpływ na tworzenie i zachowanie ciasta podczas mieszenia i wypieku. Tłuszcze wywierają również wpływ na zachowanie skrobi tworząc z nią kompleksy obniżające lepkość ciasta. Procesy tworzenia kompleksów gluteina/tłuszcz, tłuszcz/skrobia mają ogromny wpływ na: tolerancję ciasta na przemieszenie, obróbkę mechaniczną, przefermentowanie, objętość wypiekową i przedłużenie świeżości wyrobów gotowych, opóźniając denaturację białka glutenu i pęcznienie granulek skrobi w czasie wypieku. To opóźnienie wydłuża czas rozrostu pieczywa w pierwszej fazie wypieku a tym samym wpływa na wyraźne zwiększenie jego objętości. Zastosowanie tłuszczy piekarskich w produkcji pieczywa pszennego w pełni uzasadnione jest w dawkach od 3 - 4,5%.
Rys. Chleb tostowy bez dodatku tłuszczu i 3% dodatkiem tłuszczu.
W nowoczesnych technologiach wytwarzanie ciasta stosuje się bardzo często emulgatory wchodzące w skład tzw. polepszaczy piekarskich,. Emulgatory typu anionowego (np. DATEM) w dawce 0,2 - 0,3% w stosunku do mąki potrafią zastąpić do 3% tłuszczu dodanego do ciasta, wywierając wpływ na gluten i skrobię w taki sam sposób jak w mechanizmie opisanym powyżej. Obecność tłuszczu w produktach gotowych podnosi ich wartość energetyczną ( 1g. tłuszczu dostarcza 9 kcal) i wartość odżywczą. Tłuszcze zwierzęce: smalec - 99,5% tłuszczu, łój - do 95% tłuszczu, masło - do 82,5% tłuszczu oraz roślinne: oleje - 100% tłuszczu (w temperaturze 15°C są płynne) i margaryny - o różnej (najczęściej 70 - 80%) zawartości tłuszczu (margaryny to tłuszcze, które w temp. 15°C mają konsystencje stałą z wyjątkiem specjalistycznych margaryn cukierniczych w płynie) są glicerydami tj. estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerydy różnią się składem jakościowym i ilościowym kwasów tłuszczowych. Najtańszym tłuszczem używanym w piekarstwie jest smalec, który przy współudziale polepszaczy emulgatorowych daje również pozytywne efekty organoleptyczne. Tłuszcze należą do produktów spożywczych łatwo psujących się. W czasie dłuższego składowania lub przechowywania w nieodpowiednich warunkach zachodzą w nich negatywne przemiany (utlenianie) określane mianem jełczenia.
Jaja to następny ważny surowiec w przemyśle piekarskim. Masa jednego jaja wynosi przeciętnie 40,7g,.w którym: żółtko stanowi 26-32%, białko 57-62%, skorupa 10-12% i błona około 3% całego jaja. Najbardziej wartościowa częścią jaja jest żółtko o kształcie kuli, zamieszczone w centralnej pozycji dzięki przyczepom białkowym zwanym chalazami. Barwa żółtka może być bardziej lub mnie pomarańczowa w zależności od rodzaju paszy i rasy kury. Żółtko składa się z kilku warstw ciemniejszych i jaśniejszych ułożonych na przemian. Warstwy ciemniejsze mają więcej tłuszczu. Żółtko ma konsystencje jądra w miarę starzenia się staje się ono rzadkie. W skład chemiczny jaja wchodzą białka, tłuszcze, składniki mineralne, składniki rozpuszczalne w wodzie, woda i witaminy. Dodatek jaj lub ich przetworów do produktów piekarskich wpływa nie tylko na cechy organoleptyczne wyrobów. Dzięki dodawanym jajom do ciast (lecytyna zawarta w jajach jest naturalnym emulgatorem amfoterycznym) możliwe stało się stosowanie stosunkowo dużej ilości tłuszczów w tradycyjnej produkcji cukierniczej. Należy jednak pamiętać, że stosunek użytych jaj do ilości tłuszczu (w kg) nie powinien przekraczać wartości 1,73. Nieodpowiedni stosunku jaj do tłuszczu w cieście doprowadza do wytwarzania tuneli w miękiszu gotowego wyrobu. Ma to szczególnie znaczenie w produkcji ciast cukierniczych ubijanych. Obecność lecytyny jaja kurzego lub emulgatorów dodanych pomaga w rozproszeniu powietrza i hamuje zbijanie się bąbelków w koagulaty podczas ubijania ciast przed pieczeniem. Dyspersja powietrza podczas ubijania - rozpad na mniejsze cząstki - w całej mieszaninie i zatrzymywanie bąbelków do czasu, aż skrobia spęcznieje i struktura ciasta utrwali się, warunkuje wyprodukowanie dobrego ciasta biszkoptowego lub biszkoptowo - tłuszczowego.
W nowoczesnych technologiach wytwarzanie ciasta stosuje się bardzo często emulgatory wchodzące w skład tzw. polepszaczy piekarskich,. Emulgatory typu anionowego (np. DATEM) w dawce 0,2 - 0,3% w stosunku do mąki potrafią zastąpić do 3% tłuszczu dodanego do ciasta, wywierając wpływ na gluten i skrobię w taki sam sposób jak w mechanizmie opisanym powyżej. Obecność tłuszczu w produktach gotowych podnosi ich wartość energetyczną ( 1g. tłuszczu dostarcza 9 kcal) i wartość odżywczą. Tłuszcze zwierzęce: smalec - 99,5% tłuszczu, łój - do 95% tłuszczu, masło - do 82,5% tłuszczu oraz roślinne: oleje - 100% tłuszczu (w temperaturze 15°C są płynne) i margaryny - o różnej (najczęściej 70 - 80%) zawartości tłuszczu (margaryny to tłuszcze, które w temp. 15°C mają konsystencje stałą z wyjątkiem specjalistycznych margaryn cukierniczych w płynie) są glicerydami tj. estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerydy różnią się składem jakościowym i ilościowym kwasów tłuszczowych. Najtańszym tłuszczem używanym w piekarstwie jest smalec, który przy współudziale polepszaczy emulgatorowych daje również pozytywne efekty organoleptyczne. Tłuszcze należą do produktów spożywczych łatwo psujących się. W czasie dłuższego składowania lub przechowywania w nieodpowiednich warunkach zachodzą w nich negatywne przemiany (utlenianie) określane mianem jełczenia.
Jaja to następny ważny surowiec w przemyśle piekarskim. Masa jednego jaja wynosi przeciętnie 40,7g,.w którym: żółtko stanowi 26-32%, białko 57-62%, skorupa 10-12% i błona około 3% całego jaja. Najbardziej wartościowa częścią jaja jest żółtko o kształcie kuli, zamieszczone w centralnej pozycji dzięki przyczepom białkowym zwanym chalazami. Barwa żółtka może być bardziej lub mnie pomarańczowa w zależności od rodzaju paszy i rasy kury. Żółtko składa się z kilku warstw ciemniejszych i jaśniejszych ułożonych na przemian. Warstwy ciemniejsze mają więcej tłuszczu. Żółtko ma konsystencje jądra w miarę starzenia się staje się ono rzadkie. W skład chemiczny jaja wchodzą białka, tłuszcze, składniki mineralne, składniki rozpuszczalne w wodzie, woda i witaminy. Dodatek jaj lub ich przetworów do produktów piekarskich wpływa nie tylko na cechy organoleptyczne wyrobów. Dzięki dodawanym jajom do ciast (lecytyna zawarta w jajach jest naturalnym emulgatorem amfoterycznym) możliwe stało się stosowanie stosunkowo dużej ilości tłuszczów w tradycyjnej produkcji cukierniczej. Należy jednak pamiętać, że stosunek użytych jaj do ilości tłuszczu (w kg) nie powinien przekraczać wartości 1,73. Nieodpowiedni stosunku jaj do tłuszczu w cieście doprowadza do wytwarzania tuneli w miękiszu gotowego wyrobu. Ma to szczególnie znaczenie w produkcji ciast cukierniczych ubijanych. Obecność lecytyny jaja kurzego lub emulgatorów dodanych pomaga w rozproszeniu powietrza i hamuje zbijanie się bąbelków w koagulaty podczas ubijania ciast przed pieczeniem. Dyspersja powietrza podczas ubijania - rozpad na mniejsze cząstki - w całej mieszaninie i zatrzymywanie bąbelków do czasu, aż skrobia spęcznieje i struktura ciasta utrwali się, warunkuje wyprodukowanie dobrego ciasta biszkoptowego lub biszkoptowo - tłuszczowego.
Bardzo pomocne w tym procesie są tłuszcze piekarskie „plastyczne przeglicerynowane" zawierające monoglicerydy wspomagające zatrzymywanie drobnych bąbelków powietrza w fazie tłuszczowej przekładające się na bardziej jednorodne zarodkowanie w całej objętości ciasta dla gazów spulchniających w czasie wypieku - końcowa objętość produktów jest większa. Tłuszcze te umożliwiają także produkcję ciast zawierających więcej cukru niż mąki.
