Пищевые добавки окислительного действия

Улучшители хлеба окислительного действия. Их виды и применение

К улучшителям качества хлеба окислительного действия относятся:

— кислород,

— пероксид водорода,

— бромат калия,

— йодат калия,

— персульфат аммония;

— аскорбиновая кислота (окислительным действием обладает ее дегидроформа),

— диоксид хлора,

— пероксид ацетона,

— азодикарбонамид,

— пероксид карбамида,

— пероксид кальция и др.

В этот перечень мы не включили оксиды азота, хлор, хлористый нитрозил, пероксид бензоила, применяемые только на мельницах при отбеливании муки. В этот же перечень можно было бы включить и соевую необезжиренную и термически необработанную муку, содержащую активную липоксигеназу, и препараты-улучшители, имеющие ее в основе. Ввиду того, что в этих продуктах действующим окислительным компонентом является фермент липоксигеназы, т.к. это уже ферментный препарат.

Из этого перечня улучшителей окислительного действия наиболее широкое практическое применение и хлебопечении нашей страны находит аскорбиновая кислота.

Следует отметить, что органы государственного санитарно-гигиенического надзора и соответствующие пищевые законодательства разных стран по-разному относятся к вопросу о допустимости применения перечисленных выше химических улучшителей окислительного действия. Во многих странах (в США и др.) большинство перечисленных выше соединений разрешено к применению в соответствующих дозировках в мукомольной и хлебопекарной промышленности. В других странах разрешено применение только отдельных указанных улучшителей, например аскорбиновой кислоты. В ряде стран запрещены любые химические методы обработки муки и любые химические соединения в качестве добавок при производстве хлеба.

Улучшители хлеба окислительного действия. Кислород.

Кислород воздуха независимо от нашего желания участвует в качестве окислителя в процессах созревания муки, в процессе замеса, образования и созревания теста. В ряде случаев, однако, предусматриваются мероприятия, которые могут увеличить окислительную роль кислорода воздуха в этих процессах. Так, внутризаводское пневматическое перемещение муки на мельницах и хлебозаводах способствует ускорению созревания свежесмолотой муки и в некоторой степени ее посветлению. При этом применение подогретого воздуха повышает этот эффект.

Кислород воздуха, механически вовлекаемого в виде микропузырьков в массу теста при замесе, также участвует в происходящих в нем окислительных процессах. Чем длительнее и интенсивнее механическая обработка теста при его замесе, тем больше в нем пузырьков воздуха и тем они мельче. Поэтому соответственно больше и окислительный эффект воздуха, захваченного тестом. В многочисленных исследовательских работах было показано, что окислительное воздействие, улучшающее реологические свойства теста, может быть значительно усилено, если замес теста производить в атмосфере кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Проведение замеса пшеничного теста в атмосфере воздуха, искусственно обогащенного кислородом, предлагалось рядом авторов и для практического применения в хлебопекарной промышленности.

Пероксид водорода.

Пероксид водорода (Н2Оа) — активный окислитель. Возможность его использования для улучшения качества пшеничного хлеба исследовалась в ряде работ.

Предлагался даже способ приготовления пшеничного теста с использованием пероксида водорода в качестве не только улучшителя реологических свойств теста, но и единственного разрыхляющего тесто кислородом агента. Однако практического производственного применения пероксид водорода в хлебопечении не нашел.

Бромат калия и йодат калия.

Бромат калия КВгО3 (калий бромноватокислый) образует при восстановлении КВг.

Йодат калия — КJO3 (калий йодноватокислый) при восстановлении образует соответственно КJ.

Следует отметить, что в ряде стран практиковалось еще с 1930-х годов добавление бромата калия в муку на мельницах. При этом улучшители хлеба окислительного действия в сухом порошкообразном состоянии соответствующим микродозатором вносятся в поток готовой муки и равномерно в ней распределяется. Однако в большинстве случаев и бромат и йодат калия вносятся в тесто при его приготовлении в виде водного раствора.

Дозировки этих улучшителей связаны с сортом (выходом) пшеничной муки, ее хлебопекарными свойствами (в первую очередь с силой муки) и интенсивностью механических воздействий на тесто. Чем выше выход муки, чем она слабее и чем интенсивнее механическая обработка теста, тем выше оптимальная их дозировка.

