Хімічний склад борошна

Хімічний склад борошна знаходиться у прямій залежності від хімічного складу зерна. У той же час хімічний склад зерна залежить від його селекційних особливостей, агротехнічних, кліматичних і ґрунтових умов вирощування. Середній хімічний склад борошна за видами і сортами наведено у табл. 3-3. Як свідчать дані таблиці, чим вищий сорт борошна, тим більша в ньому масова частка крохмалю.

Масова частка білків, жирів, мінеральних речовин, пентозанів і вітамінів збільшується зі зниженням сорту борошна і найбільше цих сполук міститься в обойному борошні. Це пояснюється тим, що у процесі виготовлення борошна різних сортів до його складу надходять анатомічні частинки зерна у різному співвідношенні.

Вуглеводи. Основну частину борошна становлять полісахариди (крохмаль, клітковина, геміцелюлози, пентозани). У незначній кількості містяться моносахариди (глюкоза, фруктоза, пентози) і олігосахариди (сахароза, мальтоза, рафіноза). Встановлено також наявність мелібіози та глюкофруктозану (левозину). З точки зору харчової цінності вуглеводи борошна поділяються на такі, що засвоюються організмом (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, крохмаль, декстрини) і такі, що не засвоюються (целюлоза, геміцелюлоза, пентозани).

Вуглеводи є важливим джерелом енергії. 100 г вуглеводів, що засвоюються, забезпечують 375 ккал тепла або 1570Дж. У пшеничному сортовому борошні моно- і олігосахаридів міститься від 0,7 до 1,8% на сухі речовини. Серед них:

• глюкози 0,01…0,05;

• фруктози 0,01 5…0,05;

• мальтози 0,005…0,05;

• сахарози 0,1…0,55,

• решта – рафіноза і глюкофруктозан.

У борошні з пророслого зерна масова частка мальтози зростає. Житнє борошно містить значно більше цукрів, ніж пшеничне, а саме – від 4,5 до 6,5% на сухі речовини, залежно від сорту борошна. До 80 % всіх цукрів житнього борошна приходиться на долю сахарози. Оскільки цукри у зернівці концентруються в ендоспермі та зародку, то найбільше їх міститься у борошні низьких помелів. Глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза борошна служать енергетичним матеріалом для дріжджів під час бродіння тіста. Пентози борошна не зброджуються дріжджами. В складі пентозанів вони відіграють певну роль у водопоглинальній властивості борошна, беруть участь у реакції меланоїдиноутворення під час випікання хліба.

Крохмаль є основною складовою борошна. У пшеничному борошні масова частка крохмалю становить 56…70, у житньому – 55…65% залежно від сорту. Оскільки весь крохмаль знаходиться в ендоспермі зерна, сортове борошно містить його більше, ніж обойне. У борошні крохмаль знаходиться у вигляді різних за розміром (від 0,002 до 0,17 мкм) крохмальних зерен сферичної, овальної чи неправильної форми. Поряд з цілими зернами є частина зерен, ушкоджених під час помелу. Крохмальні зерна мають кристалічну листковану структуру, окремі кристали згруповуються у тонкі мікрокристали.

Крохмаль – неоднорідна речовина, до його складу входять два полісахариди –амілоза і амілопектин. У крохмальних зернах знайдені також високомолекулярні жирні кислоти (0,6%) і мінеральні речовини (0,2–0,7%). Відносна густина крохмалю біля 1,5 кг/дм3. Співвідношення амілози і амілопектину в крохмалі становить 1:(3-3,5).

Оболонка крохмального зерна побудована з амілопектину, а в середині зерна знаходиться амілоза. У пшеничному крохмалі міститься в середньому 25 % амілози і 75 % амілопектину. Амілоза та амілопектин складаються із залишків глюкози (С6Н 1 005), але мають різну хімічну будову. Молекула амілози складається з кількох паралельних довгих нерозгалужених спіралеподібних ланцюжків, у яких глюкозні залишки сполучені між собою α-1,4-глюкозидними зв’язками, тобто кисневий місток зв’язує між собою перший і четвертий вуглецеві атоми сусідніх залишків глюкози.

Молекулярна маса амілози може коливатись від 20 тис. до 1 млн. Амілоза розчиняється у теплій воді, утворюючи розчини з невеликою в’язкістю, з йодом дає синє забарвлення. Водопоглинальна здатність амілози м’якої пшениці – 83-84%.

Молекула амілопектину дуже розгалужена. В основі її структури лежать окремі ланцюжки із залишків глюкози, які в точках розгалуження сполучені між собою α-1,6-глюкозидним зв’язком, тобто кисневим містком між першим вуглецевим атомом крайнього залишку глюкози одного ланцюжка і шостим вуглецевим атомом одного із глюкозних залишків другого ланцюжка. α-1,6-глюкозидні зв’язки становлять 6,7% усіх зв’язків у молекулі амілопектину. Амілопектин складається із 6000-40000 глюкозидних залишків. Його молекулярна маса – від 1 до 1 0 млн.

Амілопектин у гарячій воді набухає, утворюючи в’язкий клейстер, розчиняється лише під тиском, з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення. Сам крохмаль з розчином йоду дає синє забарвлення. Ця властивість використовується при перевірці повноти відмивання його від клейковини.