Drożdże
Drożdże to żywe organizmy potrzebujące wody, umiarkowanego ciepła i cukrów (na przykład zawartych w mące - ciście), by się rozwijać i rozmnażać. Drożdże fermentując cukry powstałe na skutek enzymatycznego rozkładu skrobi, wytwarzają dwutlenek węgla, który powoduje, że ciasto zwiększa swoją objętość. Bardzo wiele zależy od temperatury płynu dodanego do wytwarzania ciasta - nie może przekraczać 42ºC - i temperatury otrzymanego ciasta. Przy zbyt niskich temperaturach ciasta drożdże tracą swoją aktywność, - co w wielu przypadkach jest pożądaną cechą. W czasie wielofazowej produkcji pieczywa: w trakcie fermentacji wstępnej rozczynu lub podmłody, wyrabiania ciasta i jego fermentacji w warunkach stosunkowo dużej zawartości tlenu następuje, co około trzydzieści minut podwojenie ich ilości w stosunku do ilości dodanej.
Drożdże - jednokomórkowe grzyby workowate z rodziny Saccharomycetaceae. Rozmnażają się głównie wegetatywnie przez pączkowanie, a w niesprzyjających warunkach także płciowo. Żywią się cukrami prostymi i dwucukrami wywołując w warunkach beztlenowych fermentację alkoholową - wytwarzają alkohol i dwutlenek węgla. W piekarstwie wykorzystuje się ich zdolność do spulchniania ciasta poprzez wytwarzany przez nie dwutlenek węgla. Dodane w odpowiednio większych proporcjach do ciasta podnoszą wartość odżywczą gotowych produktów - zawierają dużo witaminy z grupy B oraz aminokwasy egzogenne, których organizm ludzki nie jest w stanie wytworzyć a produkty zbożowe są w nie ubogie (lizynę, metioninę, tryptofan i inne).
Przydatność technologiczną drożdży w piekarstwie charakteryzują: właściwa siła pędna, próba termostatowa i czystość mikrobiologiczna. Pozwalają one na osiągniecie odpowiednich cech użytkowych drożdży, a wiec przedłużonej trwałości i wysokiej aktywności fermentacyjnej niezmieniającej się w czasie długotrwałego ich przechowywania. Badając aktywność drożdży piekarskich zauważono, iż wraz ze wzrostem zawartości substancji azotowych w komórkach drożdży wzrasta siła pędna, (czyli zdolność do wytwarzania dwutlenku węgla ze znajdujących się w cieście cukrów rodzimych i tych, które powstaną w wyniku aktywności enzymów hydrolizujących skrobię), natomiast maleje ich trwałość. Badając biomasę drożdżową na zawartość białka stwierdzono, że wraz ze wzrostem jego zawartości skraca się czas podnoszenia ciasta. W miarę obniżania się zawartości białka w suchej masie drożdżowej następuje stopniowe wydłużania się czasu podnoszenia ciasta od około 60 do ponad 160 min. Badając aktywność drożdży piekarskich istotne jest to, aby posiadały one w miarę wyrównaną zawartość białka w granicach 38 - 42%. W przypadku niższej zawartości białka od założonej - około 40% w suchej masie - obserwuje się wydłużony czas podnoszenia ciasta, natomiast przy zawartości powyżej 42% białka w suchej masie daje się zauważyć wyraźny wzrost siły pędnej ( szczególnie, gdy ogólna zawartość substancji azotowych przekracza 50% w suchej masie). Ma to swoje zalety, ale i wady. Drożdże takie będą charakteryzowały się bardzo krótkim czasem podnoszenia ciasta, ale i bardzo mała trwałością. Wielu badaczy sugeruje, że drożdże zawierające powyżej 45% białka ogólnego nie nadają się do dłuższego przechowywania. Z prac przeprowadzonych w ZMT w SGGW wynika, że drożdże piekarskie przechowywane w temp. 4ºC około 30 dni zasadniczo nie tracą swojej siły pędnej. Przedłużający się okres przechowywania o kilka następnych dni powoduje wyraźny spadek siły pędnej i ich trwałości. Dlatego też, dla zachowania rytmiczności produkcji zakładów drożdżowych dużo uwagi poświęca się technikom suszenia, takim, które pozwolą na uzyskanie produktu o wyższej trwałości, a zarazem nie spowodują pogorszenia ich jakości w porównaniu z drożdżami prasowanymi. Suszy się nadwyżki produkcyjne drożdży pochodzące z okresów mniejszego na nie popytu. Techniki suszenia drożdży stosowane są od około 100 lat. Dzisiaj w Europie zachodniej produkuje się wysokiej jakości suszone drożdże piekarskie. Wysoką jakość uzyskano dzięki badaniom nad określeniem: optymalnych parametrów hodowli drożdży, składu biomasy komórkowej pod względem chemicznym i biochemicznym, doboru odpowiednich szczepów do hodowli i optymalizacji warunków ich suszenia. Wyższą aktywność i jakość suszonych drożdży piekarskich uzyskano przez zastosowanie przez zastosowanie termostabilnych szczepów drożdżowych. Drożdże suszone w stosunku do drożdży prasowanych charakteryzują się wieloma zaletami: nieporównywalnie większa trwałość, mniejsza masa - 35% masy drożdży prasowanych i mniejsza objętość - do 50% objętości drożdży prasowanych, co ułatwia ich dystrybucję. Jednak posiadają również wady. Najważniejsze to: konieczność ich ożywienia poprzez uwodnienie - dehydratację - przed wprowadzeniem ich do ciasta, wciąż niższa aktywność względem drożdży prasowanych spowodowaną uszkodzeniem ich systemu enzymatycznego podczas suszenia oraz wyższą zawartością martwych komórek drożdżowych.
Witaminy i składniki mineralne
Witaminy i składniki mineralne stanowią obok białek, tłuszczów i węglowodanów dwie z pięciu podstawowych grup składników odżywczych niezbędnych do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmu. Obecnie wiadomo, iż w pożywieniu niezbędna jest obecność kilkunastu składników mineralnych. Spełniają one w organizmie szereg funkcji. Stanowią materiał budulcowy tkanki podporowej, biorą udział w tworzeniu protoplazmy, związków o wyspecjalizowanych funkcjach - np. hemoglobiny. Witaminy natomiast ułatwiają wykorzystywanie białek, tłuszczów i węglowodanów przez organizm. Nadają kierunek procesom ich przemian. Same nie stanowią źródła energii i nie są materiałem budulcowym. Żywieniowcy są zdania, że przy prawidłowym żywieniu człowieka należy uwzględnić potrzebę dostarczenia wraz z pożywieniem odpowiednich ilości witamin i składników mineralnych (najważniejsze to; wapń, fosfor, żelazo, magnez, potas, sód, chlor, miedź, magnez, fluor, molibden, selen, chrom, cynk, i jod). Ich niedobór odgrywa zasadniczą rolę w stanach chorobowych, a szczególnie w tak aktualnych chorobach cywilizacyjnych. Podkreślają, że zalecane normami ilości witamin i składników mineralnych są zróżnicowane w zależności od wieku, kondycji fizycznej, aktywności zawodowej i płci. Produkty spożywcze są zróżnicowane pod względem ich zawartości. Żywieniowcy wymieniają te, które są bogatym źródłem jednych i drugich i wskazują, jakie czynniki wpływają na ich straty w wytwarzanych produktach podczas procesów przetwarzania. Z wyników badań nad spożyciem żywności wynika, ze grupa produktów zbożowych spełnia w naszym kraju ważną a być może najważniejszą rolę w dostarczaniu wymienionych składników. Produkty zbożowe, w tym głównie pieczywo, wnoszą znaczne ilości, bo aż 29 - 35% dobowego zapotrzebowania na składniki mineralne (magnezu nawet do 60%) i kilkanaście procent witamin (B2, PP, B6) i do 35% witaminy B1. Zjadając codzienną kromkę, raczej nie zastanawiamy się, jakich składników odżywczych dostarcza nam pieczywo. Nie jest obojętne, jakie pieczywo spożywamy. Bowiem nazwa pieczywo odnosi się równie do chrupiących bułeczek jak i do chleba mieszanego czy razowego. Zawartość witamin i substancji mineralnych w pieczywie zależy od kilku czynników, głównie od jakości - typu mąki - użytej do wypieku pieczywa, od ilości użytych drożdży, twardości wody i innych dodatków - surowców. Badania przeprowadzone nad zawartością tych substancji w pieczywie wyraźnie wskazują, że ich najlepszym źródłem jest pieczywo ciemne, a w szczególności chleb pszenny razowy (np. typu graham). Porównanie chleba graham z bułką pszenną w aspekcie zawartości witamin i substancji mineralnych wskazuje wyraźnie na korzyść pieczywa ciemnego. Bułka pszenna zawiera o połowę mniej żelaza, cynku i miedzi i o 60% mniej magnezu i manganu oraz pięciokrotnie mniej witamin z grupy B niż chleb graham. Można wiec powiedzieć, iż zastąpienie jednej bułki pszennej kromką razowego chleba o tej samej masie powoduje około 2,5 - krotnie większe spożycie magnezu i manganu, i około 2 - krotne większe żelaza, cynku i miedzi. W młynach krajów zachodnich (w szczególności w Wielkiej Brytanii i w krajach skandynawskich) i niektórych młynach w Polsce, do mąk jasnych są dodawane syntetyczne witaminy (tiamina - B1, ryboflawina - B2, niacyna - PP) w ilościach zapewniających takie ich stężenie, jak w ziarnie pszenicy. Za znacznie racjonalniejszy sposób wzbogacania pieczywa pszennego w witaminy uznaje się wprowadzenie do pieczywa bogatych w te składniki surowców: mleka płynnego, odtłuszczonego mleka w proszku, serwatki, preparatów z drożdży spożywczych, ziaren roślin oleistych itp. Nie trudno wyciągnąć wnioski, że pieczywo razowe jest bardziej wartościowe pod względem żywieniowym od chlebów jasnych i pszennych bułek. Od wielu lat istnieją nadal na całym świecie w przemyśle piekarskim tendencje do wprowadzania na rynek różnych gatunków pulchnego, delikatnego i białego pieczywa, które są zgodne z gustami i oczekiwaniami konsumentów. Niestety pomijają oni aspekty jakości zdrowotnej i walorów odżywczych wybieranego pieczywa.
