Роль крахмала в замороженном тесте
Роль крахмала в замороженном тесте
Основано на материале статьи: Recent advances in quality deterioration and improvement of starch in frozen dough, Grain & Oil Science and Technology, 2020
Крахмал является основным компонентом муки, составляя около 75% от ее массы. Скорость расширения крахмала при поглощении воды определяет водоудерживающую способность муки и влияет на мягкость готовых изделий, что в значительной степени связано с их конечным качеством. Тесто хорошего качества должно иметь соответствующее соотношение амилозы и амилопектина. Высококачественная пельменная мука должна иметь более низкое содержание амилозы и соотношение амилозы и амилопектина. Увеличение содержания амилозы продлевает оптимальное время варки и снижает скорость поглощения воды и потери при варке кожицы пельменей, поэтому определено, что содержание амилозы в высококачественной пельменной муке должно быть менее 20%, а соотношение амилоза/амилопектин должно быть менее 0,4. При переработке мучных изделий роль крахмала в основном проявляется в:
1) Разбавлении клейковины до требуемой консистенции;
2) Производстве сахара под действием амилазы;
3) Обеспечении поверхности, подходящей для связывания клейковины;
4) Частичном желатинировании для смягчения структуры и дальнейшего растяжения мембраны газовых клеток при нагревании;
5) Содействие гидролизу клейковины путем желатинизации крахмала, что упрочняет мембрану, упрочняет внешнюю структуру мучных изделий и формирует внешние текстурные характеристики мучных изделий.
При хранении теста в замороженном состоянии образование кристаллов льда оказывает давление на гранулы крахмала, делая поверхность гранул шероховатой, несовершенной и приводя к выделению выщелачивающих растворов амилазы, белка, липидов и т.д. Кроме того, процесс замораживания ослабляет двухспиральную структуру амилозы, ускоряет деградацию крахмала, что в свою очередь влияет на общие характеристики замороженного продукта. Тесто, приготовленное путем смешивания крахмала и глютена, полученных из разных сортов пшеницы, в разных пропорциях, имеет различные реологические характеристики.
Кристалличность высокоамилазного пшеничного крахмала составляет около 9%, в то время как кристалличность воскового пшеничного крахмала – около 40%. В целом, чем выше содержание амилозы, тем ниже кристалличность. Содержание влаги в крахмальных гранулах и температура окружающей среды также влияют на кристаллизацию крахмальных гранул. Например, содержание влаги в пределах 10-50% не влияет на долю двойных спиралей в крахмальных гранулах, но содержание влаги от 1 до 3% приводит к значительному снижению доли двойных спиралей. Изменение температуры окружающей среды также влияет на кристалличность крахмальных гранул, так как будучи полукристаллическим полимером, температура перехода крахмала в стеклообразное состояние зависит от содержания воды. Таким образом, чем выше содержание воды, тем ниже температура стеклования. Это свойство имеет определяющее значение для совершенствования технологии замороженного теста. Когда желатинизация крахмала завершена, рисунок «мальтийский крест» в гранулах крахмала исчезает.
Изменение свойств крахмала в процессе замораживания
Основные показатели, используемые для изучения влияния замороженного хранения на основные компоненты, включают содержание белка, жира, амилозы и поврежденного крахмала. При этом учитываются такие факторы, как скорость замораживания, время хранения в замороженном состоянии и цикл замораживания-оттаивания. С увеличением скорости замораживания потери основных компонентов пшеничной муки уменьшались. Мясные продукты обычно подвергаются быстрому замораживанию вместо медленного. Быстрое замораживание наносит мало вреда тканям, а после оттаивания происходит меньшая потеря сока и малое влияние на вкус. Однако, крахмал при хранении в замороженном виде также может стать проблемой. Медленное замораживание вызывает увеличение количества ядер льда, что приводит к механическому повреждению крахмала, и после оттаивания из него извлекается больше жира, белка и амилозы. Содержание связующего протеина, амилозы и жира в крахмальных гранулах уменьшается с увеличением числа циклов замораживания-оттаивания, в то время как содержание поврежденного крахмала увеличивается из-за растворения амилозы в аморфных областях. С увеличением времени замораживания содержание амилопектина в каждом типе крахмальных гранул увеличивается, а содержание амилозы уменьшается. Уменьшение соотношения амилозы и амилопектина еще больше ускоряет конформационные изменения полисахаридных цепей.
