CC BY
57
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 1997
664.653.12.001.5
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕСТА
А.В. ЗУБЧЕНКО
Воронежская государственная технологическая академия
При замесе теста в результате механических воздействий набухшие белковые вещества вытягиваются из частиц муки в виде пленок и жгутиков, которые в свою очередь соединяются (вследствие слипания, а также образования химических ковалентных и других связей-мостиков) с пленками и жгутиками набухшего белка смежных частиц муки [1].
В литературе отмечается [2], что при продолжительном механическом воздействии агрегаты белка вытягиваются, образуют тонкие пленки и нити, происходит разрыв водородных, гидрофобных связей и солевых мостиков, а также деполимеризация больших агрегатов клейковины за счет разрыва дисульфидных связей между пептидными цепочками.
Отсюда следует, что образование структурного каркаса при замесе теста происходит в результате дезагрегации белковых макромолекул, разрыва в них всех химических связей. С этим нельзя согласиться, поскольку при перемешивании муки с водой и образовании теста возможны разрывы клейковинных нитей, но это не может быть главным в формировании трехмерной губчато-сетчатой непрерывной структуры. Видимо, необходимо по-другому оценить механические воздействия на набухшие белки муки при замесе теста и рассматривать перемешивание не как фактор разрушения белковых макромолекул, а как способ их подготовки к агрегированию, коагуляции.
В данной работе впервые делается попытка объяснить механизм образования теста на основе теории ДЛФО [3].
Белки и аминокислоты, содержащие карбоксильные группы, являются амфотерными электролитами. В зависимости от реакции среды жидкой фазы белок будет диссоциировать либо как кислота (в щелочной среде), либо как щелочь (в кислой среде). В изоэлектрической точке, которая для пшеничного белка глиадина соответствует pH 7,1 [4], количество положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка будет одинаково.
Атомные группировки белковой молекулы резко различаются по характеру взаимодействия с молекулами воды в растворе: полярные группы образуют водородные связи с водой, заряженные группы вызывают сильное электрострикционное сжатие воды в гидратной оболочке; гидрофобные группы влияют на молекулы воды по-другому. Поэтому гидратная оболочка белковой глобулы гетерогенна, она способствует агрегативной устойчивости белков в растворе.
Замес хлебного и бисквитного теста ведется в кислой среде (pH 5—6), поэтому набухшие молекулы белка представляют собой положительно заряженные частицы дисперсной фазы с определенным потенциалом <р0. Соответственно в гидратной оболочке, покрывающей молекулу, возникает двойной электрический слой толщиной 1 / X, где X — величина, обратная толщине ДЭС. От величины его потенциала (рь зависят электростатические силы отталкивания. Поэтому в водном растворе при столкновении происходит отталкивание набухших макромолекул белка.
Близко к гидрофильной поверхности белковых мицелл образуются граничные слои воды толщиной 7-10 нм. Они отличаются особой структурой и свойствами. Их разрушение при сближении белковых молекул приводит к структурному отталкиванию.
Таким образом, кроме дисперсионных сил притяжения, которые действуют между всякими молекулами, в пленках воды, покрывающих белковые молекулы, возникают электростатические и структурные силы отталкивания. Они проявляют свое влияние в большей или меньшей степени в зависимости от расстояния /г, величины заряда поверхностей пленки <р6, полярности жидкости и адсорбции растворенных в ней веществ.
В теории ДЛФО [5] влияние поверхностных сил в жидких пленках на гидрофильных поверхностях принято выражать изотермой расклинивающего давления Я(/г), которая образуется при одновременном действии молекулярных Пм, электростатических Пэл и структурных Пз сил (рисунок).
ИЗВЕС
Как
ПpeoбJ
зависі
уравні
где На і болыи элект] вырал
где
Вел
нием
где і Чтс ковых расстс
ДЄЙСТ1 произ кул, Е НОМ Т' ЛОЧНЬІ
ся в г [1]. 0|
но свз вероя] такой белко: точно: ских скорої Пе{ сбли» молек ера п| При і (А < , друга, давлеї значеі вольні умень| границ белкої Уве
ВИЯ сг ВЫХ МІ
кой ф; отталк ние п нием <
-3,1997
2.001.5
іется в іолеку-
0 заря-енньш зй обо-зойной - вели-ны его е силы зе при 5ухших
лковых
толщи-
ктурой
[ЖЄНИИ
! опалил прими МО-яковые [ струк-от свое в зави-
1 повер-I адсор-
зых сил шостих ающего дновре-строста-нок).
