Ферменты (энзимы) – это белки, служащие катализаторами (ускорителями) биологических реакций. Как правило, они носят названия, которые заканчиваются на «-аза» (лактаза, протеаза, амилаза и т. д.).
Под биологическими реакциями понимаются реакции, происходящие в живых организмах. Например, когда мы едим, нам необходимо попробовать ее на вкус. Если бы в наших организмах не было ферментов, вкусовые качества приходилось бы распознавать неделями, а не в течение часа. Каждый фермент работает для определенного вида реакций: например, лактаза действует в реакциях с участием лактозы.
Каждый фермент обладает активным центром, где к нему прикрепляются молекулы вещества-подложки. Активный центр любого энзима обладает формой, позволяющей взаимодействовать только с определенными видами веществ – примерно как в картинке-пазле, где друг с другом состыкуются только определенные частицы. Для разных видов ферментов существуют оптимальные уровни температуры и кислотности.
Ферменты в хлебопечении
В процессе производства хлеба происходит несколько реакций, ускоряемых с помощью действия ферментов. Первая из них – выделение сахара из крахмала. Затем сахар должен быть расщеплен на несколько простых сахаров, которые могут вступать в реакцию с дрожжами во время процесса ферментации (подъема теста).
Крахмал состоит из большого числа частиц глюкозы, связанных между собой, но дрожжи не могут вступать в реакцию с крахмалом, пока он не расщеплен на глюкозные составляющие. Расщепление крахмала с помощью ферментов может происходить двумя способами: либо путем механического расщепления, либо путем загустевания. На первый взгляд, расщепление крахмала видится чем-то наподобие его разрушения в процессе выпечки, но это не так. Это значит лишь то, что некоторые частицы разрушаются, разбиваются или расщепляются в процессе помола муки. Некоторый процент наличия расщепленного крахмала в муке даже желателен: если разрушено примерно 6%, то все в пределах нормы.
В составе теста, при производстве хлеба, необходимо присутствие нескольких ферментов, чтобы расщепить крахмал на несколько видов простого сахара, способных вступать в реакцию с дрожжами. Это составной процесс с участием таких ферментов, как альфа- и бета-амилаза. Наличие данных веществ позволяет расщеплять крахмал и получать сахар для ферментации дрожжей.
Крахмал может существовать в двух различных формах: в виде неразветвленных (амилоза) либо разветвленных цепей (амилопектин). Ферменты, способные расщеплять крахмал, называются амилазами. Как уже говорилось выше, есть два вида амилазы для расщепления разных видов крахмала: альфа-амилаза и бета-амилаза.
Альфа-амилаза
В тесте должно содержаться некоторое количество альфа-амилазы для расщепления крахмала в виде амилопектина, однако при избытке этого фермента крахмал может полностью раствориться.
Частицы альфа-амилазы могут реагировать с крахмалом на протяжении всей цепи молекул и создавать более мелкие цепочки различной длины. Полученные цепочки могут содержать один фрагмент молекулы (глюкоза), два фрагмента (мальтоза) или объединяться в более сложные конструкции, называемые декстринами и состоящие из нескольких фрагментов глюкозы. В составе теста бета-амилаза может расщеплять декстрины с получением мальтозы.
Бета-амилаза
В зернах злаков и муке всегда содержится определенное количество бета-амилазы – фермента, способного расщеплять амилозу с получением сахара. Бета-амилаза вступает в контакт с цепями амилозы и расщепляет их на молекулы мальтозы – дисахарида, состоящего из двух частиц глюкозы.
При участии бета-амилазы может начаться расщепление амилопектина с одного конца молекулы, но этот фермент не способен разбить цепь частиц, так что на моменте объединения в цепи процесс останавливается. Однако при расщеплении крахмала с помощью бета-амилазы образуется смесь из мальтозы и более крупных декстринов. Дрожжи образуют фермент, называемый мальтазой и способный расщеплять мальтозу на молекулы глюкозы с последующей ферментацией. Когда крахмал полностью переработан в простые виды сахара, с ними вступают в реакцию другие ферменты, содержащиеся в дрожжах. В результате образуются спирт и углекислый газ: данный этап хлебопечения называется ферментацией. Сахар (сахароза) не может образовываться напрямую под влиянием фермента, содержащегося в дрожжах и называемого зимазой: до этого другой дрожжевой фермент должен расщепить сахарозу на глюкозу и фруктозу. Затем под влиянием зимазы происходит ферментация этих сахаров.