Крохмаль у холодній воді тільки набухає. При цьому він поглинає води 30 % до своєї маси. Внаслідок набухання діаметр зерна крохмалю збільшується на 1 0 %, а об’єм – приблизно на 30 %. Здатність крохмалю поглинати воду в значній мірі залежить від ступеню механічного ушкодження зерен у процесі помелу. Цілі зерна крохмалю адсорбують 0,3 г води на 1 г, а ушкоджені – 2…3 г і більше.

Порівняно з крохмалем пшеничного борошна крохмаль житнього борошна має значно більшу гідрофільність. Швидкість зв’язування крохмалем води зростає з підвищенням температури.

При підвищенні температури до 55…70 °С крохмаль швидко набухає, поглинає велику кількість води, крохмальні зерна збільшуються в об’ємі, втрачають форму, утворюється в’язкий клейстер. Пшеничний крохмаль повністю клейстеризується при співвідношенні крохмалю і води 1:1 0. При недостатній кількості води крохмальні зерна клейстеризуються лише частково, з поверхні зерна. Така клейстеризація крохмалю спостерігається у процесі випікання хліба.

Температура клейстеризації для різних крохмалів різна. Пшеничний крохмаль клейстеризується при температурі 62…65, житній – 55…57, кукурудзяний – 66…70 °С. На температуру і швидкість клейстеризації крохмалю впливають цукор, сіль, жири та інші інгредієнти. Цукор і сіль затримують набухання крохмалю і підвищують температуру клейстеризації. Жир знижує температуру клейстеризації.

Утворений крохмалем клейстер з часом старіє. Спостерігається явище синерезису. Клейстеризовані крохмальні зерна віддають воду, зменшуються в об’ємі, відбувається процес їх переходу з аморфного стану до початково-кристалічного, тобто ретроградація крохмалю. Клейстер житнього крохмалю старіє повільніше, ніж пшеничного.

Молекула крохмалю деполімеризується під дією амілаз – α- і β-амілази. Обидва ферменти каталізують тільки розщеплення α-1,4-глюкозидних зв’язків, але в їх дії є суттєва різниця. Під дією α-амілази глюкозидні зв’язки в амілозі та амілопектині крохмалю розриваються без певного порядку. Молекула крохмалю розпадається з утворенням низькомолекулярних декстринів і мальтози. При цьому спостерігається розрідження крохмальних розчинів, зменшення їх в’язкості. β-амілаза послідовно відщеплює мальтозу не редукуючих кінців ланцюжків.

Утворюються високомолекулярні декстрини і мальтоза, тобто під дією цих ферментів відбувається декстринізація крохмалю – розщеплення його молекули на декстрини різної молекулярної маси і мальтозу.

Гідроліз крохмалю відбувається поступово. Спочатку утворюються амілодекстрини, які забарвлюються розчином йоду в фіолетово-синій колір. Потім з’являються еритродекстрини. Вони при взаємодії з розчином йоду дають червоно-буре забарвлення. Ще пізніше утворюються ахродекстрини і мальтодекстрини, які не забарвлюються йодом, і мальтоза. При кислотному гідролізі крохмалю при певних умовах продуктом гідролізу є глюкоза. Крохмаль відіграє велику роль у технології хліба. Від складу і стану його зерен залежить водопоглинальна здатність тіста. Продукти ферментативного гідролізу крохмалю є джерелом поживних речовин, що забезпечують процес бродіння. Він бере участь у структуроутворенні тіста і хліба. Здатність крохмалю клейстеризуватися при підвищеній температурі, зв’язуючи при цьому значну кількість води, забезпечує утворення сухого еластичної м’якушки хліба. Здатність крохмалю до ретроградації є основною причиною черствіння хліба.

Клітковина. Клітковина або целюлоза складається із залишків D-глюкопіраноз, з’єднаних β-глюкозидним зв’язком, утворює структурну основу оболонок рослинних клітин. Міститься в оболонках зерна і стінках клітин алейронового шару. У зерні пшениці та жита її масова частка складає 1,7…2,5%. Виходячи з того, що клітковина знаходиться у периферійних частинках зерна, її досить багато у обойному борошні.

Так, у пшеничному обойному борошні міститься 1,6…1,9% клітковини, у житньому обойному – до 2,0, тоді як у борошні вищого сорту біля 0,2, а другого сорту – 0,8% на CP.

Клітковина не засвоюється організмом людини – у травному тракті людини не виробляються ферменти, що її розщеплюють. У тісті та хлібі вона бере участь у створенні їх структури.

Геміцелюлози – це гетерополісахариди, які нарівні з целюлозою входять до складу клітинних стінок оболонок і ендосперму зернівок. Основною складовою геміцелюлози є пентози. У зерні пшениці та жита міститься від 8 до 10% геміцелюлоз. Пшеничне і житнє борошно, залежно від сорту, містить різну кількість геміцелюлоз. У висівках сортового помелу їх масова частка складає 40 %.

Геміцелюлози, як і клітковина, не засвоюються організмом людини. Ці полісахариди підсилюють перистальтику кишечнику, виводять із організму холестерин, важкі метали та інші шкідливі речовини.

Пентозани – це полісахариди, що складаються в основному з пентоз – ксилози і арабінози. Вони містять також залишки гексоз. Хроматографією препаратів пентозанів встановлено, що в їх молекулі міститься зв’язаний з вуглеводними ланцюжками білок.