Preferencje w wyborze przez konsumenta rodzaju pieczywa.
-
Wygląd - jasny miękisz, objętość
-
Cena
-
Smak
-
Jakość zdrowotna
-
Walory odżywcze
Preferencje w doborze rodzaju produkowanego pieczywa przez producenta.
-
Finalny obraz produktu - objętość, jasny miękisz
-
Cena produkcji - rentowność
-
Łatwość i czas wykonania
-
Smak
-
Jakość zdrowotna
Żywieniowcy przeciwstawiają się tym kierunkom zdając sobie również sprawę z możliwości niepożądanych skutków zdrowotnych szczególnie wśród grupy ludności, dla których pieczywo stanowi podstawowe pożywienie. Większość spożywanego w Polsce pieczywa stanowi chleb pszenno - żytni. Zbyt niska jest konsumpcja ciemnego - razowego chleba bogatego w witaminy z grupy B i substancje mineralne. Warto jednak wiedzieć, że chleb żytni razowy, choć obfitujący w składniki odżywcze jest pieczywem ciężkostrawnym i nadaje się dla ludzi o zdrowym przewodzie pokarmowym. Łatwiej strawne i bardzo wartościowe pod względem zawartości witamin i substancji mineralnych jest pieczywo pszenne razowe. Tak wiec na każdym stole obok pieczywa jasnego winna znaleźć się kromka pieczywa ciemnego. Jakie zatem powinniśmy spożywać i produkować pieczywo? Na to pytanie postaram się odpowiedzieć i podzielić się doświadczeniem z producentami pieczywa już w następnych artykułach.
W trendach światowego młynarstwa na przełomie ostatnich 15 lat, zauważa się gwałtowny wzrost zainteresowania rozwojem produkcji mąk wyciągowych - jasnych. W wielu krajach Europy i Ameryki rezygnuje się praktycznie z wytwarzania typowych mąk chlebowych! Ich powodem są: lepsza wartość wypiekowa mąki jasnej, przedłużenie jej trwałości poprzez wyodrębnienie zarodków zawierających odpowiednio dużą ilość tłuszczu podatnego na utlenianie oraz zysk przedsiębiorstwa. Trendy te wywołują jednak skutki przekładające się na obniżenie zawartości składników odżywczych mąki będącej przecież surowcem do wytwarzania podstawowego i nieodzownego elementu naszej diety - pieczywa. Te skutki pociągają za sobą następne wywołane obróbką ciast i ich wypiekiem.Wypiek - przemiany.
W mąkach wyciągowych jasnych - cukierniczych i bułkowych - zwiększa się zawartość skrobi i zmniejsza zawartość białka, popiołu, tłuszczu, rodzimych enzymów oraz błonnika pokarmowego względem mąk chlebowych. Do otrąb w czasie przemiału przeniesionych jest aż 80% wszystkich składników mineralnych ziarna. Dziesięciokrotne obniża się zawartości wapnia, piętnastokrotne żelaza i cynku i aż dwudziestokrotne zawartości magnezu. Mąka jasna poddana intensywnemu mieszeniu podczas wyrabiania ciast traci 85% rodzimej witaminy E. Technika intensywnego mieszenia ciast pozwala na zwiększenie ich wydajności (zwiększenie absorpcji wody), co przekłada się na ubytek witaminy B do 40%. Ich wypiek w pełnym nasyceniu pary, rozkłada następne 20% witaminy. W przypadku ciast nieukwaszonych (pH 6,55 - 7) zawartość witaminy B spada aż do ilości śladowych.
W mąkach wyciągowych jasnych - cukierniczych i bułkowych - zwiększa się zawartość skrobi i zmniejsza zawartość białka, popiołu, tłuszczu, rodzimych enzymów oraz błonnika pokarmowego względem mąk chlebowych. Do otrąb w czasie przemiału przeniesionych jest aż 80% wszystkich składników mineralnych ziarna. Dziesięciokrotne obniża się zawartości wapnia, piętnastokrotne żelaza i cynku i aż dwudziestokrotne zawartości magnezu. Mąka jasna poddana intensywnemu mieszeniu podczas wyrabiania ciast traci 85% rodzimej witaminy E. Technika intensywnego mieszenia ciast pozwala na zwiększenie ich wydajności (zwiększenie absorpcji wody), co przekłada się na ubytek witaminy B do 40%. Ich wypiek w pełnym nasyceniu pary, rozkłada następne 20% witaminy. W przypadku ciast nieukwaszonych (pH 6,55 - 7) zawartość witaminy B spada aż do ilości śladowych.
Wypiek - proces jednostkowy zachodzący w odpowiednim, ściśle powiązanym z masą wypiekanego ciasta, czasie i w temperaturach od 170°C - dla ciast cukierniczych,225 - 245°C dla ciast pszennych i chlebowych i do 360°C dla ciastek trwałych - powoduje wytwarzanie z ciasta pieczywa. (Podkreślam wytwarzanie, mylone przez nadgorliwych HACCP - owców z utrwalaniem, czego konsekwencją jest powołanie abstrakcyjnego krytycznego punktu kontroli, rzekomo wpływającego na jakość zdrowotną pieczywa. Pieczywo, którego wypiek ukończonoby w momencie, gdy temp. jego miękiszu osiągnie poziom 93°C czy 97°C (jak przeczytałem ostatnio na łamach „Cukiernictwa...") z pewnością nikomu nie zaszkodzi, choć jego jakość - wygląd skórki - będzie miała wiele do życzenia. I gdzie tu monitoring i jego konsekwencja? - przyrost temp. wewnątrz miękiszu chleba od 93 - 97°C zachodzi w czasie, co najmniej 5 - 7min i z pewnością procesu wypieku nie ukończy. Proces kształtowania prawidłowego miękiszu, związany z wyhamowaniem migracji niezwiązanej (oddawanej przez denaturowane białko) wody przez skrobię (powodującej odmiękanie skórki chleba), kończy się w temp. 98 - 9 9°C. Powyżej 99°C następuje ubytek masy wypiekanego pieczywa pomniejszający masę deklarowaną bochenków mierzoną po 6 godz.). Wypiek w optymalnych warunkach czasu, temperatury i wilgotności, obok negatywnych skutków związanych z obniżeniem zawartości składników odżywczych, wywiera korzystny wpływ na strawność niektórych aminokwasów białka zbóż. I tak na przykład: metionina, tryptofan i treonina są łatwiej strawne w chlebie niż w pszenicy. W przypadku leucyny przemiał ogranicza jej dostępność o 25% a wypiek zwiększa prawie do 100%. Zasadniczy wpływ na zachodzenie tych procesów w czasie wypieku ma denaturacja białka, dla której środowisko ciasta o określonej zawartości wody jest idealne - denaturacja białka w wypiekanym chlebie zachodzi szybko w temp. do 100°C. Denaturacja jest procesem pożądanym nie tylko z tego powodu, że denaturowane białka są bardziej dostępne dla enzymów trawiennych, ale również, dlatego, że denaturowane białka zwiększają ilość oddawanej wody do otoczenia - pieczonego ciasta, (w którym kleikowana skrobia „cierpi" na jej niedobór) wprost proporcjonalnie do wzrostu temperatury. Przy bardziej intensywnym ogrzewaniu ciasta w piecu nagrzanym powyżej optymalnych temperatur (powyżej 280°C. dla określonego gatunku pieczywa z wyłączeniem ciastek trwałych), obok zbyt szybkiego wyhamowania rozwoju objętości kęsów i szybkiego wybarwienia zbyt cienkiej skórki pieczywa kojarzonego z ukończeniem wypieku, następuje obniżenie wartości odżywczych białek w powierzchniowych warstwach wytwarzającego się miękiszu, wynikające z następujących przyczyn:
a/ oksydatywnej destrukcji aminokwasów,
b/ tworzenia się wiązań, które nie ulegają hydrolizie w czasie trawienia - spadek biologicznej dostępności,
c/ wolniejszego uwalniania aminokwasów w czasie trawienia,
d/ zmiany smakowitości.