Что такое крахмал?
Крахмал принадлежит к группе химических соединений, известных как углеводы. Они получили свое название, поскольку в их состав входит всего три элемента: углерод, водород и кислород. Чистый сухой крахмал представляет собой белый порошок, состоящий из гранул. В пшеничной муке содержится 70-73% крахмала и от 8 до 14,5% белка.
Если посмотреть на муку под микроскопом, то можно увидеть множество клеток – структур, по форме напоминающих кирпичики. В каждой клетке можно увидеть гранулу крахмала, окруженную слоем похожего на стекло белка. Разные типы крахмала обладают различной структурой. Частицы картофельного крахмала имеют овальную форму, пшеничного – овальную либо круглую, но меньшего размера, кукурузный крахмал имеет жесткую структуру.
Крахмал является сложным углеводом: он состоит из множества молекул сахара, соединенных между собой. Существует два основных его вида – амилоза и амилопектин. Крахмал – основной углевод, содержащийся в злаках (пшенице, кукурузе, овсе, рисе, ячмене), корнеплодах (картофеле, маниоке, колоказии) и бобовых (горохе, фасоли). В цельных пшеничных зернах его процент составляет 60-70%. Он содержится в эндосперме – той части зерна, из которой получают белую муку.
Крахмал и продукты его переработки используются в пищевой, пивоваренной, фармацевтической, бумажной промышленности при создании клейких веществ. В пищевой промышленности крахмал применяется в качестве загустителя, наполнителя, вязкого вещества либо стабилизатора в различных видах продукции: супах, концентратах для заварного крема, начинках для пирогов, колбасных и других мясных изделиях, мороженом, соусах и подливах и разрыхлителях для теста, для производства хлеба и детского питания.
Крахмал в производстве хлебобулочных изделий
При нагревании крахмал взаимодействует с водой, его гранулы впитывают воду и набухают. В результате полученные частицы лопаются, и внутреннее содержимое гранул формирует толстый слой желеобразной массы: это мы можем видеть на примере соуса или подливы. Такой процесс называется загустеванием или желатинизацией. В производстве хлеба используется меньшее количество воды, чем при изготовлении соусов, потому полученная масса не загустевает полностью: гранулы крахмала лопаются, однако большая их часть не превращается в однородную желеобразную субстанцию и соприкасается друг с другом по краям.
Во время выпечки крахмал взаимодействует с глютеном. Глютен расщепляется и выделяет воду, которая впитывается частицами крахмала. Затем глютен оседает и становится твердым: именно поэтому буханки хлеба не теряют форму после того, как их достанут из печи.
Если рассмотреть под микроскопом, как поднимается тесто, то можно увидеть цепочки глютена, формирующиеся в двух направлениях: вниз по диагонали и перпендикулярно полю зрения. Среди его частиц можно увидеть гранулы крахмала и дрожжей, причем последние являются самыми мелкими по размеру.
Также крахмал служит источником «питания» дрожжей в процессе ферментации. Как уже объяснялось выше, альфа- и бета-амилаза взаимодействуют в процессе превращения крахмала в сахар. Полученный сахар питает дрожжи при ферментации, в результате из них выделяется углекислый газ: именно он «поднимает» тесто и формирует окончательную хлебную структуру.
Крахмал, глютен и углекислый газ, получаемый при ферментации дрожжей, взаимодействуют при производстве привычного для нас хлеба – с корочкой и пузырчатой структурой. Также крахмал играет важную роль при удержании воды в некоторых видах хлебобулочных изделий, таких как торты. Для некоторых видов тортов используется хлорированная мука. Соединения хлора несколько меняют свойства крахмала, и потому пекарь может включать в рецепт больше сахара и жира (например, сливочного масла). В таких случаях лучше всего подходит мягкая пшеничная мука с пониженным содержанием белка: меньший процент крахмала оказывается расщепленным, из-за чего готовые изделия оказываются более объемными, с более мягкой корочкой. В свою очередь, например, печенье содержит много сахара и мало жидкости (воды). Эти факторы замедляют желатинизацию крахмала, и он не влияет на структуру уже готового печенья.
Чтобы освежить хлеб, его подогревают в печи. Гранулы крахмала заново впитают воду, набухнут, в результате буханка будет выглядеть свежей.
Источник: The Baking Industry Research Trust (BIRT)
Перевод: Янина Крупина
ИД «Сфера»