Пшеничне борошно містить пентозанів від 2,1% у вищому сорті до 6,5% у обойному. В житньому сіяному борошні їх масова частка складає 4,2, а обойному – 8,6% на сухі речовини борошна.

Пентозани діляться на розчинні та нерозчинні. Розчинні пентозани часто називають слизями або гумі. У пшеничному борошні масова частка водорозчинних пентозанів становить 20…24, а у житньому – біля 40 % від загальної маси пентозанів.

Молекули пентозанів мають високополімерний характер, містять велику кількість гідроксильних груп. Водорозчинні пентозани мають підвищену здатність до гідратації, сильно виражені колоїдні властивості, здатність до гелеутворення. Біля половини водорозчинних пентозанів є глікопротеїдами. Саме ця фракція водорозчинних пентозанів утворює в’язкі розчини, які під дією окислювачів переходять у щільний гель. Оптимальним для утворення пентозанами драглів є рН 5,0…4,0. Слизі зерна жита швидко набухають у воді й утворюють в’язкі розчини. В’язкість цих розчинів у багато разів вища в’язкості розчину желатину тієї ж концентрації.

У ендоспермі зерна слизів майже у 2 рази менше, ніж у його периферійній частині, але в’язкість слизів ендосперму у 50 разів більша, ніж слизів, що містяться у периферійних частинах зерна. Розчинні пентозани поглинають воду у співвідношенні 1:15, нерозчинні — добре набухають у воді, поглинають воду в кількості, що перевищує їх масу в 10 разів.

Пентозани відіграють значну роль у формуванні структурно-механічних властивостей житнього тіста. Дріжджами вони не зброджуються, організмом людини не засвоюються.

Одним з найбільш розповсюджених пентозанів є арабаноксилан, який міститься у ендоспермі пшениці та жита.

Пектинові речовини – високомолекулярні полісахариди, основним структурний компонентом яких є галактуронова кислота. Вони входять до складу клітинних стінок разом з целюлозою, геміцелюлозою і лігніном. Це нерозчинні пектини (протопектини). Розчинні пектини містяться у клітковинному соку. В борошні масова частка пектинових речовин дуже мала. Важливою властивістю пектинів є здатність до набухання і комплексоутворення.

Азотисті речовини борошна. Азотисті речовини борошна представлені білками і небілковими речовинами. Основну частину азотистих речовин складають білки. За формою молекула білків зернових наближається до шару або еліпсоїду. За складністю будови білки ділять на протеїни і протеїди. У зернах злакових містяться в основному прості білки, протеїдів є незначна кількість. Протеїни розподіляють на чотири групи залежно від розчинності: альбуміни, глобуліни, проламіни, глютеліни.

Альбуміни – прості білки, розчинні у воді, мають відносно невелику молекулярну масу. Представником їх є лейкозин пшениці, жита, ячменю. Це повноцінні білки, вони містять усі незамінні амінокислоти.

Глобуліни – білки, розчинні у слабких розчинах нейтральних солей (3…5%-ний розчин NaCI, КСІ), містяться в зерні всіх злакових культур, як і альбуміни, є повноцінними білками. Масова частка альбумінів і глобулінів у борошні становить 15…20% загальної маси білків.

Проламіни – білки, розчинні у 70…80%-ному етиловому спирті. До найбільш вивчених білків цієї групи належать гліадини пшениці та жита, гордеїн ячменю, зеїн кукурудзи. З біологічної точки зору вони не досить повноцінні, бо мають незначний вміст лізину, іноді триптофану.

Глютеліни – білки, розчинні у слабких розчинах лугів (0,2…2,0%). До них належать глютенін пшениці та жита. У харчовому відношенні ці білки, як і проламіни, мають низьку біологічну цінність.

Такий розподіл протеїнів на фракції умовний. На цей час відомо, що кожна з цих фракцій є гетерогенною і складається з декількох білків.

Протеїни пшениці мають такий середній фракційний склад, у%:

• альбуміни – 6,2;

• глобуліни – 12,6;

• проламіни – 35,6;

• глютеліни – 28,2;

• нерозчинна фракція – 8,7.

Із протеїдів борошна найбільше значення мають:

• ліпопротеїди – сполуки білків з ліпідами;

• фосфоліпіди – сполуки, у яких білки зв’язані з фосфорною кислотою ефірним

зв’язком; глікопротеїди – сполуки білків з вуглеводами та їх похідними;

• нуклеопротеїди – сполуки білків з нуклеїновими кислотами.

Вміст білків у борошні. Масова частка білків у пшеничному борошні становить 10,3…1 2,5%, житньому – 6,9…1 0,7% і залежить від вмісту їх у зерні, з якого воно виготовлене. Масову частку білків у борошні можна встановити, визначивши в ньому масову частку азоту і помноживши її на коефіцієнт 5,67.

Накопичення білків у зерні залежить від таких факторів, як його сорт, склад ґрунтів, кліматичні умови, агротехніка вирощування тощо. Пшениця, що вирощується на півдні, накопичує більше білків, ніж вирощена в північних районах. Білки у зернівці розподілені нерівномірно. Якщо розглядати кожну із частин зерна, то найбільше білків містить зародок, менше їх в алейроновому шарі і найменше в ендоспермі. У зародку містяться в основному альбуміни, в алейроновому шарі – глобуліни і альбуміни, в ендоспермі – проламіни і глютеліни. Цим пояснюється різна масова частка білкових речовин за сортами борошна.

