Технологія виробництва крупяних виробів

1.2.  Споживчі властивості круп

Споживчі властивості та хімічний склад круп визначаються насамперед круп'яною культурою, з якої вони виготовлені. Хімічний склад круп також залежить від технології їх виготовлення, яка полягає у тому, що зерно повністю вивільняють з неїстівних квіткових плівок і частково або повністю від плодових та насіннєвих, до складу яких входить, переважно, клітковина. Найбільш повноцінними є білки таких круп, як гречана, вівсяна та рисова, однак вони не збалансовані за вмістом лімітованих амінокислот (триптофану, лізину, метіоніну). У зазначених крупах співвідношення цих кислот становить відповідно 1 : 2,6 : 1,1; 1 : 2,8 : 0,8; 1 : 2,5 : 1,3 при оптимальному співвідношенні у продуктах 1:3:3. Білки пшона і кукурудзяних круп за амінокислотним складом поступаються білкам круп інших культур. У пшоні є дуже мало лізину, у кукурудзяних, крім того, метіоніну і триптофану.

У більшості круп міститься від 1 до 1,5% жирів, у гречаних і пшоні —до 3%, у вівсяних — понад 6%. При зберіганні жири круп швидко окислюються.

Крупи багаті на вуглеводи, особливо на крохмаль. Вміст цієї речовини складає 75—80% загальної кількості сухих речовин і 95—96% кількості вуглеводів.

Вуглеводи і жири круп засвоюються на 90—92%, білки — дещо гірше. Енергетична цінність круп коливається від 314 ккал/100 г (горох лущений) до 348 ккал/100 г (пшоно).Біологічна цінність круп визначається за наявності повноцінних білків, поліненасичених жирних кислот, мінеральних речовин і вітамінів.Крупи використовують у кулінарії для виготовлення перших і других страв, у харчоконцентратній промисловості для виробництва овочевих, м'ясних та рибних консервів. З усіх круп найкращими органолептичними властивостями (смаком і зовнішнім виглядом) характеризуються манні, рисові та гречані крупи. Ці крупи використовують для дієтичного і дитячого харчування.На формування споживчих властивостей круп впливають такі фактори:вид круп'яної культури, якість зерна (плоду гречки, насіння бобових), технологія виготовлення. Крупи різних круп'яних культур відрізняються за формою, розміром, кольором, структурою, смаковими властивостями, хімічним складом [4].

Хімічний склад та енергетична цінність круп наведені в табл.1.1.

Табл.1.1.

Хімічний склад та енергетична цінність крупів

1.3. Структура крохмального  зерна круп

Зерно круп'яних культур  дуже різноманітно за формою, розмірами, будовою. Воно складається з трьох  частин: ендосперму, зародка і різних плівок, але ендосперм і зародок зручніше розглядати, як єдине ціле - ядро. І вважають, що зерно складається з ядра і плівок (оболонок). Зовнішні плівки, якими вкрите ядро, можуть бути або квітковими (просо, рис, ячмінь, овес), або плодовими (гречка, пшениця, кукурудза), або насінням (горох). Дуже важливою властивістю зерна є міцність зв'язку зовнішніх плівок і ядра.

Білкові речовини нерівномірно розподіляються по тканинах зерна; найбільше  їх у периферійній частині ендосперму. Багатше на білок зерно м'яких пшениць, вирощених у посушливе літо. Вміст білка завжди більший у крупних зернівках твердих пшениць.

Велике значення для  оцінки харчового зерна різних культур  має амінокислотний склад білків. У зерні пшениці найбільше  глютамінової кислоти, а в її зародках багато незамінних амінокислот, зокрема лізину. В периферійних частинах ендосперму пшениці міститься 3-4% від загальної кількості аргініну, валіну; 1 - 2 % - лізину, цистину, метіоніну; до 1 % - триптофану; в його центральній частині — 6 — 8 % ізолейцину та лейцину і 3 — 4 % фенілаланіну; в алейроновому шарі багато триптофану. Однак алейроновий шар, що складається з товстостінних клітин, засвоюється шлунком людини погано. Низькобілкові пшениці багаті на лізин. Високобілкові та висококлейковинні м'які пшениці мають добрі хлібопекарські властивості.

Білок зерна ячменю за сумою незамінних амінокислот трохи  цінніший за білок пшениці, містить  більше лізину й треоніну, особливо багатий на ці амінокислоти білок  зерна плівчастого ячменю. Клейковина зерна ячменю сірого кольору, короткорозривна, з низькою гідратаційною здатністю. Ячмінне борошно використовують для виготовлення хліба та перепічок (у Прибалтиці та азіатських країнах). Вміст білка в пивоварному ячмені не повинен перевищувати 12 % (погіршується якість та знижується вихід пива).

Вуглеводи становлять до 2/3 маси зерна злакових і містяться переважно в ендоспермі. Представлені здебільшого полісахаридами, які складаються з глюкозних залишків.