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 1997
Как видно из рисунка, при Ь -» 0 и Ь -* <*> преобладают силы молекулярного притяжения. В зависимости от расстояния /г Пм изменяется по уравнению
где А — константа Гаммакера.
На промежуточных расстояниях, при достаточно больших значениях <ро и 1 /X, преобладают силы электростатического отталкивания. Их величина выражается уравнением
Пэл = Ве~кк, (3)
где В — постоянная, зависящая от величин
Ч>« Рб'и X.
Величина структурных сил выражается уравнением
Ш = Ке~к/‘, (4)
где К я I — константы.
Чтобы произошло агрегирование набухших белковых макромолекул, они должны сблизиться на расстояние к0, при котором между молекулами действуют большие силы притяжения. Это может произойти или при броуновском движении молекул, или под действием внешних сил. В пшеничном тесте для различных сортов хлеба и хлебобулочных изделий количество воды может колебаться в пределах от 35-40 до 72-75% к массе муки [1]. Основная ее масса осмотически и адсорбцион-но связана с коллоидами муки и лишь 15-18%, вероятно, остается в свободном состоянии [2]. В такой системе броуновское движение набухших белковых молекул ограничено и не обладает достаточной энергией для преодоления электростатических и структурных сил отталкивания. Поэтому скорость коагуляции практически равна нулю.
Перемешивание массы теста приводит к частым сближению и разъединению набухших белковых молекул, преодолению ими энергетического барьера при сближении до расстояния Н2 (рисунок). При дальнейшем утончении гидратных оболочек (к < к2) за счет трения белковых мицелл друг о друга, стенки и лопасти машины расклинивающее давление резко уменьшается до отрицательных значений. При йП/йк = 0 происходит самопроизвольный разрыв толстых /^-пленок, скачкообразное уменьшение их толщины до /г,, соответствующей граничному слою водных пленок на поверхности белковых молекул.
Увеличение времени механического воздействия способствует дальнейшему сближению белковых молекул и перекрытию граничных слоев жидкой фазы, при этом возникают силы структурного отталкивания. Дальнейшее разрушение и утончение гидратных оболочек сопровождается ослаблением структурных сил.
47
Совместное действие электростатических, структурных и молекулярных сил приводит к смене знака суммарного расклинивающего давления и пересечению изотермой П(к) оси толщин при к = й0. При утончении гидратных оболочек на поверхности белковых молекул до толщины А0 (а-пленки) все поверхностные силы в пленках воды способствуют притяжению частиц дисперсной фазы и их агрегированию.
Следовательно, чем продолжительнее и интенсивнее замес, тем быстрее достигается тот критический рубеж дегидратации белковых молекул, за которым наступает процесс коагуляции, так как механическое воздействие становится достаточным для преодоления ими энергетического барьера и сил структурного отталкивания.
Необходимо допустить, что ионизирующие группы белковой глобулы в кислой среде содействуют ее раскрытию, способствуя образованию множества новых коагуляционных контактов между отдельными участниками разветвленной белковой молекулы. Только с этого момента из разрозненных белковых мицелл начинается образование длинных нитей и пленок, а затем формирование трехмерного структурного каркаса.
Основная роль в образовании белкового каркаса принадлежит гидрофобным взаимодействиям между неполярными группами белковых молекул. Значительное влияние на упрочнение структурного каркаса теста оказывают окислительно-восстано-вительные реакции. Перемешивание теста в атмосфере воздуха вызывает окисление сульфгидриль-ных групп кислородом с образованием дисульфид-ных связей. Между отдельными полипептидными цепочками белковых молекул возможно возникновение поперечных дисульфидных связей. Большая роль в упрочнении структурного белкового каркаса принадлежит водородным связям.
ВЫВОД
Использование изотерм расклинивающего давления, включающих три составляющих (Пм, Пэл, Я5), позволяет объяснить механизм образования структурного белкового каркаса при замесе теста и наметить пути управления этим процессом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. — 414 с.
2. Козьмина Н.П. Биохимия хлебопечения. — М.: Пищевая пром-сть, 1971. — 437 с.
3. Зубченко А.В. Дисперсные системы кондитерского производства. — Воронеж, 1993. — 160 с.
4. Кретович В.Л. Биохимия растений. — М.: Высшая школа, 1986. — 502 с.
5. Дерягин В.Б., Чураев Н.В., Мулл ер В.М. Поверхностные силы. — М.: Наука, 1985. — 398 с.
Кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств
Поступила 16.02.95