Zmiana szybkości uwalniania aminokwasów z białek w czasie trawienia powoduje, że nie następuje uwolnienie w procesie proteolizy wszystkich niezbędnych aminokwasów - nie znajdują się one do dyspozycji organizmu wówczas, kiedy są potrzebne i w ten sposób część z nich nie może wziąć udziału w biosyntezie białek - chleb upieczony w takich warunkach zatraca swoje najważniejsze znaczenie pokarmowe.
Drugim, bardzo istotnym procesem towarzyszącym wypiekowi chleba i pieczywa jest hydroliza skrobi - rozpad na cząsteczki prostsze (dekstryny, dwucukry, cukry proste) pod wpływem wody. Przebiega ona tym szybciej im wyższa jest temp. tworzącego się miękiszu. Pamiętamy z poprzednich artykułów, że na przebieg hydrolizy ogromny wpływ wywierają enzymy rodzime i dodane do mąki z grupy amylaz, które są stosunkowo termostabilne. Podczas umiarkowanego ogrzewania nie tylko nie ulegają inaktywacji, a przeciwnie, wykazują optimum działania w temp. 70 - 80°C. Ponieważ w czasie wypieku chleba przewodzenie ciepła do wnętrza jest bardzo powolne, hydroliza skrobi bywa znaczna. W chlebie jest, zatem zawsze mniej skrobi, a więcej rozpuszczalnych cukrów niż w mące (należy również uwzględnić, że 1 - 4% suchej substancji ulega procesom fermentacyjnym przy rośnięciu - fermentacji zasadniczej - ciasta). Im dłużej trwa wypiek, tym więcej tworzy się cukrów; np. pumpernikiel, który wypieka się przez 24 godziny, jest słodkawy, ponieważ zawiera aż 20% cukrów redukcyjnych: maltozy i glukozy. Podczas wypieku reagują one z białkami tworząc kondensaty, które nadają temu gatunkowi chleba brązowa barwę. W czasie wypieku chleba i pieczywa skrobia ogrzewana w cieście kleikuje - przybiera formę rozpuszczalną w wodzie - i daje konsystencje typowa dla miękiszu chlebowego. Ponieważ woda z głębszych warstw ciasta nie ulatnia się praktycznie w czasie wypieku chleba, konsystencja jego miękiszu zależy od ilości wody użytej do wytworzenia ciasta. W czasie przygotowywania ciasta w temp. pokojowej retrogradacja skrobi (pisałem o niej w poprzednich artykułach) przebiega łatwo, natomiast w temp. 60 - 70°C zjawisko to nie występuje. Podczas ogrzewania skrobi, jej makrocząsteczki ulegają rozszczepieniu na mniejsze fragmenty - dekstryny. Tworzą się one np. w czasie wypieku na powierzchni chleba w temp. 160 - 180°C, tworząc typowa dla niego skórkę. Dekstryny w trakcie dalszego ogrzewania karmelizują i ciemnieją, w co raz grubszej warstwie skórki. Ciemnienie w trakcie wypieku chleba i pieczywa jest wywołane interakcjami grup redukcyjnych cukrów z grupami aminowymi białek. Gdy skórka chleba ma, co najmniej 3,7 mm grubości a temperatura centralnego punktu miękiszu osiągnie 98°C procesy zachodzące w czasie wypieku są ukończone.
Wypiek to szereg procesów, w których ma miejsce wiele interakcji pomiędzy mikro- i makroskładnikami ciasta proporcjonalnie do wzrostu temperatury wewnątrz miękiszu. W wyniku tych procesów powstaje jego właściwa tekstura, bukiet i smakowitość.
W pomieszczeniach piekarni (średnia temperatura - 26°C), szafie fermentacyjnej (średnia temperatura - 34°C) i gorącym piecu przed wypiekiem (średnia temperatura - 240°C) panują podobne warunki ciśnienia powietrza. Podczas fermentacji uformowanych z ciasta bochenków (w garowni) wytwarzany jest gaz fermentacyjny - dwutlenek węgla, który napiera na ścianki ciasta powiększając jego objętość. Zamknięty wewnątrz ciasta dwutlenek węgla znajduje się, więc w stanie coraz wyższego ciśnienia względem tego, które panuje w piekarni, garowni czy piecu. Po zasadzeniu przefermentowanych bochenków ciasta do gorącego pieca i zaparowaniu, zachodzą zmiany w ciśnieniu wewnątrz pieca i wewnątrz bochenków tam włożonych. Woda wprowadzona do gorącej komory wypiekowej pieca przechodzi ze stanu ciekłego w stan pary (gazu) - powiększając swoją objętość. Wypiera z jego wnętrza znajdujące się tam rozgrzane powietrze. Para wodna napotykając chłodne bochenki zaczyna kondensować (skraplać się na ich powierzchni zwilżając ją) - zgodnie z prawami fizyki zmniejsza swoją objętość - ciśnienie i temperatura wewnątrz pieca spadają. Gaz fermentacyjny znajdujący się wewnątrz ciasta przed włożeniem do pieca posiadając wyższe ciśnienie od panującego w piecu po zaparowaniu będzie dążył do wyrównania ciśnienia z tym, jakie panuje w danym momencie w piecu (niższe niż przed zaparowaniem). Objętość gazu wzrasta proporcjonalnie do przyrostu jego temperatury. Gwałtowny wzrost temperatury otoczenia (komory wypiekowej) względem temperatury wypiekanego ciasta musi doprowadzić do gwałtownego przyrostu ciśnienia dwutlenku węgla zamkniętego w jego torbielach a więc do wzmożonego parcia na ich ścianki - bochenki zwiększają swoją objętość. Po około 2 minutach odprowadza się z komory wypiekowej nadmiar pary poprzez otworzenie kanałów wylotowych. Wzrastająca temperatura w piecu powoduje wytwarzanie się na powierzchni ciasta skórki, która zaczyna ograniczać przyrost objętości. Wzrastająca temperatura wewnątrz ciasta rozpoczyna nasilającą się denaturację białka, począwszy od 42°C, której efektem jest oddawanie do otoczenia (ciasta) odpowiedniej - coraz większej ilości wody. Wraz ze wzrostem temperatury nasila się również proces kleikowania - rozpuszczania skrobi. Pamiętamy z poprzednich artykułów, iż skrobia nie rozpuszcza się w zimnej wodzie, w wyższej temperaturze pęcznieje, ale proces ten jest odwracalny. W temperaturze około 65°C następują już zmiany nieodwracalne. Rozpoczyna się proces kształtowania miękiszu. Od tej temperatury skrobia wchłania duże ilości wody, tak, że zanika struktura ziaren skrobi i zmienia się wyraźnie lepkość zawiesiny skrobiowej. To ona odbierze nadmiar wody powstałej w cieście w wyniku denaturacji białka. To jej zdolności fermentacyjne (do wytwarzania gazów fermentacyjnych) - uszkodzenie skrobi przy udziale enzymów amylolitycznych w ziarnie znajdującym się jeszcze w kłosie lub podczas nieodpowiedniego przechowywania oraz w trakcie intensywnego przemiału będą decydowały o gęstości tworzącego się z ciasta miękiszu. Zbyt gęsty krochmal skrobiowy (spowodowany zbyt wysoką liczbą opadania i niską aktywnością amylolityczną mąki) pomimo odpowiednich własności technologicznych i mechanicznych glutenu (alweografia - pisałem o niej w poprzednich artykułach) będzie wpływał na obkurczanie bochenków w drugiej połowie wypieku. Pęcznienie skrobi można wyjaśnić następująco; w ziarnach skrobi cząsteczki amylozy i amylopektyny są wzajemnie powiązane wiązaniami wodorowymi, w czasie pęcznienia w podwyższającej się temperaturze cząsteczki wody przenikają między łańcuchy i wiążą się między nimi wiązaniami wodorowymi. To zjawisko wyjaśnia również, dlaczego pieczywo „zapiekane"(przerywamy wypiek, gdy temperatura wewnątrz miękiszu osiągnie ok. 92°C) i półpieczone" (przerywamy wypiek, gdy temperatura wewnątrz miękiszu osiągnie ok. 95°C) należy zamrażać szokowo w momencie, gdy jego temperatura w trakcie studzenia nie obniży się poniżej 64°C. Podczas pieczenia makrocząsteczki skrobi ulegają rozszczepieniu na dekstryny tworząc na powierzchni chleba charakterystyczną ciemną chrupiąca skórkę. Tak przebiegają procesy niczym niezakłócone. A jak interpretować efekty towarzyszące wypiekowi i wynikające z nich nieprawidłowości?