Моносахариди й сахароза беруть участь у процесах бродіння, забезпечуючи якісне тісто для випікання хліба. За вмістом моно- і дисахаридів у зерні пшениці понад 2,5 %, а жита — 3,5 технологія виготовлення хліба з такого борошна змінюється, а вихід його — зменшується.

Полісахариди. Середній вміст крохмалю в зерні становить: злакових 65 - 70 %, рису — 80, зернобобових — 40 %. Кількість, форма, розмір, щільність, розміщення крохмальних зерен у зерні злакових різні.

В зерні ліпіди містяться  у вигляді простих жирів (65 % ліпідів): у пшениці їх 2 %, просі — 4, вівсі 5-6, кукурудзі — 5, соняшнику — 45, сої — 20, горосі — 2 %. У складі рослинних жирів близько 75 - 80 % жирних кислот — пальмітинової, олеїнової, ліноленової. При слабкій дії ферменту ліпоксигенази невелика кількість жирних кислот прискорює дозрівання пшеничного борошна, тому його треба зберігати на холоді або нетривалий час. Для прискорення випічки до тіста додають трохи олії. Складні жири, або фосфоліпіди, разом з білками входять до складу клітинних мембран та зародка, е поверхнево-активними речовинами і найкращим засобом для поліпшення властивостей пшеничного борошна.

Вітаміни. З вітамінів у зерні є 9 водо- (тіамін, рибофлавін, ніацин, піридоксин, пантотенова кислота, холін) та жиророзчинних (каротиноїди, В, Е) вітамінів, а також вітамін С (аскорбінова кислота, яка появляється при проростанні зерна). Особливо багато в зародках зерна вітаміну Е, а в алейроновому шарі — каротину.

Ферменти. Всі процеси синтезу та розщеплення здійснюються лише за умови діяльності ферментної системи. Кожен фермент має свої оптимальний і максимальний водневий показник та функцію. Так, для дихання зерна мають значення ферменти дегідрогеназа і декарбоксилаза, для зберігання борошна — ліпаза і фосфатаза, для випікання хліба — амілаза і протеаза. Вони містяться переважно в зародку та алейроновому шарі зерна. Ферменти зерна поділяються на шість класів: 1) оксиредуктази — каталізують окисно-відновні реакції; 2) трансферази — каталізують реакції перенесення окремих атомів і груп атомів від одних субстратів до інших; 3) гідролази — каталізують гідролітичні реакції; 4) ліази — каталізують процеси відщеплення яких-небудь груп негідролітичним шляхом з утворенням подвійного зв'язку або, навпаки, приєднання відповідних груп атомів на місці подвійного зв'язку; 5) ізомерази — прискорюють процеси ізомеризації органічних сполук; 6) лігази (синтетази) — каталізують реакції синтезу, які пов'язані з використанням енергії АТФ та деяких інших трифосфатів. Усі ці ферменти є в зерні (насінні) сільськогосподарських культур. Активна дія їх виявляється при формуванні, дозріванні, проростанні, а також в усіх випадках порушення нормальної життєдіяльності зерна. Головною умовою для функціонування ферментів є наявність вологи.

Кислотність. Зерно має певну кислотність, що зумовлюється карбоксильними групами білків та жирними кислотами, які вивільняються внаслідок розщеплення жиру, а також наявністю фосфорної, оцтової, молочної та яблучної кислот у зерні. Більшість біохімічних процесів у зерні та борошні супроводжуються накопиченням кислих продуктів. Наприклад, внаслідок самозігрівання і прокисання зерна в ньому збільшується вміст молочної та оцтової кислот (за вмістом останньої визначають свіжість зерна та борошна пшениці (4°) і жита (5°). Наявність вільних кислот негативно впливає на властивості клейковини, забарвлення крупи та властивості борошна.

Мінеральні речовини. Висушене зерно, яке не містить вологи, складається з таких елементів, %: вуглецю — 45; кисню — 42; водню — 6,5; азоту — 1,5 (всього 95 - 98). Решту сухих речовин (2 - 5 %) становлять мінеральні елементи, що містяться в золі після озолення зерна.

За кількісним вмістом  мінеральні елементи у тканинах зерна  поділяють на такі підгрупи, % до маси золи:

1. макроелементи — вміст їх коливається від десятих до сотих часток відсотка (Р, К, А1, Са та ін);
2. мікроелементи — вміст їх коливається від тисячних до стотисячних часток відсотка (В, Sг, Сu, Ва, Ті, І, Вг та ін.)
3. ультрамікроелементи — вміст їх становить мільйонні частки відсотка і менше.

Пігменти. У зерні й насінні сільськогосподарських культур виявлено чотири групи пігментів, які надають їм певного забарвлення: порфірини, каротиноїди, антоціани, флавони та пігменти, що утворюються під час окислення речовин зерна У зерновій масі, крім зерна основної культури, е домішки насіння інших культурних рослин і бур'янів, органічні та мінеральні домішки, зерна, пошкоджені шкідниками хлібних запасів тощо. Кількість цих домішок та їх якісний склад залежать від рівня агротехніки, способів і організації збирання врожаю. Наявність домішок не тільки знижує цінність зерна, а й посилює неоднорідність зернової маси, збільшує її об'єм. Це вимагає додаткових витрат, зокрема, на затарювання й перевезення зернових мас. Крім того, наявність домішок у свіжозібраних зернових масах різко впливає на їх збереженість [9].