При порционном приготовлении пшеничного теста обычным опарным или безопарпым способом бромат калия добавляется, как правило, в количестве от 0,001 до 0,004%, а йодат калия в количестве от 0,0004 до 0,0008% к массе муки в тесте. Несмотря на столь незначительные размеры добавок этих улучшителей, они при оптимальной дозировке дают резкое увеличение объема хлеба (на 10-40%), повышение пористости и улучшение структуры и структурно-механических свойств мякиша.

Мякиш становится более светлым, а корка более румяной. Расплываемость подовых изделий значительно снижается. Следует подчеркнуть, что дозировки бромата или йодата калия выше оптимальных для данной партии муки, способа и режима приготовления теста не только не улучшают, по заметно ухудшают качество хлеба. Хлеб получается резко пониженного объема с плотным, плохо разрыхленным мякишем, с характерной бугристостью корки и трещинами и подрывами на ней. Цвет такой корки вследствие торможения протеолиза заметно бледнее обычного. Снижение объема хлеба является, очевидно, следствием чрезмерного для данного теста окислительного воздействия, при котором избыточное упрочнение структуры клейковинного каркаса теста вызывает резкое снижение способности клейковипных пленок растягиваться при увеличении объема газовых пузырьков теста. В результате этого снижается газоудерживающая способность теста и степень разрыхления его при расстойке и в начальном периоде выпечки.

В настоящее время применение в качестве улучшителя бромата калия во многих странах, в том числе и в нашей стране, органами здравоохранения запрещено.

Еще в 1939 г. было убедительно показано, что при усиленной механической обработке теста резко повышается оптимальная величина добавок бромата калия, особенно если замес теста производился в атмосфере не воздуха, а инертного газа (азота).

Еще больше относительно повышается оптимальная дозировка бромата и йодата калия и других улучшителей окислительного действия при применении современных непрерывно-лоточных методов приготовления теста с усиленным механическим воздействием на тесто в процессе его замеса и образования и пуске теста на разделку сразу же или через короткое время после замеса. В этом случае окислители играют роль не только улучшителя структурно-механических свойств теста, но и ускорителя процесса его созревания. При этих способах приготовления теста оптимальная дозировка бромата и йодата калия примерно в 4 -5 раз больше указанных выше дозировок для обычных способов приготовления теста.

Применяя бромат калия при обычных способах приготовления теста, следует иметь в виду, что его добавки, улучшающие реологические свойства теста, вызывают необходимость довольно существенного (на 10-40%) удлинения процесса окончательной расстойки. Без этого не будет достигнут максимальный эффект улучшения качества хлеба.

Можно еще отметить, что улучшающий качество хлеба эффект добавки бромата калия выше у сортов хлеба, в рецептуру которых входит жир и сахар. Максимальный эффект достигается, когда добавка бромата калия совмещается с внесением жира в тесто в виде эмульсии, приготовленной с применением фосфатидного концентрата или другого неионогенного поверхностно-активного вещества.

Бромат калия является относительно медленно действующим окислителем (что связывают с тем, что его окислительное действие ускоряется по мере повышения кислотности теста), а йодат калия — относительно быстро действующим окислителем. В связи с этим в США в качестве улучшителя окислительного действия часто применяют смесь бромата и йодата калия в соотношении 4 :1.

Персульфат аммония.

Применение добавок персульфатов в качестве улучшителей, вносимых в муку или тесто, было запатентовано еще в 1911 г. В 1920-30-е годы в хлебопечении европейских стран находил известное применение в качестве улучшителя персульфат аммония — (NH4)S2O8. Этот улучшитель добавлялся в тесто обычно в количестве от 0,01 до 0,02% к массе муки. В отличие от бромата и йодата калия персульфат аммония сочетает в себе окислительное действие, улучшающее реологические свойства теста, со способностью несколько стимулировать газообразование в тесте. Последнее связано с тем, что это соединение, как аммонийная соль, является дополнительным источником азотистого питания для дрожжевых клеток, повышающим их бродильную активность в тесте.

Добавки персульфата аммония также вызывают увеличение объема хлеба и разрыхлеиности его мякиша и снижение расплываемости подовых изделий.

Улучшители хлеба окислительного действия. Аскорбиновая кислота.

Аскорбиновая кислота (витамин С) является добавкой в хлеб или другие пищевые продукты, безукоризненной с точки зрения физиологии и гигиены питания. Поэтому ее применение в хлебопечении разрешено соответствующими органами медицинского надзора и пищевым законодательством и в странах, в которых запрещено применение для этой цели любых других химических улучшителей.