1/ chleb płaski:
- mąka pszenna o małej zawartości glutenu,
- mąka świeża, niedojrzała,
- mąka o zbyt niskim współczynniku P/L < 0,4 i W < 180 (alweografia)
- mąka z ziarna porośniętego,
- mała aktywność drożdży,
- zbyt luźna konsystencja ciasta,
- za mała ilość soli,
- przemieszanie ciasta - nadmierny rozwój,
- krótka fermentacja kwasu,
- zbyt długi czas dojrzewania ciasta w dzieży,
- długa fermentacja kęsów ciasta,
- zbyt długa fermentacja podmłody,
- zbyt duży udział podmłody w cieście,
- zbyt duże zaparowanie komory wypiekowej > 4 litry wody/m³,
- zbyt niska temperatura komory wypiekowej,
2/ chleb kulisty - kopulasty:
- mąka pszenna o zbyt dużej ilości glutenu,
- mąka pszenna z przesuszonej - przegrzanej w trakcie suszenia - pszenicy,
- mąka pszenna przesuszona,
- mąka pszenna o zbyt wysokim współczynniku P/L > 1,6 i zbyt niskim Je < 47%
- mąka pszenna o wysokiej liczbie opadania > 380 s,
- zbyt gęsta konsystencja ciasta,
- zbyt krótki czas dojrzewania ciasta w dzieży,
- zbyt krótki czas fermentacji podmłody,
- zbyt wysoka temperatura ciasta,
- niepełny rozrost kęsów ciasta przed wypiekiem,
- zbyt małe zaparowanie komory wypiekowej,
- zbyt wysoka temperatura komory wypiekowej,
3/ miękisz chleba zbity:
- mąka świeża niedojrzała,
- mąka pszenna z przesuszonej - przegrzanej w trakcie suszenia - pszenicy,
- mąka pszenna przesuszona,
- mąka pszenna o zbyt wysokim współczynniku P/L > 1,6 i zbyt niskim Je < 47%
- mąka pszenna o wysokiej liczbie opadania > 380 s,
- zbyt gęsta konsystencja ciasta,
- zbyt krótka fermentacja kwasu - kwas zbyt „młody",
- zbyt długa fermentacja kwasu - kwas „stary",
- zbyt krótki czas dojrzewania ciasta w dzieży,
- zbyt krótki czas fermentacji podmłody,
- zbyt małe zaparowanie komory wypiekowej,
4/ miękisz nierównomierny z dużymi porami:
- mąka z ziarna porośniętego,
- zbyt luźna konsystencja ciasta,
- zbyt duża ilość soli w cieście,
- zbyt krótkie mieszenie ciasta,
- zbyt długa fermentacja kwasu - duże dziury w zbitym miękiszu,
- niska temperatura ciasta < 24°C - miękisz odstający od skórki, „ślady wodne",
- zbyt wysoka temperatura ciasta - skórka dolna odstaje od miękiszu,
- niewłaściwa obróbka ciasta podczas formowania,
- nadmierna podsypka mąki - puste przestrzenie z gładkimi ścianami,
- nadmierny rozwój kęsów ciasta,
- zbyt wysoka temperatura szafy fermentacyjnej,
- nadmierna ilość drożdży w cieście,
5/ nieodpowiednia skórka:
- niska zawartość glutenu w mące pszennej - skórka pomarszczona i popękana,
- mąka z ziarna porośniętego - skórka nadmiernie wybarwiona (brązowo - czerwona),
- mała aktywność drożdży - pęknięcia skórki,
- zbyt luźna konsystencja ciasta - skórka z pęcherzykami, zapadająca się, odstająca,
- zbyt mała ilość soli - nadmiernie przebarwiona skórka,
- zbyt duża ilość soli - skórka blada,
- zbyt krótka fermentacja ciasta, kwasu, podmłody - skórka popękana i odstająca,
- zbyt długa fermentacja kwasu - skórka z pęcherzykami często odstająca,
- zbyt długa fermentacja ciasta, podmłody - skórka nierównomiernie zabarwiona,
- fermentacja kęsów w zbyt suchych warunkach - gruba skórka z pęknięciami,
- zbyt małe zaparowanie komory wypiekowej - skórka matowa, popękana,
- zbyt niska temperatura wypieku - skórka jasna, twarda, popękana,
- zbyt wysoka temperatura wypieku - skórka ciemna, miękka,
- krotki czas wypieku w warunkach optymalnych - skórka wilgotna, pomarszczona, jasna,
Obok innych krajów Europy środkowej i wschodniej należymy do największych konsumentów chleba na starym kontynencie. Zmiana modelu rodziny na przełomie ostatnich 50 lat, z rodziny wielodzietnej w najbardziej powszechny model „2 +1" zmieniła również częstotliwość i ilość kupowanego chleba. Kiedyś kupowano chleb codziennie, dzisiaj średnio dwa do trzech razy w tygodniu. Przy obecnej mnogości oferty wyrobów piekarskich, są przeważnie zakupywane przeróżne rodzaje, które przez wiele dni są przechowywane i spożywane. Tak, więc w interesie producenta leży utrzymywanie świeżości miękiszu chleba, który jest jednym z najważniejszych parametrów jakości i wywiera ogromny wpływ na oczekiwania i gusty klientów.Świeżość
Piekarze mają szereg „instrumentów" technologicznych pozwalających na osiągnięcie wysokogatunkowego chleba o optymalnej świeżości. Jest jednak warunek, który musi być spełniony - jakość mąki: optymalna wodochłonność oraz odpowiednia aktywność rodzimych enzymów z grupy amylaz.
Technologia wytwarzania ciasta jest bardzo złożona i ogólnie rzecz biorąc składa się z
szeregu procesów jednostkowych, w czasie, których ma miejsce wiele interakcji między wodą, skrobią, cukrowcami (polisacharydami nieskrobiowymi - arabinoxylany), białkami, lipidami, enzymami, solą, czynnikami utleniającymi lub redukującymi i substancjami emulgującymi. Ich przebieg uzależniony jest w dużej mierze od sposobu i intensywności miesienia, założonej temperatury końcowej - nierozłącznie związanej z masą i konsystencja otrzymanego ciasta. W wyniku tych procesów tworzy się ciasto zdolne do zatrzymywania gazów fermentacyjnych i posiadające odpowiednie cechy alweograficzne (rozciągliwość w czasie, optymalny stosunek sprężystości do rozciągliwości P/L) decydujące o swobodnym, rozłożonym w czasie przyroście objętości pieczywa w trakcie pieczenia. To właśnie podczas mieszenia ciasta ma miejsce rozwój glutenu polegający na zorientowaniu przestrzennym skrobi względem białka. Pamiętajmy jednak, że miesienie ciasta jest procesem burzliwym i biorą w nim udział (poza glutenem, skrobią i wodą) i inne składniki mąki oraz surowce dodane zgodnie z recepturą, które wbudowują się w sieć, wspomagają jej tworzenie lub wręcz przeszkadzają. Najważniejszą częścią tego procesu jest uwodnienie glutenu jak i wzajemne oddziaływanie spiralek - nitek glutenowych względem siebie. Uwodnienie jest równie ważne dla elastyczności i zachowania ciasta w następnych etapach procesu produkcji. Jeśli uwodnienie ciasta moglibyśmy poprawić to również mogłoby ono wpływać na możliwość poprawienia własności sieci glutenowej i pośrednio świeżości gotowych wyrobów. Najprostszym rozwiązaniem tego problemu jest ingerencja w zwiększenie wodochłonności mąki we młynie polegająca na wprowadzeniu do mąki enzymów oddziaływujących na arabinixylany blokujące uwodnienie 2 - 2,5 % glutenu mąki („nieczynnego technologicznie").
Pamiętamy z TM 2, że białka glutenowe potrafią związać od 170 - 240% wody. Proces enzymatycznego uwolnienia „nieczynnego glutenu" poprzez rozkład arabinoxylnów potrafi zwiększyć do 4% wydajność ciasta - aspekt rentowności produkcji- oraz poprawić objętość wypiekową pieczywa - ze względu na uaktywnienie wspomnianego glutenu - nawet do 15%. Podobnie dzieje się w przypadku, kiedy poprawione mogłoby być wzajemne oddziaływanie na siebie nitek glutenowych. Frakcje białkowe, które odgrywają najważniejszą role to: gliadyna i glutenina. Te dwie frakcje są rozdzielone z powodu różnic potencjału elektrycznego ich molekuł tj. różnej ich biegunowości. Podczas mieszenia ciasta uwolniona energia powoduje, że frakcje glutenu są ugniatane w elastyczną strukturę zawierającą lamelareną warstwę i dwie frakcje białkowe jednolitej sieci. Sól dodana do ciasta sprzyja agregacji białek tłumiąc odpychanie elektrostatyczne i wzmacniając strukturę glutenu. Dlatego też, o soli mówi się jak o najtańszym stabilizatorze ciasta. Należy wiec - w nowoczesnej technologii - zawsze stosować jej dwuprocentową dawkę w stosunku do mąki.