Модифицированный крахмал
Модифицированный крахмал – это производное крахмала, полученное путем введения новых функциональных групп в исходный крахмал. К распространенным модифицированным крахмалам относятся этерифицированный крахмал, карбоксиметилкрахмал, прежелатинизированный крахмал, ацетилированный крахмал и т.д. Для замороженных пищевых продуктов сшивание и стабилизация (этерификация) являются двумя важными методами денатурации крахмала. Сшивание обычно включает добавление сшивающего агента для реакции с щелочной суспензией крахмала при 30-50 0С до достижения необходимой степени реакции, а затем нейтрализацию, фильтрацию, промывку водой и сушку.
Полученные крахмальные гранулы могут выдерживать чрезмерную варку и другие изменения условий обработки, а также устойчивы к воздействию кислоты, тепла, сдвига. Влияние четырех различных видов модифицированного крахмала (картофельного гидроксипропилового крахмала, картофельного ацетатного крахмала, тапиокового гидроксипропилового крахмала и тапиокового ацетатного крахмала) на термодинамические свойства замороженного теста (температуру стеклования, характеристики плавления кристаллов льда и содержание воды при замерзании) с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.
Исследование показало, что добавление 5% картофельного гидроксипропилового крахмала, гидроксипропилового крахмала тапиоки и ацетатного крахмала тапиоки может значительно уменьшить диапазон плавления кристаллов льда в замороженном тесте, а размер кристаллов льда, образующихся в тесте, становится более однородным. Содержание замерзающей воды уменьшалось с увеличением количества ацетатного крахмала и гидроксипропилового крахмала картофеля. Крахмал кассавы имеет большие различия в физико-химических свойствах после денатурации различными методами. Среди них гидроксипропилдистиролфосфат имеет наилучшую стабильность при замораживании-оттаивании, вязкость пасты стабильна, а прежелатинизированный крахмал имеет наихудшую стабильность при замораживании-оттаивании. Как показано на рисунке, без добавления модифицированного крахмала глютеновая сеть замороженного теста была механически повреждена из-за сильного повреждения кристаллами льда происходило неполное выпадение нижней части центра хлеба, удельный объем хлеба значительно уменьшился, а цвет хлеба стал темнее. Однако при добавлении модифицированного крахмала вышеперечисленные явления не наблюдались в трех группах хлеба. В частности, сердцевина хлеба с добавлением гидроксипропилдистархфосфатной группы была однородной и оставалась в пределах сенсорной приемлемости для потребителей. Преобразованный крахмал модифицируется кислотой или ферментом. После обработки крахмала β-амилазой, трансгликозилазой и пуллуланазой соотношение короткой цепи в степени полимеризации 6-12 цепей увеличилось на 21,03%. По сравнению с исходным крахмалом относительная кристалличность ферментно-модифицированной цепи снизилась на 6,62%, но образовалась упорядоченная и стабильная структура. Что касается вязкости желатинизации, то обработка β-амилазой, трансгликозилазой и пуллуланазой увеличивает пиковую вязкость. Конечная вязкость очень хорошо влияет на загущение пудингов, джемов и т.д.