Аскорбиновая кислота, как известно, является восстановителем. Датский исследователь Йоргенсен был первым, кто установил, что аскорбиновая кислота, добавляемая в пшеничное тесто, вызывает улучшающий качество хлеба эффект, аналогичный тому, который дает добавка в тесто бромата калия, являющегося окислителем.

Установлению механизма действия L-аскорбиновой кислоты как улучшителя качества хлеба было посвящено значительное количество исследований и обзорных работ. На основе этих исследований механизм улучшающего действия добавок в тесто L-аскорбиповой кислоты можно представить себе следующим образом.

В муке имеется окислительно-восстановительная ферментная система, включающая оксидазу аскорбиновой кислоты (по современной терминологии аскорбинатоксидазу) и редуктазу дегидроаскорбиновой кислоты (дегидроаскорбинатредуктазу).

Аскорбиновая кислота, добавленная в тесто, подвергается сопряженному действию упомянутых выше ферментов. На первой стадии аскорбинатоксидаза катализирует окисление аскорбиновой кислоты с превращением ее в дегидро-L-аскорбиновую кислоту. Этот процесс идет по следующей схеме;

Образовавшаяся дегидро- L-аскорбиновая кислота и является тем окислителем, с которым связано улучшающее действие внесенной в тссто аскорбиновой кислоты. На второй стадии фермент дегидроаскорбинатредуктаза в присутствии —SН-содержащих компонентов белково-протеиназного комплекса муки в тесте (обозначим их как R—SН) катализирует восстановление дегидро-L-аскорбиновой кислоты в аскорбиновую кислоту. При этом 2R—SН превращаются в R—S—S—R, в результате чего и происходит окислительная инактивация самой протеиназы и ее активаторов (например, глютатиона), а также упрочнение структуры белка вследствие ≪сшивания≫ дисульфидными связями-мостиками. При этом улучшаются структурно-механические свойства теста, его газо- и формоудерживающая способность, в результате чего увеличивается объем хлеба и уменьшается расплываемостъ подовых его сортов.

Аскорбиновая кислота либо вносится в сухом виде в муку на мельницах, либо добавляется при приготовлении теста на хлебозаводах. Оптимальные дозировки аскорбиновой кислоты, так же как и бромата калия, зависят от сорта (выхода) пшеничной муки, ее силы, способа приготовления теста и интенсивности механической обработки теста, особенно на стадии его замеса и образования.

При обычных способах порционного приготовления теста оптимальные

дозировки аскорбиновой кислоты находятся в пределах от 0,001—0,003% для муки высшего и I сорта и до 0,003—0,005% для муки II сорта.

При непрерывно-поточном приготовлении теста с интенсивной механической его обработкой при замесе и образовании оптимум дозировки аскорбиновой кислоты резко увеличивается. Это особенно необходимо, если тесто сразу же после замеса поступает па разделку.

Следует отметить, что одновременное внесение в тесто аскорбиновой кислоты и бромата калия усиливает улучшающий эффект аскорбиновой кислоты. Эффект этот больше, чем суммарный эффект от раздельного добавления тех же количеств этих улучшителей. Причиной этого является, очевидно, то, что внесение в тесто также и бромата ускоряет и делает более полным окисление аскорбиновой кислоты в ее дегидроформу, происходящее в этих условиях не только ферментативным, но и прямым химическим путем.

Замес теста без доступа воздуха или в атмосфере инертного газа снижает, а замес в атмосфере кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, повышает улучшающий эффект добавки в тесто того же количества аскорбиновой кислоты.

Аскорбиновая кислота как улучшитель теста и хлеба выгодно отличается от других окислителей практическим отсутствием отрицательного влияния на качество хлеба добавок, превышающих величину оптимальной дозировки.

Пероксид ацетона.

Пероксид ацетона получается действием пероксида водорода на ацетон. При соответствующем проведении этой реакции конечный ее продукт содержит более 90% ациклического мономера пероксида ацетона, известное количество димера и следы тримера ацетона.

Применение пероксида ацетона в качестве добавки в муку разрешено пищевым законодательством США в 1961-1962 гг.

Механизм и эффективность улучшающего качество хлеба действия пероксида ацетона изучались в ряде работ. Установлено, что он является активным окислителем. Добавки пероксида ацетона, обычно лежащие в пределах 0,002-0,004% к массе муки, вызывают и отбеливание муки (в результате действия на красящие пигменты муки) и ускорение ее созревания после помола, улучшение структурно-механических свойств теста и ускорение процесса его созревания (в результате окислительного воздействия на R—SН-компоненты белково-протеиназного комплекса муки).