W skład białek glutenowych (około 40%) wchodzą aminokwasy, których łańcuchy boczne są hydrofobowe (powierzchnia cząsteczek białka oddziaływuje z otaczającymi je cząsteczkami wody) i silnie reagują z substancjami lipidowymi - tłuszczami, opóźniając denaturację białka glutenu i pęcznienie granulek skrobi w czasie wypieku. To opóźnienie wydłuża czas rozrostu pieczywa w pierwszej fazie wypieku a tym samym wpływa na wyraźne zwiększenie jego objętości. Stosowanie tłuszczów piekarskich w produkcji pieczywa pszennego w dawkach do 3% jest, więc w pełni uzasadnione. W nowoczesnych technologiach wytwarzanie ciasta stosuje się bardzo często tzw. polepszacze piekarskie, których zadaniem jest miedzy innymi wzmocnienie struktury glutenu. Polepszacz piekarski musi być jednak dokładnie dostosowany do technologii wytwarzania pieczywa i efektów z niej wynikających. Za wzmocnienie glutenu w typowym polepszaczu do pieczywa pszennego odpowiadają: kompleks enzymatyczny synergicznie oddziaływujący z kwasem askorbinowym na cukrowce i emulgatory typu anionowego. Ten ostatni łącząc się lipofilową częścią z hydrofobowymi łańcuchami białek glutenowych neutralizuje ładunek elektrostatyczny tworzonego kompleksu, ułatwiając agregację białek glutenowych i wzmacniając strukturę ciasta podobnie jak ma to miejsce z udziałem soli. Emulgatory typu anionowego (Np. DATEM) w dawce 0, 2% w stosunku do mąki potrafią zastąpić do 3% tłuszczu dodanego do ciasta, wywierając wpływ na gluten i skrobię w taki sam sposób jak w mechanizmie opisanym powyżej. Odpowiednio zaprojektowany kompleks enzymatyczny, w skład, którego wchodzi min. specyficzna xylanaza rozpuszczająca nierozpuszczalne w wodzie cukrowce nieskrobiowe zaburzające sieć glutenową potrafi ją uporządkować i zarazem wzmocnić ją.
Piekarze mają szereg „instrumentów" technologicznych pozwalających na osiągnięcie wysokogatunkowego chleba o optymalnej świeżości. Jest jednak warunek, który musi być spełniony - jakość mąki: optymalna wodochłonność oraz odpowiednia aktywność rodzimych enzymów z grupy amylaz.
Technologia wytwarzania ciasta jest bardzo złożona i ogólnie rzecz biorąc składa się z
szeregu procesów jednostkowych, w czasie, których ma miejsce wiele interakcji między wodą, skrobią, cukrowcami (polisacharydami nieskrobiowymi - arabinoxylany), białkami, lipidami, enzymami, solą, czynnikami utleniającymi lub redukującymi i substancjami emulgującymi. Ich przebieg uzależniony jest w dużej mierze od sposobu i intensywności miesienia, założonej temperatury końcowej - nierozłącznie związanej z masą i konsystencja otrzymanego ciasta. W wyniku tych procesów tworzy się ciasto zdolne do zatrzymywania gazów fermentacyjnych i posiadające odpowiednie cechy alweograficzne (rozciągliwość w czasie, optymalny stosunek sprężystości do rozciągliwości P/L) decydujące o swobodnym, rozłożonym w czasie przyroście objętości pieczywa w trakcie pieczenia. To właśnie podczas mieszenia ciasta ma miejsce rozwój glutenu polegający na zorientowaniu przestrzennym skrobi względem białka. Pamiętajmy jednak, że miesienie ciasta jest procesem burzliwym i biorą w nim udział (poza glutenem, skrobią i wodą) i inne składniki mąki oraz surowce dodane zgodnie z recepturą, które wbudowują się w sieć, wspomagają jej tworzenie lub wręcz przeszkadzają. Najważniejszą częścią tego procesu jest uwodnienie glutenu jak i wzajemne oddziaływanie spiralek - nitek glutenowych względem siebie. Uwodnienie jest równie ważne dla elastyczności i zachowania ciasta w następnych etapach procesu produkcji. Jeśli uwodnienie ciasta moglibyśmy poprawić to również mogłoby ono wpływać na możliwość poprawienia własności sieci glutenowej i pośrednio świeżości gotowych wyrobów. Najprostszym rozwiązaniem tego problemu jest ingerencja w zwiększenie wodochłonności mąki we młynie polegająca na wprowadzeniu do mąki enzymów oddziaływujących na arabinixylany blokujące uwodnienie 2 - 2,5 % glutenu mąki („nieczynnego technologicznie").
Pamiętamy z TM 2, że białka glutenowe potrafią związać od 170 - 240% wody. Proces enzymatycznego uwolnienia „nieczynnego glutenu" poprzez rozkład arabinoxylnów potrafi zwiększyć do 4% wydajność ciasta - aspekt rentowności produkcji- oraz poprawić objętość wypiekową pieczywa - ze względu na uaktywnienie wspomnianego glutenu - nawet do 15%. Podobnie dzieje się w przypadku, kiedy poprawione mogłoby być wzajemne oddziaływanie na siebie nitek glutenowych. Frakcje białkowe, które odgrywają najważniejszą role to: gliadyna i glutenina. Te dwie frakcje są rozdzielone z powodu różnic potencjału elektrycznego ich molekuł tj. różnej ich biegunowości. Podczas mieszenia ciasta uwolniona energia powoduje, że frakcje glutenu są ugniatane w elastyczną strukturę zawierającą lamelareną warstwę i dwie frakcje białkowe jednolitej sieci. Sól dodana do ciasta sprzyja agregacji białek tłumiąc odpychanie elektrostatyczne i wzmacniając strukturę glutenu. Dlatego też, o soli mówi się jak o najtańszym stabilizatorze ciasta. Należy wiec - w nowoczesnej technologii - zawsze stosować jej dwuprocentową dawkę w stosunku do mąki.
W skład białek glutenowych (około 40%) wchodzą aminokwasy, których łańcuchy boczne są hydrofobowe (powierzchnia cząsteczek białka oddziaływuje z otaczającymi je cząsteczkami wody) i silnie reagują z substancjami lipidowymi - tłuszczami, opóźniając denaturację białka glutenu i pęcznienie granulek skrobi w czasie wypieku. To opóźnienie wydłuża czas rozrostu pieczywa w pierwszej fazie wypieku a tym samym wpływa na wyraźne zwiększenie jego objętości. Stosowanie tłuszczów piekarskich w produkcji pieczywa pszennego w dawkach do 3% jest, więc w pełni uzasadnione. W nowoczesnych technologiach wytwarzanie ciasta stosuje się bardzo często tzw. polepszacze piekarskie, których zadaniem jest miedzy innymi wzmocnienie struktury glutenu. Polepszacz piekarski musi być jednak dokładnie dostosowany do technologii wytwarzania pieczywa i efektów z niej wynikających. Za wzmocnienie glutenu w typowym polepszaczu do pieczywa pszennego odpowiadają: kompleks enzymatyczny synergicznie oddziaływujący z kwasem askorbinowym na cukrowce i emulgatory typu anionowego. Ten ostatni łącząc się lipofilową częścią z hydrofobowymi łańcuchami białek glutenowych neutralizuje ładunek elektrostatyczny tworzonego kompleksu, ułatwiając agregację białek glutenowych i wzmacniając strukturę ciasta podobnie jak ma to miejsce z udziałem soli. Emulgatory typu anionowego (Np. DATEM) w dawce 0, 2% w stosunku do mąki potrafią zastąpić do 3% tłuszczu dodanego do ciasta, wywierając wpływ na gluten i skrobię w taki sam sposób jak w mechanizmie opisanym powyżej. Odpowiednio zaprojektowany kompleks enzymatyczny, w skład, którego wchodzi min. specyficzna xylanaza rozpuszczająca nierozpuszczalne w wodzie cukrowce nieskrobiowe zaburzające sieć glutenową potrafi ją uporządkować i zarazem wzmocnić ją.
Technika przygotowywania ciasta - luźna konsystencja ciast wytwarzanych z mąk o wysokiej wodochłonności, długie chłodne ich prowadzenie oraz intensywne mieszenie powodujące optymalne uwodnienie ich składników sprzyjają utrzymaniu świeżości pieczywa. Bezpośrednie wytwarzanie ciast, krótkie ich leżakowanie w dzieży - skracanie procesu ich dojrzewania, nadmierna dawka drożdży oraz zbyt wysoka temperatura ciasta i temperatura garowni negatywnie wpływają na procesy utrzymania świeżości.
Ciasta pszenno - żytnie powinny być mieszane w czasie, w którym mieszadło (spirala, widelec) mieszarki wykona nie mniej niż 950 uderzeń.
Ciasto pszenne powinno być mieszane w czasie, w którym mieszadło (spirala, widelec) mieszarki wykona nie mniej niż 1200 - 1300 uderzeń.
Ciasto pszenne cukiernicze drożdżowe powinno być mieszane w czasie, w którym mieszadło (spirala, widelec) mieszarki wykona do 1500 uderzeń.
Ciasta spulchniane chemicznie - biszkoptowe, biszkoptowo tłuszczowe powinny być miksowane do osiągnięcia gęstości 480 - 540 g/l.
W osiągnięciu odpowiedniej struktury ciast spulchnianych chemicznie sprzyjającej utrzymaniu ich świeżości, bardzo duże znaczenie mają wymienione poniżej dodatki słodów - płynnych, lecytyn oraz emulgatorów kompensujących zminimalizowane ilości jaj w recepturach.
Własności świeżych produktów piekarskich.