Якщо оцінювати амінокислотний склад білків борошна, то у ньому містяться всі вісім незамінних амінокислот, але амінокислотний склад білків борошна не збалансований за масовою часткою лізину, треоніну, триптофану та метіоніну. Білки житнього борошна порівняно з пшеничним містять більше незамінних амінокислот і особливо лізину.

Фізико-хімічні властивості білків борошна. Білки борошна мають значну гідратаційну здатність. Вона обумовлена гідрофільними групами, розміщеними на поверхні білкової глобули (-CO-NH-, -NH 2, -СООН). Білки борошна, на відміну від крохмалю, зв’язують воду осмотично, тобто міцніше. Під час гідратації навколо кожної молекули білка утворюються водні оболонки, що складаються з орієнтованих певним чином у просторі молекул води. У тісті білки утримують 2…3-кратну кількість води по відношенню до своєї маси. Внаслідок цього, молекули білків збільшуються в об’ємі. Деякі білки здатні набухати необмежено і утворювати колоїдні розчини. Білки пшеничного борошна гліадин і глютенін поглинають воду, набухають, злипаються і утворюють пружну, еластичну масу – сиру клейковину, її гідратаційна здатність, тобто кількість води, поглинутої відносно сухої маси білку, складає 1 70- 250%. Оптимальна температура для набухання білків – 30 °С. Клейковина, що утворюється у процесі змішування борошна з водою, формує структуру тіста. Вона є важливим фактором хлібопекарських властивостей пшеничного борошна. У житньому борошні масова частка білків дещо нижча, ніж у пшеничному. Співвідношення гліадину і глютеніну коливається у тих же межах, що у пшеничному борошні, але клейковину вони не утворюють. Цьому перешкоджає наявність у житньому борошні значної кількості пентозанів. В разі, коли у борошні масова частка пентозанів становить 2,6% до маси білків, клейковина не відмивається. Білки житнього борошна швидко набухають у воді. Частина їх здатна набухати необмежено (пептизуватись), переходити у колоїдний розчин, що обумовлює його в’язкість. Важливою властивістю білків борошна є денатурація. За певних умов змінюється внутрішня будова поліпептидних ланцюгів білків. У їх молекулі розриваються деякі зв’язки, за винятком ковалентних, змінюється вторинна, третинна та четвертинна структура і білки переходять в інший якісний стан, втрачають гідрофільні та набувають гідрофобні властивості. Із розчинних стають нерозчинними, втрачають біологічну активність. При цьому хімічний склад їх залишається незмінним. Відомо, що білки денатурують внаслідок дії високої температури, ультрафіолетового опромінювання, дії сильних кислот, солей важких металів, деяких інших факторів. Термічна денатурація характерна для білків зерна під час його сушіння при підвищеному температурному режимі. Більшість білків зерна денатурує при температурі 60…70 °С. У зерні пшениці це явище помітне уже при 50 °С.

Внаслідок термічної денатурації білки борошна, виготовленого з такого зерна,утворюють клейковину дуже низької якості, або клейковина зовсім не відмиється, знижується ферментативна активність борошна. Денатурація білків, що відбувається у процесі випікання тістових заготовок, обумовлює перетворення тіста у хліб. Денатурація білків спостерігається і у процесі зберігання виробів: білки старіють, їх структура ущільнюється, знижується здатність до набухання, розчинності, гідролізу. Це явище спостерігається при черствінні хліба. Під дією кислот і протеолітичних ферментів білки борошна здатні гідролізуватись з утворенням полі- та дипептидів і амінокислот. Ферменти, що гідролізують білки, належать до групи гідролаз. Це протеази, а саме: протеїназа і пептидаза. Встановлено, що під дією протеїназ білок повністю не розщеплюється, а перетворюється в сполуки, що не осаджуються трихлороцтовою кислотою. Такими сполуками є поліпептиди. Збільшення вмісту амінокислот при цьому майже не спостерігається, тобто розщеплюється зовсім незначна кількість пептидних зв’язків. Білки борошна, як і інші білки, є амфотерними сполуками, тобто мають властивості кислоти і лугу. Це є наслідком наявності у складі їх молекули кислотної (-СООН) і лужної (-NH2) груп. Внаслідок амфотерності вони надають буферних властивостей об’єктам із борошна. Тобто, в цих об’єктах різним значенням титрованої кислотності може відповідати одне й те саме значення рН. Небілкові азотисті речовини борошна. До небілкових азотистих речовин належать вільні амінокислоти, дипептиди, поліпептиди, альбумози і пептони, що утворюються у процесі гідролітичного розщеплення білкових речовин, а також аміди кислот, солі азотної та азотистої кислот тощо.

У зерні міститься 1…3% небілкових речовин, вони зосереджені в основному в алейроновому шарі та зародку. Їх масова частка зростає при проростанні, самозігріванні зерна, а також у недозрілому зерні. Масова частка небілкових азотистих речовин у борошні залежить від виду і сорту борошна, якості зерна, з якого воно виготовлене. Найбільше їх в обойних сортах борошна. Небілкові азотисті речовини беруть участь у процесах, що відбуваються при зберіганні борошна та його переробці. Так, потемніння борошна в процесі приготування хліба обумовлюється ферментативним окисленням амінокислоти тирозину. Вони є продуктами живлення для мікрофлори тіста. При випіканні хліба карбонільні групи редукуючих цукрів взаємодіють з амінокислотами, пептидами або білками в реакції меланоїдиноугворенні.

