PROCESSI CHE SI VERIFICANO NEL PANE DURANTE LA SUA COTTURA
Prof. A. Ya. Auermann. 1942 anno
1.1 Riscaldare la pasta-pane
I prodotti del pane vengono cotti nella camera di cottura di un forno a una temperatura del vapore d'aria di 200-280 ° C. Per cuocere 1 kg di pane sono necessari circa 293-544 kJ. Questo calore viene speso principalmente per l'evaporazione dell'umidità dal pezzo di pasta e per riscaldarlo a una temperatura di 96-97 ° C al centro, alla quale l'impasto si trasforma in pane. Una grande percentuale di calore (80-85%) viene trasferita all'impasto-pane per irraggiamento dalle pareti calde e dagli archi della camera di cottura. Il resto del calore viene ceduto per conduzione dal focolare caldo e per convezione dalle correnti in movimento della miscela vapore-aria nella camera di cottura.
I pezzi di pasta vengono riscaldati gradualmente, a partire dalla superficie, quindi, i processi tipici della cottura non avvengono simultaneamente in tutta la massa di pane, ma strato per strato, prima negli strati esterni, poi negli strati interni. La velocità di riscaldamento dell'impasto-pane in generale e, di conseguenza, la durata della cottura dipendono da una serie di fattori. All'aumentare della temperatura nella camera di cottura, i pezzi vengono riscaldati più velocemente e il tempo di cottura si riduce. L'impasto con elevato contenuto di umidità e porosità si riscalda più velocemente di un impasto forte e denso.
Pezzi di pasta di spessore e peso significativi, a parità di condizioni, si riscaldano più a lungo. Il pane viene cotto più lentamente del pane del focolare. La perfetta aderenza dei pezzi di pasta sul fondo del forno rallenta la cottura dei prodotti.
1.2 Formazione di una crosta di pane duro
Questo processo si verifica a seguito della disidratazione degli strati esterni del pezzo di pasta. È importante notare che la crosta dura arresta la crescita dell'impasto e del volume del pane, e quindi la crosta non deve formarsi immediatamente, ma 6-8 minuti dopo l'inizio della cottura, quando è già stato raggiunto il volume massimo del pezzo .
A tale scopo viene fornito vapore alla prima zona della camera di cottura, la cui condensazione sulla superficie degli sbozzati ritarda la disidratazione dello strato superiore e la formazione di una crosta. Tuttavia, dopo alcuni minuti, lo strato superiore, riscaldandosi fino a una temperatura di 100 ° C, inizia a perdere rapidamente umidità e ad una temperatura di 110-112 ° C si trasforma in una crosta sottile, che poi si addensa gradualmente.
Quando la crosta è disidratata, parte dell'umidità (circa il 50%) evapora nell'ambiente e parte passa nella mollica, poiché quando vengono riscaldati vari materiali, l'umidità passa sempre dalle zone più riscaldate (crosta) a quelle meno riscaldate ( mollica). Il contenuto di umidità della mollica come risultato del trasferimento di umidità dalla crosta aumenta dell'1,5-2,5%. Alla fine della cottura, il contenuto di umidità della crosta è solo del 5-7%, il che significa che la crosta è praticamente disidratata.
La temperatura della crosta raggiunge i 160-180 ° C a fine cottura. Al di sopra di questa temperatura, la crosta non si riscalda, poiché il calore fornito viene speso per l'evaporazione dell'umidità, il surriscaldamento del vapore risultante e anche per la formazione di briciole.
Nello strato superficiale del pezzo e nella crosta avvengono i seguenti processi: gelatinizzazione e destrinizzazione dell'amido, denaturazione delle proteine, formazione di sostanze aromatiche e di colore scuro e rimozione dell'umidità. Nei primi minuti di cottura, a seguito della condensazione del vapore, l'amido sulla superficie del pezzo viene gelatinizzato, passando parzialmente in amido solubile e destrine. Una massa liquida di amido solubile e destrine riempie i pori situati sulla superficie del pezzo, leviga le piccole irregolarità e, dopo la disidratazione, dona alla crosta lucentezza e lucentezza.