Temperatura wewnątrz wypieczonego produktu jest wyższa od temp. otoczenia. Skórka chleba podczas stygnięcia nabiera chrupkości, ponieważ zawiera poniżej 10% wody a wiec o ponad 40% mniej niż wewnętrzna część miękiszu chleba. Temperatura pieczywa obniża się i zrównuje z temp. otoczenia. Miękisz jest miękki i daje się łatwo żuć. Zapach i smak są aromatyczne, lecz w miarę wystygania i magazynowania tracą swoje właściwości. Część czynników aromatycznych ulatnia się. Podczas magazynowania pieczywa zachodzi proces „wędrówki" wody w miękiszu. Nierównomierna jej obecność w miękiszu - im dalej od środka chleba tym zwartość wody w miękiszu mniejsza - wymusza wyrównywanie jej poziomu, a więc „wędrówkę" od środka miękiszu do skórki. Skórka traci swoja chrupkość i staje się najpierw wilgotna a następnie twarda. Wodoszczelne opakowania przyspieszają ten proces tak samo jak zbyt wysoka wilgotność powietrza w magazynie pieczywa. W następnym etapie wzmacnia się miękisz - nabiera czerstwych cech i smaku, który częściowo zależy od strat utleniających się substancji aromatycznych a częściowo, dlatego, że z powodu minimalnej zdolności do żucia mniejsza ilość substancji aromatycznych może być uwolniona w ślinie. Przyczyną czerstwienia pieczywa jest zdolność klepkowania skrobi w cieście podczas procesu pieczenia, który kończy się w momencie osiągnięcia temp wewnątrz miękiszu 98°CPodczas ochładzania się pieczywa poniżej 65°C (powyżej tej temp zjawisko retrogradacja nie występuje) i jego magazynowania dochodzi do wydzielania się mikrokryształków skrobi - retrogradacji (retrogradacja skrobi zachodzi najintensywniej w temp 4°C). Zaawansowanie tych procesów można określić stosując pomiary świeżości metodami:
- sensoryczną - nacisk kciukiem - metoda stosowana do oceny jakościowej,
- próba obciążeniowa - zróżnicowana wytrzymałość miękiszu na ściskanie,
- pomiar penetrometryczny - pomiar odkształcenia miękiszu po 5 sek. na kromce o grubości 3 cm specjalnym półkulistym ciężarkiem.
Porównując pomiary przy użyciu penetrometra świeżości chleba pszennego, mieszanego i żytniego wyraźnie wynika, że miękisz chleba wraz ze wzrastającą ilością dobrze ukwaszonego żyta jest trwalszy.
Przedłużanie świeżości.
1.Wpływ temperatury.
Czerstwienie pieczywa zależy w sposób oczywisty od temperatury magazynowania. W doświadczeniu z przechowywaniem chleba przez 18 godzin pochodzącego z tego samego wypieku w różnych temperaturach wyraźnie wynikają następujące zależności:
-
w zakresie temperatur pomiędzy 4˚C - 0˚C starzenie przebiega najszybciej,
-
w temperaturach powyżej 50˚C przebiega najwolniej,
-
w temperaturze -7˚C ulega zatrzymaniu.
2.Zimno.
Po wypieczeniu i wstępnym wystudzeniu - do około 70˚C - chleb pszenny zapakowano w woreczki polietylenowe i szokowo go zamrożono na dwa dni. Następnie rozmrożono go w piecu w pełnym zaparowaniu w temp. 200˚C przez 15 min. Sprawdzono po 24 godzinach wytrzymałość miękiszu i porównano z miękiszem próby „0" - chleb z tego samego wypieku zapakowany i przechowywany w temp pokojowej. Chleb po odmrożeniu zachował zdecydowanie więcej cech chleba świeżego. Szybkie wystudzanie chleba zimą przy niskich temp. powoduje pogorszenie jego jakości i skrócenie jego świeżości.
3.Ciepło.
Chleb po wypieczeniu wprowadzono do komory, w której temp. wynosiła 70˚C. Po upływie 24, 48, i 72 godzin wyjmowano kolejne bochenki chleba z komory i schłodzono w temp pokojowej. Po zmierzeniu wytrzymałości miękiszu okazało się, że w miarę magazynowania chleba w temp 70˚C miękisz staje się wytrzymalszy. Wg doświadczeń wynika, że przechowywanie chleba w komorach cieplnych w temp 70˚C jest w pełni uzasadnione do 24 godz.
4.Wydajność ciasta.
Wyprodukowano z jednakowych ilości mąki żytniej i pszennej chleb mieszany o różnej wydajności ciasta i zmierzono przebieg starzenia.
Z doświadczenia wynika, że chleb wyprodukowany z ciasta o najwyższej wydajności zachowuje świeżość najdłużej. Bardzo często w piekarniach, z powodu źle pojmowanego bezpieczeństwa, wytwarzane są ciasta zbyt sztywne, które powodują, że chleb z nich wyprodukowany po 24 godz. nabiera cech chleba wyprodukowanego z ciasta o optymalnej zawartości wody i przechowywanego przez 60 godzin.
5.Środki przeciwdziałające czerstwieniu.
Jedna trzecia zużywanych dzisiaj monoglicerydów E 471 w światowej produkcji pieczywa używana jest jako dodatek przeciwdziałający czerstwieniu. Proces czerstwienia obejmuje zmiany zachodzące we wszystkich składnikach chleba. Jest wrażeniem sensorycznym. Powstawanie wrażenia suchości podczas żucia ściśle powiązane jest z utratą wartości smakowych. Czerstwienie nie jest zjawiskiem związanym z utratą wody przez chleb. Pięciodniowe bochenki przechowywane w optymalnych warunkach zawierają tyle wody ile znajduje się w chlebie świeżym.
Jak wcześniej wspomniałem skrobia w temp ok. 65% traci w sposób nieodwracalny swoje własności tracąc natywną krystaliczność i zdolność do pęcznienia. Przechodzi w stan żelu. Emulgatory modyfikują przebieg procesu żelowania skrobi.
Doświadczalnie udowodnione jest, że w chlebie wyprodukowanym z ciasta o dużej wydajności otrzymanego z mąki o zwiększonej wodochłonności, proces retrogradacji skrobi zachodzi wolniej. A więc zwiększenie zawarto wilgoci w chlebie zwiększa jego trwałość. O wodochłonności mąki i substancjach wpływających na jej zwiększenie pisałem w poprzednich artykułach. Bardzo często do zwiększenia wydajności ciasta stosuje się dodatek kompleksu amylopektyna - α - amylaza powodujący wzrost modułu sprężystości miękiszu chleba, mąkę guarową E 412 oraz mąkę sojową.
Nagminne stosowanie polepszaczy piekarskich oddziaływujących na składniki mąki pszennej, powodujących nadmierne zwiększenie objętości chleba wpływa przy okazji na przyspieszenie procesu czerstwienia.
Wpływ dodatków naturalnych na przedłużanie świeżości.
Ogromne znaczenie na zachowanie optymalnej świeżości pieczywa mają naturalne dodatki piekarskie i technika przygotowywania ciasta. Stosowane obok mąki, drożdży, soli wciąż dają gwarancję wysokiej jakości wytwarzanego pieczywa. Zauważa się, co raz większe zainteresowanie powrotem do tradycyjnych piekarskich wartości w Polsce i Zagranicą. Wzrastające zaangażowanie piekarzy poszukiwaniem tradycyjnej wiedzy i umiejętności zmusza producentów komponentów piekarskich do wytwarzania ich z dodatków naturalnych. Zaliczyć do nich możemy: mąki sojowe, mąki pęczniejące, mąkę guarową i mąkę chleba świętojańskiego, maślankę, słody, lecytynę, itp.
Mąka sojowa - produkt mączny z soi bogaty w enzymy oddziaływujące na substancje tłuszczowe - lipooksygenazę. Korzystnie wpływa na poprawę stabilności ciasta jego szybszy rozwój. W wyniku utlenienia lipidów powstają nadtlenki, które reagują z grupami -SH glutenu. Miękisz staje się jaśniejszy, delikatniejszy - miększy.
Mąki pęczniejące - produkt powstały przez wymieszanie mąki z wodą, podgrzanie powyżej 85°C, suszenie i ponowne mielenie. Celem tych operacji jest zmiana własności fizykochemicznych skrobi. W stanie zimnym mąka pęczniejąca tworzy z wodą żelowatą masę. Dodatek mąki pęczniejącej do ciasta wzmaga wodochłonność mąki - zwiększa wydajność ciasta, poprawia pęcznienie skrobi w cieście, wydłuża świeżość pieczywa.
Mąka guarowa i chleba świętojańskiego - otrzymywane odpowiednio przez zmielenie pochodzącej i Indochin guary i pochodzących z basenu Morza Śródziemnego owoców drzewa świętojańskiego. Ich działanie podobne jest do działania mąk pęczniejących.
Maślanka - zapomniany uszlachetniający dodatek do ciast pszennych i pszenno - żytnich. Jest harmonijnym uzupełnieniem rozczynu pszennego lub jego zastępcą. Maślanka zawiera żywe kultury bakterii kwasu mlekowego i substancje aromatyczne - nadaje pieczywu łagodny aromatyczny smak. Przedłuża w sposób zasadniczy świeżość pieczywa.