Ліпіди борошна. Ліпіди і розчинні в них супутні речовини, що екстрагуються із

борошна органічними розчинниками, називають сирим жиром. У пшеничному борошні залежно від сорту ліпідів міститься 1,4…2,3, у житньому – 1,6…2,7%. У борошні частина ліпідів знаходиться у вільному стані, частина зв’язана з білками (ліпопротеїди) і вуглеводами (гліколіпіди). Зв’язані ліпіди складають 30% усіх ліпідів. Встановлено, що зв’язані з білками ліпіди впливають на структуру і фізичні властивості білкового комплексу тіста. Зв’язані ліпіди – це структурні ліпіди зерна і борошна. Вільні ліпіди – це запасні ліпіди. Найрозповсюдженішою групою простих ліпідів є ацилгліцерини (або гліцериди). Ϊх називають жирами чи оліями. Жири становлять 63…65% всіх ліпідів зерна і борошна. У зерні жири містяться в основному у алейроновому шарі та зародку. Тому борошно високих виходів містить більше жиру, ніж низьких. У пшеничному і житньому борошні різних сортів міститься 0,9…2,1% жиру.

До складу триацилгліцеринів борошна входять насичені жирні кислоти (пальмітинова, стеаринова), а також ненасичені: олеїнова, лінолева і ліноленова. У борошні на долю ненасичених жирних кислот припадає 70-85%. У зв’язку з цим жир борошна має рідку консистенцію. Жири розкладаються в результаті ферментативного гідролізу під дією ферменту ліпази на гліцерин і жирні кислоти. Вони здатні до прогоркання (окиснення) під дією ферменту ліпоксигенази, світла, повітря і води. В результаті ферментативного розкладу жирів борошна підвищується його кислотність. За цим показником можна оцінити свіжість борошна.

Воски – являють собою ефіри високомолекулярних одноосновних жирних кислот і одноатомних високомолекулярних спиртів. У борошно потрапляють з уламками зерна, які вони вкривають тонким шаром. Масова частка їх у зерні дуже мала. Складні ліпіди (ліпоїди). До основних складних ліпідів борошна належать фосфоліпіди (фосфатиди) і гліколіпіди. У зерні пшениці та жита міститься 0,3…0,6 % фосфатидів, у зародку пшениці – 1,6 %. Це в основному лецитин. Фосфатиди разом з білками утворюють ліпопротеїдні комплекси. Під дією ферменту ліпази від фосфатидів відщеплюються жирні кислоти, а під дією гліцерофосфатази – фосфорна кислота. Продукти гідролізу фосфатидів впливають на кислотність борошна.

Фосфоліпіди мають гідрофільні та гідрофобні властивості, тобто вони є поверхнево-активними речовинами, мають властивість емульгаторів. Гідрофільні властивості обумовлені наявністю в їх складі фосфатної групи, а гідрофобні – жирних кислот. Вони є гідрофільними колоїдами, набрякають у воді і завдяки цьому сприятливо впливають на хлібопекарські властивості пшеничного борошна. Основними гліколіпідами борошна є моногалактозил гліцериди і дигалактозилгліцериди.

У зерні та борошні з нього супутниками ліпідів є жиророзчинні речовини. Це пігменти, жиророзчинні вітаміни, стерини та деякі інші речовини. Стерини з білками утворюють складні комплекси, беруть участь у побудові біологічних мембран. У зерні пшениці стеринів міститься 0,03…0,07%. Основними стеринами пшениці є ситостерини. Представником стеринів є також ергостерол, з якого під дією УФ- променів утворюється вітамін D.

Пігменти борошна. Борошно містить пігменти, що утворились у зерні під час його вирощування, а також при зберіганні та переробці. Пігментами зерна є каротиноїди, хлорофіл і флавоноїди. У результаті окисно-відновних процесів, що відбуваються при зберіганні та переробленні зерна, утворюються меланіни і меланоїдини. Жиророзчинні пігменти каротиноїди і хлорофіл за хімічною природою є ненасиченими вуглеводнями, тому вони легко окиснюються і переходять у безбарвні сполуки, борошно внаслідок цього білішає. Колір каротиноїдів борошна – жовтий або оранжевий, хлорофілу – зелений. У борошні містяться такі каротиноїди, як каротин, цеаксантин, криптоксантин, ксантофіл. Каротини мають провітамінні властивості. В організмі людини вони перетворюються у вітамін А. Каротиноїди впливають на якість борошна, вони надають йому приємного кремового кольору.

Флавоноїди мають жовте забарвлення – це пігменти оболонок. Колір різних сортів борошна обумовлюється кольором пігментів, що містяться в різних морфологічних частинах зерна. Мінеральні речовини борошна. Сполуки, які залишаються в золі борошна після спалювання, називають мінеральними. Загальну їх кількість називають сирою золою. У складі золи мінеральні речовини знаходяться у вигляді нелетких оксидів: Р2О5, К2О, CaO, МgО. Чим вищий сорт борошна, тим менше в ньому міститься мінеральних речовин. Масова частка золи є показником сорту і виходу борошна. За зольністю можна судити про вміст периферійних часток зерна у борошні.