1.4. Зміна властивостей та структури крохмального зерна круп під час теплової обробки

Набухання і клейстеризація крохмалю. Набухання – одне з найважливіших властивостей крохмалю, що впливає на консистенцію, форму, обсяг і вихід готових виробів. При нагріванні крохмалю з водою (крохмальної суспензії) до температури 50 - 55 ° С крохмальні зерна повільно поглинають воду (до 50 % своєї маси) і обмежено набухають. При цьому підвищення в'язкості суспензії не спостерігається. Набухання – процес оборотний. Після охолодження і сушіння крохмаль практично не змінюється. При нагріванні від 55 до 80 ° С крохмальні зерна поглинають велику кількість води, збільшуються в об'ємі в кілька разів, втрачають кристалічну будову, а отже, анізотропність. Крохмальна суспензія перетворюється на клейстер. Процес його утворення називається клейстеризацією. У невеликих кількостях крохмаль міститься в крупі, бобових, борошні, макаронних виробах, картоплі. Знаходиться він у клітинах рослинних продуктів у вигляді крохмальних зерен різної величини і форми. Вони представляють собою складні біологічні речовини, до складу яких входять полісахариди (амілоза та амілопектин) і невеликі кількості супутніх їм речовин (кислоти фосфорна, сілікатна тощо, мінеральні елементи тощо).

Шари складаються з  часток крохмальних полісахаридів, радіально розташованих і утворюють зачатки кристалічної структури. Завдяки цьому крохмальне зерно має анізотропність (подвійне променезаломлення).    

Утворюють зерно шари неоднорідні: стійкі до нагрівання чергуються з менш стійкими, більш щільні – з менш щільними. Зовнішній шар щільніший, ніж внутрішні, він і утворює оболонку зерна. Все зерно пронизане порами і завдяки цьому здатне поглинати вологу. Таким чином, клейстеризація – це руйнування нативної структури крохмального зерна, що супроводжується набуханням. Температура, при якій анізотропність більшості зерен зруйнована, називається температурою клейстеризації. Температура клейстеризації різних видів крохмалю неоднакова. Так, клейстеризація картопляного крохмалю настає при 55-65 °С, пшеничного – при 60-80 ⁰С, кукурудзяного – при 60-71 ⁰С, рисового – при 70-80 °С. Процес клейстеризації крохмальних зерен відбувається поетапно:

1. При 55 - 70 ° С зерна збільшуються в об'ємі в кілька разів, втрачають оптичну анізотропність, але ще зберігають шарувату будову; в центрі крохмального зерна утворюється порожнина ("бульбашка");

2. При нагріванні вище 70 °С в присутності значної кількості води крохмальні зерна збільшуються в об'ємі в десятки разів, шарувата структура зникає, значно підвищується в'язкість системи (друга стадія клейстеризації). На цій стадії збільшується кількість розчинної амілози, розчин її частково залишається в зерні, а частково дифундує в оточуюче середовище.

3. При тривалому нагріванні з надлишком води крохмальні бульбашки лопаються, і в'язкість клейстеру знижується. Прикладом цього в кулінарній практиці є розрідження киселю в результаті надмірного нагрівання. Крохмаль бульбових рослин (картопля, топінамбур) дає прозорі клейстери желеподібної консистенції, а зернових (кукурудза, рис, пшениця тощо) - непрозорі, молочно-білі, пастоподібної консистенції.

4. Консистенція клейстеру залежить від кількості крохмалю: при вмісті його від 2 до 5 % клейстер виходить рідким (рідкі киселі, соуси, супи-пюре); при 6-8 % - густим (густі киселі). Ще більш густий клейстер утворюється всередині клітин картоплі, в кашах, стравах з макаронних виробів.

5. На в'язкість клейстеру впливає не лише концентрація крохмалю, але й присутність різних харчових речовин (цукрів, мінеральних елементів, кислот, білків тощо). Так, сахароза підвищує в'язкість системи, сіль знижує, білки надають стабілізуючу дію на крохмальні клейстер. При охолодженні крохмалевмісних продуктів кількість розчинної амілози в них знижується внаслідок ретроградації (випадання в осад). При цьому відбувається старіння крохмальних драглів (синерезис), і вироби черствіють. Швидкість старіння залежить від виду виробів, їх вологості і температури зберігання. Чим вище вологість страви, кулінарного виробу, тим інтенсивніше знижується в ньому кількість водорозчинних речовин. Найбільш швидко старіння протікає в пшоняної каші, повільніше – в манній та гречаній. Підвищення температури гальмує процес ретроградації, тому страви з крупи і макаронних виробів, які зберігається на марміті з температурою 70 - 80 °С, мають хороші органолептичні показники протягом 4 год.