Suchy zakwas pszenny i suchy zakwas pszenny maślankowy - bardzo popularne na rynkach zachodnich. Powstają one poprzez kontrolowaną fermentację drożdżową mąki pszennej a następnie jej liofilizację - suszenie sublimacyjne. Technika ta powoduje, że wszystkie substancje aromatyczne i inne składniki są w pełni zachowane - żywe kultury bakterii kwasu mlekowego.
Słód - oczyszczone skiełkowane zboże. Enzymatycznie czynna mąka słodowa bogata jest w enzymy z grupy amylaz rozkładających skrobię. Powstają dekstryny, dwucukry i cukry proste. Słód powoduje zmniejszenie lepkości ciasta i polepszenie miękkości miękiszu. Substancje smakowe pochodzące ze słodu wzbogacają smak i zapach pieczywa.
Pierwszymi produktami słodowymi były: mąki słodowe i ekstrakty słodowe. Krokiem milowym w zaspokojeniu potrzeb piekarskich było pojawienie się w latach 80 tych XX w. wyciągu słodowego w proszku.
Lecytyny - substancje należące do lipidów. Lecytynę zawiera żółtko jaja i soja. W piekarstwie wykorzystywane są od 50 tych lat XX w. Mają własności emulgujące - tworzą kompleksy z białkami glutenowymi. Polepszają strukturę ciasta, objętość pieczywa, porowatość i miękkość miękiszu.
Substancje funkcjonalne i strukturalne emulgujące
- dodatki strukturalne,
- systemy funkcjonalne,
- utleniacze,
- enzymy.
Substancje emulgujące (estry organiczne zbudowane z kwasów organicznych i alkoholi - potocznie emulgatory) - powszechnie stosowane w produktach spożywczych - to substancje powierzchniowo czynne, ułatwiające tworzenie się emulsji i nadające jej trwałość. Gromadzą się na granicy faz miedzy cieczami wzajemnie nierozpuszczającymi się - np. wodą i tłuszczem - tworzą emulsję, pianę, zawiesinę. Typowym przykładem emulsji naturalnych jest: mleko, śmietana. Sztucznych - margaryna. Przykładem naturalnego emulgatora jest lecytyna zawarta w żółtku jaja kurzego - wspomnijmy produkcje majonezu domowego, czy też lecytyna pochodzenia sojowego.
Rys. 1. Przykład połączenia wody z olejem przy użyciu emulgatora.
Do wytwarzania emulgatorów stosuje się substancje organiczne pochodzenia naturalnego, takie jak oleje roślinne, tłuszcze zwierzęce i glicerynę oraz kwasy organiczne: tłuszczowe, mlekowy, octowy, winowy, cytrynowy. Ich funkcją - w zależności od budowy strukturalnej - może być: wzmocnienie ciasta i wzrost objętości pieczywa - reakcja z glutenem, przedłużenie świeżości pieczywa - reakcja ze skrobią, napowietrzenie i utrwalenie piany - w ciastach biszkoptowych, modyfikacja kryształów ( przedłużanie trwałości tłuszczów) - produkcja margaryny itp. Najczęściej stosowane to: estry kwasu octowego i cytrynowego (monoglicerydy), dwuacetyl estrów kwasu winnego (DATEM), estry kwasu mlekowego (monoglicerydy destylowane), estry glikolu, sorbitolu kwasów tłuszczowych, estry mleczanowe kwasu stearynowego (SSL/CSL). Większość z nich znajduje się w polepszaczach piekarskich i cukierniczych.
Dodatki strukturalne - polimery organiczne rozpuszczalne w wodzie. Najpowszechniejsze to:
- pektyny (produkowane z owoców) - są polimerami kwasu galakturonowego - posiadają zdolność do tworzenia żelu. Stosowane w przemyśle cukierniczym i przetwórstwie owocowo - warzywnym,
- mączka chleba świętojańskiego (uzyskiwana z nasion drzewa o tej samej nazwie) - jest polimerem mannozy połączonego z jednostkami galaktozy - posiada zdolności do tworzenia żelu. Stosowana jest, jako środek zagęszczający i stabilizujący w systemach żelowych,
- guma guar (produkowana z nasion rośliny guara) -swoją budową przypomina mączkę chleba świętojańskiego. Stosowana jest w przemyśle spożywczym, jako środek zagęszczający,
- karagen (produkowany z czerwonych glonów) - jest polimerem estrów siarczanowych galaktozy i anhydrogalaktozy. Stosowany w przemyśle spożywczym do regulacji lepkości substancji żelujących,
- alginian (produkowany z glonów) - jest polimerem kwasu guluronowego i mannorunowego. Stosowany, jako środek zagęszczający, żelujący i stabilizujący.
Systemy funkcjonalne - aplikacje emulgatorów i stabilizatorów przeznaczone dla przemysłu mleczarskiego, napojów, lodów, sosów, majonezów, itp. oraz polepszacze - aplikacje emulgatorów, enzymów, utleniaczy - dla przemysłu piekarskiego i cukierniczego. BioEnzym proponuje polepszacze przedłużające świeżość chleba:
- Perfektus Fresh 1%, Super Kwas Fresh 1%;
pieczywa pszennego:
- Maximus gold (kajzerki), Delicjus (tost, pieczywo cukiernicze drożdżowe)
Utleniacze - związki utleniające przede wszystkim grupy -SH aminokwasów siarkowych zwartych w białkach glutenowych mąki - przyśpieszają dojrzewanie mąki i wzmacniają przy tym sieć glutenową ciasta. Konieczność ich dodawania wynika ze zmiany - intensyfikacji - procesów przemiału i ograniczenia czasu działania tlenu powietrza na mąkę.
Najpowszechniejsze to;
- kwas askorbinowy - witamina C - produkowany jest z glukozy i metodą syntezy organicznej. Jest nośnikiem tlenu dla reakcji utleniania. Jest synergentem dla reakcji enzymatycznych składników mąki,
- bromian potasu - zakazany do stosowania w Polsce ze względu na negatywne oddziaływania zdrowotne. Reaguje bezpośrednio na białka glutenowe,
- cystyna - aminokwas powszechny składnik białek. Powstaje przez odwodnienie dwóch cząsteczek cysteiny aminokwasu pełniącego funkcje obronne organizmów żywych. Dzisiaj stosowana niezmiernie rzadko z powodu ceny i nieobliczalnego działania - przy nieodpowiednim dodatku może przeprowadzać reakcje odwrotne do założonych - reakcje redukcji,
- enzymatyczna mąka sojowa - zawiera naturalny enzym utleniający tłuszcze - lipooksydazę, która wchodząc w reakcje z tłuszczami wytwarza, jako produkt reakcji tlen utleniający białka glutenowe. Stosuje się ją najczęściej w celu wybielenia produktów piekarskich,
- oksydaza glukozowa (enzym) - obecna w naturalnym miodzie - wytwarzana jest na drodze fermentacji pleśniowej. Utlenia glukozę (zawartą w cieście) tlenem z powietrza do kwasu glukonowego. Produktem ubocznym tej reakcji jest nadtlenek wodoru (powszechnie woda utleniona), który utlenia białka glutenowe. Środek małoefektywny - dobrze reagujący w powierzchniowych warstwach ciasta. Niezalecany do produkcji ciast o dużej zawartości tłuszczu i ciast cukierniczych mrożonych.
Enzymy - inaczej fermenty
- amylazy - enzymy modyfikujące skrobię (rozkładając skrobie dostarczają dla drożdży i bakterii kwasu mlekowego, cukrów niezbędnych do prawidłowej fermentacji oraz pogłębiają barwę skórki pieczywa, poprawiają parcelacje i chrupkość skórki),
- hemicelulazy - enzymy modyfikujące nieskrobiowe cukry mąki (nieskrobiowe cukry mąki nie są trawione przez nasz organizm z powodu braku odpowiednich rodzimych enzymów) - rozkładają hemicelulozę do pentozanów i glukanów. Te pierwsze - pentozany są polimerami arabinozy i xylozy (arabinoxylany). Dalej degradowane są przy użyciu xylanazy zwiększając ich rozpuszczalność (wzrost wodochłonności mąki), tworzą swoistą „wzmacniającą sieć" (wzmacniają ciasto i jego wyrabialność, zwiększają objętość pieczywa), częściowo zastępują emulgatory,
- lipazy i fosfolipazy - enzymy reagujące na tłuszcze w cieście. Stabilizują torbiele gazu w cieście - regulują i rozjaśniają miękisz pieczywa. Fosfolipazy zastępują emulgatory nawet w 50%,
- proteazy - enzymy rozkładające białko glutenowe. W zależności od ich funkcji - miejsca oddziaływania w łańcuchu glutenowym - powodują efekt rozluźnienia (nadsprężystość glutenu), uplastycznienia (ciasto na pizzę) lub upłynnienia ciasta (wafle).
W TM 3 znajdują się elementy pracy „Frische und Haltbarkeit von Brot" J. Klemppa, Ulmer Spatz, Neu-Ulm