La denaturazione delle sostanze proteiche sulla superficie del prodotto avviene ad una temperatura di 70-90 ° C. La coagulazione delle proteine insieme alla disidratazione contribuisce alla formazione di una crosta densa e anelastica. Fino a un certo momento, il colore della crosta di pane era associato alla quantità di zuccheri residui e non fermentati presenti nell'impasto al momento della cottura. Per un colore normale della crosta, l'impasto deve contenere almeno il 2-3% di zuccheri non fermentati prima della cottura. Maggiore è la capacità di formazione di zucchero e gas dell'impasto, più intenso è il colore della crosta di pane.
In precedenza, si riteneva che i prodotti che determinano il colore della crosta di pane fossero prodotti di color bruno di caramellizzazione o di idratazione primaria degli zuccheri residui dell'impasto non fermentati al momento della cottura. La caramellizzazione e la disidratazione degli zuccheri nella crosta sono state spiegate dalla sua alta temperatura. Alcuni ricercatori ritengono che i prodotti colorati della destrinizzazione termica dell'amido e le variazioni termiche nelle sostanze proteiche della crosta abbiano un ruolo nel colore della crosta.
Sulla base di una serie di studi, si può presumere che l'intensità del colore della crosta di pane sia principalmente dovuta alla formazione di prodotti di colore scuro dell'interazione redox di zuccheri di pasta riducenti non fermentati residui e prodotti di proteolisi proteica contenuti nel pasta, cioè melanoidine. Inoltre, il colore della crosta dipende dal tempo di cottura e dalla temperatura nella camera di cottura.
1.3 Movimento interno dell'umidità nel pane
Durante la cottura, il contenuto di umidità dell'interno del pane cambia. Un aumento del contenuto di umidità degli strati esterni del prodotto da forno nella fase iniziale di cottura con una forte umidificazione dell'ambiente gassoso della camera di cottura e la conseguente diminuzione del contenuto di umidità dello strato superficiale per riequilibrare l'umidità, che si verifica siccome questo strato si trasforma in una crosta, sono stati annotati sopra. In questo caso, non tutta l'umidità che evapora nel pane cotto nella zona di evaporazione passa sotto forma di vapore attraverso i pori della crosta nella camera di cottura.
La crosta è molto più compatta e molto meno porosa della mollica. La dimensione dei pori nella crosta, specialmente nel suo strato superficiale, è molte volte inferiore alla dimensione dei pori negli strati di briciole adiacenti. Di conseguenza, la crosta di pane è uno strato che offre una grande resistenza al vapore che la attraversa dalla zona di evaporazione alla camera di cottura. Parte del vapore generato nella zona di evaporazione, specialmente sopra la crosta inferiore del pane, può fuoriuscire da esso attraverso i pori e far passare le briciole dagli strati adiacenti alla zona di evaporazione dall'interno. Raggiungendo gli strati più vicini al centro e meno riscaldati, il vapore acqueo condensa aumentando il contenuto di umidità dello strato in cui si è verificata la condensa.
Questo strato di briciole, che è come una zona di condensazione interna dei vapori d'acqua nel pane cotto, corrisponde alla configurazione delle superfici isotermiche del pane. Per il movimento interno dell'umidità in un materiale umido, deve esserci una differenza nel potenziale di trasferimento. Nel pane cotto al forno, ci possono essere due ragioni principali per il trasferimento di umidità: a) la differenza nella concentrazione di umidità nelle diverse aree del prodotto eb) la differenza di temperatura nelle singole aree dell'impasto del pane.
La differenza nella concentrazione di umidità è un incentivo per il movimento dell'umidità nel materiale da aree con una maggiore concentrazione di umidità ad aree con una minore concentrazione di umidità. Questo movimento è convenzionalmente chiamato concentrazione (diffusione della concentrazione o conduttività dell'umidità di concentrazione).