Основну масу мінеральних речовин становлять макроелементи. Це – кальцій, фосфор, натрій, калій, магній, сірка, хлор. У загальній кількості мінеральних речовин борошна макроелементи складають 99,9%. Макроелементи об’єднують елементи, масова частка яких складає від десятих до сотих долі процента. Більша частина їх – це сполуки фосфору (50%), калію (30%), магнію і кальцію (15 %). У борошні кальцій знаходиться у вигляді сполук фосфорно- і щавлевокислих солей, сполук з білками, жирними кислотами тощо. Кальцій каталізує активність ферменту а-амілази. Фосфор міститься у вигляді фосфатидів і різних органічних сполук. Найбільша частина фосфору борошна представлена фосфором фітину. Фітин – це калій-кальцій- магнієва сіль інозитфосфорної кислоти. Він міститься у алейроновому шарі зерна і оболонках, у ендоспермі його майже немає. У обойному борошні фосфор фітину складає (% на CP) 1,1…1,3, борошні II сорту – 0,02…0,05. У житньому борошні фітинового фосфору набагато більше, ніж у пшеничному.

Під дією ферменту фітази від інозитфосфорної кислоти відщеплюються залишки фосфорної кислоти, яка активно впливає на величину кислотності борошна. Фітаза також розщеплює фітинову кислоту і цим самим поліпшує засвоєння організмом людини кальцію, що міститься у борошні, З точки зору гігієни харчування у борошні співвідношення кальцію і фосфору, а також кальцію і магнію неоптимальне і складає 1:2,5 і 1:1,7, тоді як оптимальне 1:1,5 і 1:0,6 відповідно. Надмірний вміст фосфору затримує засвоєння кальцію.

Поряд з макроелементами у борошні є мікроелементи: залізо, йод, мідь, фтор, цинк, кобальт, марганець, молібден та інші. Основна роль макро- і мікроелементів полягає у підвищенні активності ферментів, що каталізують біохімічні процеси, у тому числі у дріжджовій клітині під час бродіння. У харчуванні людини борошно є важливим джерелом надходження мінеральних елементів, таких як: фосфор, кальцій, калій, магній, залізо.

Масова частка окремих мікроелементів підлягає гігієнічному контролю і обмежується стандартами на борошно. Міді має бути не більше 1 0; свинцю – 0,5; кадмію – 0,1; миш’яку – 0,2; ртуті – 0,02; цинку – 50,0 мг/кг.

Вітаміни борошна. У борошні містяться у різній кількості 8 водорозчинних вітамінів: тіамін (В1), рибофлавін (В2), ніацин (РР), піридоксин (В6), біотин (Н), аскорбінова кислота (С), пантотенова кислота (В3), інозит. Найбільша частка від загальної кількості вітамінів борошна належить вітамінам В1, В2 і PР

Оскільки вітаміни концентруються в зародку і алейроновому шарі, вміст їх у борошні тим вищий, чим більший вихід борошна. У борошні низьких сортів міститься також незначна кількість жиророзчинних вітамінів. Це провітаміни А – каротини; похідні стеринів – вітаміни групи D, які в організмі регулюють обмін кальцію і фосфору; вітаміни групи Е або токофероли. На токофероли багатий зародок зерна, вони є сильними антиоксидантами. Вміст їх в обойному борошні забезпечує більш тривалий термін зберігання цього борошна порівняно з сортовим.

Ферменти борошна. Біохімічні процеси, що протікають у борошні при його зберіганні, під час приготування тіста, при випіканні хліба, відбуваються за участю ферментів борошна і дріжджів. Ферменти складають мізерну частку від маси борошна, тому їх кількість не виражається в процентах. Їх присутність виявляється по наявності перетворень речовин, що каталізуються ферментами. Масова частка ферментів у борошні обумовлюється масовою часткою їх у зерні. Ферментативна активність зерна залежить від умов його вирощування, зберігання, режимів переробки. Підвищена активність ферментів у зерні, а значить і в борошні з цього зерна, спостерігається, якщо зерно не дозріло, проросло, було ушкоджене клопом- черепашкою або приморожене. Активність ферментів зерна значно знижується при жорстких режимах його сушіння. Оскільки у зерні ферменти зосереджені здебільшого в зародку і алейроновому шарі, сортове борошно містить менше ферментів, ніж обойне. Під час зберігання борошна ферментативні процеси у ньому протікають досить мляво. Тільки при підвищенні вологості борошна більше 1 4,5% вони дещо активізуються. У процесі змішування борошна з водою ферментативні реакції швидко активізуються. У технології хлібних виробів особливо важливу роль відіграють гідролітичні та окисно-відновні ферменти борошна. В ході технологічного процесу під дією гідролаз високополімерні сполуки борошна розкладаються на більш прості речовини, накопичуються водорозчинні сполуки, формуються певні реологічні властивості тіста.