Воздействие пероксида ацетона на R—SН представляется происходящим по схеме:

От добавки пероксида ацетона увеличивается объем хлеба, улучшается разрыхленность и структура мякиша хлеба, становящегося более светлым, и повышается формоустойчивость подовых изделий.

Азодикарбонамид.

Применение азодикарбонамида также было разрешено в США в 1961-1962 гг. Азодикарбонамид имеет приводимую ниже формулу:

Он тоже является активным окислителем, образующим при восстановлении гидразодикарбонамид (бимочевину):

Добавки к муке азодикарбонамида в отличие от перекиси ацетона практически не влияет на цвет муки, и его основное действие состоит в ускорении процесса созревания муки, улучшении структурно-механических свойств теста и ускорении его созревания, т. е. в действии на R—SН -компоиенты белково-протеиназного комплекса муки и теста и улучшении соответствующих показателей качества хлеба (объема, разрыхленности и структуры мякиша и формы подовых изделий).

Есть работы, показывающие эффективность, особенно в условиях непрерывно-поточного приготовления теста, совместного применения азодикарбонамида и бромата калия в соотношении 1: 2. Такое сочетание особенно целесообразно при применении современных непрерывно-поточных интенсивно механически воздействующих тестоприготовительных установок. Для этих условий целесообразно совместное добавление 0,002-0,003% АДА и соответственно 0,004-0,006% к массе муки бромата калия.

Другие улучшители хлеба окислительного действия

В качестве возможных улучшителей качества хлеба изучались или применялись и другие соединения окислительного действия. Из их числа можно упомянуть пероксид кальция СаО2 и пероксид карбамида.

Окислительное воздействие па компоненты муки лежит и в основе применения ряда веществ и соединений (оксиды азота, пероксид бензоила и др.) только для отбеливания муки на мельницах. Отбеливающее действие этих реагентов сводится к окислению и обесцвечиванию пигментов муки. Однако ряд отбеливающих муку реагентов окисляюще действует и на R—SН -компоненты белково-протеиназного комплекса муки и поэтому вызывает ускорение ее созревания и соответствующее улучшение структурно-механических свойств теста и показателей качества хлеба.

Применение окислительных улучшителей в мукомольной и хлебопекарной промышленности, Реагенты окислительного действия, применяемые для отбеливания, ускорения созревания и повышения силы пшеничной муки и для улучшения качества хлеба, с точки зрения их отбеливающего и усиливающего (повышающего силу муки и улучшающего реологические свойства теста) действия можно разделить с известной условностью на 3 группы:

1) реагенты преимущественно отбеливающего действия-, оксиды азота, пероксид бензоила;

2) реагенты преимущественно усиливающего действия: йодат калия, персульфаты, аскорбиновая кислота, азодикарбоиамид, окисленные модифицированные крахмалы;

3) реагенты, сочетающие отбеливающее и усиливающее действия: кислород, пероксид хлора, пероксид ацетона.

В практике мукомольной и хлебопекарной промышленности отдельных стран улучшители хлеба окислительного действия применяются на мельницах не только с целью отбеливания муки. Практикуется внесение в муку на мельницах и улучшителей преимущественно  ≪усиливающего≫ действия (бромата калия, йодата калия, аскорбиновой кислоты, азодикарбонамида). Целесообразно ли это? При рассмотрении вопроса о дозировках отдельных улучшителей окислительного действия мы уже отмечали, что большинство их имеет четко выраженные оптимальные количества их добавки, превышение которых может вместо улучшения качества хлеба вызывать его ухудшение. Этот оптимум зависит не только от выхода (сорта) муки, ее силы (в том числе и от содержания белка), но и от способов, параметров и условий процесса приготовления теста. Было уже отмечено, что при непрерывно-поточных методах приготовления теста с интенсивным механическим воздействием па него в процессе его замеса и образования и особенно при исключении периода брожения теста до разделки дозировка окислительных улучшителей может и должна быть в несколько раз увеличена по сравнению с оптимальными для обычных способов приготовления теста. Поэтому современные аппаратурно-технологические схемы приготовления пшеничного теста предусматривают внесение при этом оптимальных доз окислителей и применение необходимого для этой цели оборудования.