Добавки, взаимодействующие с крахмалом
Большинство улучшителей крахмала укрепляют трехмерную сетчатую структуру клейковины, взаимодействуя с белком клейковины, образуя комплекс или способствуя поглощению белка клейковины для формирования более упругой клейковины, тем самым препятствуя плавлению крахмала. Улучшители, связанные с крахмалом, делятся на следующие четыре типа:
1) Гидрофильный коллоид может адсорбироваться на поверхности частиц крахмала, тем самым уменьшая растворение растворенной амилозы после расширения и образования крахмального геля, ослабляя рекристаллизацию крахмала и в конечном итоге замедляя скорость старения крахмала. Добавление гуаровой камеди, карбоксиметилцеллюлозы натрия и моноглицерида может значительно уменьшить структурные повреждения и растворение белка в замороженном-оттаянном крахмале, а также сохранить свойства кристаллической линии, желатинизационные свойства и термодинамические свойства крахмальных гранул. Кроме того, они улучшают удельный объем теста хлеба и смягчают его текстуру.
2) Взаимодействие между эмульгатором и крахмалом может замедлить процесс ретроградации крахмала, замедлить миграцию воды между клейковиной и крахмалом, а также замедлить старение крахмала, связанное с поглощением воды, тем самым замедляя старение хлеба. Добавление лецитина может значительно улучшить удельный объем свежего хлеба, но не оказал заметного влияния на удельный объем выпекаемого хлеба из замороженного теста.
3) α-амилаза может обеспечить источник энергии, необходимый для роста и размножения дрожжей во время брожения теста, и в конечном
итоге гидролизовать поврежденный крахмал в муке до мальтозы и глюкозы, обеспечивая непрерывное брожение теста. В процессе замеса теста в тестовую систему поступает воздух, и глюкозооксидаза может играть роль окислителя, превращая глюкозу в глюконовую кислоту и вырабатывая сильный окислитель – перекись водорода, окисляющую сульфгидрильные группы в молекулах клейковины в дисульфидные связи для укрепления клейковины и повышения структурной прочности теста. Окисление перекисью водорода в тесте может привести к образованию свободных радикалов, которые также могут способствовать растворимости воды в тестовой системе. В результате перекисного окисления сахара образуется гель, который сшивается с сетью клейковины, укрепляя трехмерную сетевую структуру теста.
4) Добавление пищевых волокон снижает относительную концентрацию крахмала в системе желатинизации, что приводит к снижению параметров желатинизации. Водопоглотительная способность пищевых волокон значительно выше, чем у крахмала, а белок в пшеничной муке снижает транспортировку доступной воды в систему желатинизации и еще больше препятствует водопоглощению и желатинизации крахмальных частиц. В то же время соотношение крахмал/вода в системе желатинизации будет увеличена до различных значений. Разбавляющий эффект пищевых волокон на концентрацию крахмала в системе желатинизации может быть больше, чем увеличение соотношения крахмал/вода, вызванное их способностью поглощать воду.
Таким образом, хранение в замороженном состоянии влияет на основной состав, микроструктуру, кристаллическую структуру, желатинизационные свойства и термодинамические характеристики крахмала, а также на кулинарные и хлебопекарные свойства мучных изделий из него. Модификация сырья – один из важнейших методов переработки пищевых продуктов. Сшивание и стабилизация крахмала придают модифицированному крахмалу новые свойства и имеют дополнительное значение для развития пищевой промышленности. Для решения технических проблем замороженного теста недостаточно только введения добавок. Все добавки должны учитывать вопросы стоимости, безопасности и эффективности. Поэтому точное добавление и контроль могут быть реализованы путем исследования ухудшения качества основных компонентов. Будущие исследования должны быть направлены на изучение роли системы замораживания, состоящей из основных компонентов и кристаллов льда, в поддержании устойчивого состояния. В частности, функциональная связь между ростом кристаллов льда и условиями замораживания. Ухудшение качества основных компонентов может быть установлено путем разделения и рекомбинации основных компонентов и анализа микроструктуры замороженного теста. Кроме того, необходимо тщательно изучить механохимические воздействия на тесто в процессе хранения в замороженном состоянии.