Речовини, що утворюються в результаті дії ферментів, особливо декстрини, цукри, відіграють важливу роль у формуванні структури хліба, його запаху і смаку. Активність дії гідролітичних ферментів борошна обумовлює накопичення в тісті та хлібі певної кількості водорозчинних речовин і характеризується терміном -автолітична активність борошна. Якщо борошно має підвищену або низьку автолітичну активність, хліб може мати різні дефекти. Амілолітичні ферменти борошна. Відомо декілька типів амілолітичних ферментів. Ці ферменти каталізують гідроліз крохмалю. При виготовленні хліба розпізнають три амілази: α-амілазу, β-амілазу і глюкоамілазу. В борошні, виготовленого з неушкодженої пшениці міститься тільки β-амілаза. У пшеничному борошні, виготовленому з пророслого зерна пшениці, пошкодженого клопом- черепашкою міститься також α-амілаза. Глюкоамілаза міститься в хлібопекарських дріжджах. Житнє борошно, як із пророслого, так і з нормальної якості зерна, містить у значній кількості активну α-амілазу. β-амілаза знайдена у пророслих зернах хлібних злаків і в зернах нормальної якості. Вона міститься у всіх сортах пшеничного і житнього борошна.

У борошні α і β-амілази знаходяться у зв’язаному з білками стані й під час протеолізу відщеплюються. Ферментативний гідроліз крохмалю під дією α- і β-амілаз відбувається внаслідок розриву глюкозидних зв’язків амілози та амілопектину і приєднання по місцю їх розриву молекули води. Як α-амілаза, так і β-амілаза каталізують лише розщеплення α-1,4-глюкозидних зв’язків і не можуть гідролізувати а-1,6-глюкозидних зв’язки. Проте вони відрізняються між собою за характером дії на амілозу і амілопектин та оптимальними параметрами активності. Для α-амілази характерне неупорядковане розщеплення амілози і амілопектину, тоді як для β-амілази – ступеневе. При дії α-амілази на амілозу її макромолекула спочатку розпадається на декстрини середнього розміру зі ступенем полімеризації 6-1 0 (α-декстрин), які в подальшому розщеплюються на низькомолекулярні декстрини і мальтозу. При дії α-амілази на амілозу може відбутися також відрив одного, двох або трьох глюкозних залишків. Таким чином, α-амілаза здатна повністю перетворити амілозу в мальтозу, мальтотріозу і невелику кількість глюкози. При дії α-амілази на амілопектин крохмалю утворюється мальтоза і низькомолекулярні декстрини з 5-8 глюкозидними зв’язками, які в подальшому α- амілазою не розщеплюються до мальтози. Це обумовлено тим, що фермент не діє на α-1,6-глюкозидні зв’язки у місцях розгалуження макромолекул амілопектину. Тому у результаті дії α-амілази на амілозу і амілопектин утворюються низькомолекулярні декстрини, мальтоза, невелика кількість мальтотріози і глюкози. β-амілаза послідовно відщеплює від амілози і амілопектину ланки мальтози. Лінійна макромолекула амілози β-амілазою повністю гідролізується до мальтози. Але якщо у ланцюгу, що атакується β-амілазою, число глюкозних залишків непарне, останні три одиниці залишаються нерозщепленими у вигляді мальтотріози. В амілопектині β-амілаза розщеплює лише верхівки розгалужених ланцюгів. Дія ферменту припиняється на відстані одного елементарного глюкозного залишку до розгалуження. В результаті гідролізу залишається високомолекулярний декстрин. β-амілаза розщеплює амілопектин з утворенням мальтози лише на 54 %. Утворені високомолекулярні декстрини піддаються подальшому гідролізу α-амілазою і розпадаються на низькомолекулярні декстрини, на які знову починає діяти β-амілаза. Навіть при сумісній дії α і β-амілаз при гідролізі амілопектину залишаються декстрини з 5-8 глюкозними залишками, в яких зосереджені α-1,6 глюкозидні зв’язки. При одночасній дії обох амілаз крохмаль гідролізується на 95 %. Оптимальні умови дії у α і β-амілаз різні, β-амілаза найактивніша при рН середовища 4,5…4,8 і температурі 49…54 °С. При температурі 70 °С вона інактивується. Для α-амілази оптимальним рН середовища є 5,6…6,3, а температура 58…65 °С. Інактивується α-амілаза при температурі випікання 80…85 °С. Порівняно з β-амілазою α-амілаза більш термостабільна, але чутлива до зниження рН середовища. При рН 3,3…4,0 α-амілаза інактивується. При зниженні рН знижується температурний оптимум і температура інактивації амілаз. Залежно від кислотності середовища температура інактивації коливається для β-амілази в межах 60…84, α- амілази – 70…95 °С.

Нативний крохмаль борошна гідролізується ферментами повільно. Найлегше гідролізуються амілазами ушкоджені зерна крохмалю і клейстеризований крохмаль. Швидкість ферментативного гідролізу крохмалю амілазами можна характеризувати загальною кількістю редукуючих вуглеводів (у перерахунку на мальтозу), що накопичились у продукті за час гідролізу. Амілази відіграють значну роль у технології приготування хліба. У процесі переробки пшеничного борошна з непророслого зерна β-амілаза забезпечує в тісті накопичення мальтози, необхідної для життєдіяльності мікрофлори тіста, а також реакції меланоїдіноутворення підчас випікання хліба. При переробці борошна з пророслого зерна наявність α-амілази, оптимальна активність якої лежить у межах 58…65 °С, може привести під час випікання до накопичення у м’якушці хліба низькомолекулярних декстринів, що обумовлюють її липкість. Оптимальні умови дії цих ферментів лежать в основі заходів і методів регулювання технологічного процесу при переробці борошна з пророслого, враженого клопом-черепашкою або з іншими дефектами зерна. β-фруктофуранозидаза (сахараза, інвертаза) каталізує гідроліз сахарози на глюкозу і фруктозу. Цей фермент каталізує також розщеплення рафінози на фруктозу і дисахарид мелібіозу. α-глюкозидаза (мальтаза) каталізує гідроліз мальтози на дві молекули глюкози. Целюлази і геміцелюлази каталізують відповідно гідроліз целюлози та геміцелюлози. Протеолітичні ферменти. Під дією протеолітичних ферментів протеаз (протеїназ і пептидаз) відбувається гідролітичне розщеплення білків. Воно характеризується розривом пептидного зв’язку. Ферментативне розщеплення білків можна зобразити такою схемою: Білки → Альбумози → Пептони, Поліпептиди → Пептиди і амінокислоти Із зерна пшениці виділені кислі протеїнази з оптимумом дії рН 3,7-4,0; нейтральні протеінази з оптимумом дії рН 6,5…7,0; лужні протеінази з оптимумом дії рН > 8,0. Кислі протеінази – це ферменти типу папаїну. Вони активуються сульфгідрильними сполуками – відновленим глютатіоном, цистеїном. Інгібіторами їх є окисники. Нейтральні протеінази до цієї групи не відносяться. Їх інгібіторами є хлорид натрію, фенольні сполуки, ароматичні амінокислоти. Кухонна сіль у кількості, що міститься в рецептурі хлібних виробів, здатна знизити активність нейтральних протеїназ на 60…70%. Нейтральні протеінази мають вищу активність, ніж кислі. Вважається, що оптимальними умовами для дії комплексу протеїназ пшеничного борошна є: рН – 4,0…5,5 і температура 45…47 °С. Очевидно, що в умовах тіста певну роль відіграють як кислі, так і нейтральні протеінази. У пшеничному тісті протеінази борошна проявляють слабку дію і обумовлюють тільки частковий протеоліз білків без значного накопичення водорозчинних речовин. Ефективність їх дії значно залежить від податливості білків. Початковим ефектом дії протеіназ є дезагрегація білку, порушення його четвертинної та третинної структури. Значно більшу активність мають протеінази борошна із пророслого зерна. Дуже висока активність у протеіназ борошна із зерна, ураженого клопом-черепашкою, слина якого містить сильні протеолітичні ферменти. При приготуванні тіста з такого борошна воно сильно розріджується. Зменшенню активності протеолітичних ферментів сприяє зниження температури тіста, більш низьке значення рН субстрату, внесення окисників, які роблять білки менш податливими до протеолізу, внесення солі в опару. Оскільки оптимальна температура дії протеїназ 45…47 °С, у перший період випічки спостерігається найбільш сильне розщеплення білків, в тісті, що випікається, накопичуються пептони, поліпептози, амінокислоти. Довгий час вважалося, що протеінази розщеплюють білки, а утворені при цьому поліпептиди розщеплюються пептидазами до амінокислот. Пізніше виявилося, що протеінази здатні розщеплювати поліпептидні зв’язки не лише в білках, а також у різних поліпептидах. Ліпази каталізують розщеплення жирів з приєднанням води і утворенням жирних кислот. Ферменти можуть гідролізувати жир з відщепленням однієї, двох або трьох молекул жирної кислоти. Рослинні ліпази відщеплюють спочатку один, потім другий і далі третій кислотні залишки. У борошні ліпаза проявляє свою дію під час його зберігання. Активність ліпази вища у борошні більш високого виходу порівняно з и активністю у борошні низьких виходів. Ліпаза зернових належить до розчинних ферментів. Оптимум її дії при рН 8. Вільні жирні кислоти, що утворюються в результаті дії ліпази, підвищують кислотність борошна. При подальших перетвореннях можуть обумовлювати погіршення якості борошна. Ліпоксигеназа – окисно-відновний фермент борошна, міститься як у зернах жита, так і в зернах пшениці. Ліпоксігеназа каталізує окиснення Оксигеном повітря ненасичених жирних кислот. Фермент діє специфічно і приєднує молекулу О2 до подвійних зв’язків у ненасичених жирних кислот, що мають два подвійних зв’язки, розділені однією СН 2- групою. Таким умовам відповідають лише три природні кислоти – лінолева, ліноленова і арахідонова. При цьому утворюються гідропероксиди. Гідропероксиди є дуже сильними окислювачами і справляють окислювальну дію на білково- протеїназний комплекс борошна, покращують його якість. Оптимальними для дії ліпоксигенази є температура 30-40 °С і рН середовища 5…5,5. Поліфенолоксидаза (тирозиназа). Тирозиназа каталізує окиснення амінокислоти тирозину. В результаті цієї реакції утворюються темнозабарвлені речовини – меланіни, які обумовлюють потемніння м’якушки хліба із сортового борошна. Цей фермент міститься здебільшого в борошні високих виходів. Температурний оптимум дії ферменту 40…50 ºС, рН 7…7,5. При рН 5,5 тирозиназа втрачає активність. Цей фактор використовують при переробленні борошна, що містить вільний тирозин, для запобігання окиснення його тирозиназою, підвищуючи кислотність тіста. У пшеничному борошні міститься аскорбатоксидаза – фермент, що каталізує окиснення аскорбінової кислоти, яка має відновлювальні функції в дегідроаскорбінову кислоту, яка є окислювальним агентом.