Le differenze di temperatura nelle singole aree di materiale umido provocano anche lo spostamento dell'umidità dalle aree del materiale con una temperatura più elevata alle aree con una temperatura più bassa. Questo movimento di umidità è convenzionalmente chiamato termico.
Nel pane cotto, c'è contemporaneamente una grande differenza nel contenuto di umidità della crosta e della mollica e una differenza di temperatura significativa tra gli strati esterni e centrali del pane durante il primo periodo di cottura.Come hanno dimostrato i lavori dei ricercatori domestici, durante la cottura del pane, prevale l'effetto stimolante della differenza di temperatura negli strati esterno e interno, e quindi l'umidità nella mollica durante il processo di cottura si sposta dalla superficie al centro.
Gli esperimenti dimostrano che il contenuto di umidità della mollica di pane durante la cottura aumenta di circa il 2% rispetto al contenuto di umidità originale dell'impasto. L'umidità aumenta più rapidamente negli strati esterni della mollica durante il periodo iniziale del processo di cottura, il che è spiegato dal grande ruolo della conduttività termica e dell'umidità in questo periodo di cottura a causa del significativo gradiente di temperatura nella mollica.
Da una serie di lavorazioni ne consegue che durante la cottura il contenuto di umidità dello strato superficiale di un pezzo di pasta si abbassa rapidamente e raggiunge molto rapidamente il livello di umidità di equilibrio contenuto a causa della temperatura e umidità relativa della miscela vapore-aria. Gli strati più profondi e successivamente trasformandosi in uno strato di crosta raggiungono più lentamente lo stesso contenuto di umidità di equilibrio.
1.4 Sbriciolare
Durante la cottura all'interno dell'impasto, la microflora fermentativa viene soppressa, l'attività enzimatica cambia, si verificano gelatinizzazione dell'amido e denaturazione termica delle proteine, l'umidità e la temperatura degli strati interni dell'impasto-pane cambiano. L'attività vitale di lieviti e batteri nei primi minuti di cottura aumenta, a seguito della quale viene attivata la fermentazione di alcol e acido lattico. A 55-60 ° C, i lieviti e i batteri lattici non termofili muoiono.
Come risultato dell'attivazione di lieviti e batteri all'inizio della cottura, il contenuto di alcol, monossido di carbonio e acidi aumenta leggermente, il che ha un effetto positivo sul volume e sulla qualità del pane. L'attività degli enzimi in ogni strato del prodotto da forno dapprima aumenta e raggiunge il massimo, quindi scende a zero, poiché gli enzimi, essendo sostanze proteiche, si raggomitolano quando riscaldati e perdono le proprietà di catalizzatori. L'attività di a-amilasi può avere un effetto significativo sulla qualità del prodotto, poiché questo enzima è relativamente resistente al calore.
Nell'impasto di segale, che è altamente acido, l'a-amilasi viene distrutta a 70 ° C e nell'impasto di grano solo a temperature superiori a 80 ° C. Se l'impasto contiene molta a-amilasi, convertirà una parte significativa dell'amido in destrine, che degraderanno la qualità della mollica. Gli enzimi proteolitici negli impasti di pane vengono inattivati a 85 ° C.
Un cambiamento nello stato dell'amido, insieme a cambiamenti nelle sostanze proteiche, è il processo principale che trasforma l'impasto in pangrattato; accadono quasi contemporaneamente. I chicchi di amido gelatinizzano a temperature di 55-60 ° C e superiori. Si formano crepe nei chicchi di amido, in cui penetra l'umidità, motivo per cui aumentano in modo significativo. Durante la gelatinizzazione, l'amido assorbe sia l'umidità libera dell'impasto sia l'umidità rilasciata dalle proteine cagliate. La gelatinizzazione dell'amido si verifica quando c'è una mancanza di umidità (per la gelatinizzazione completa dell'amido, l'impasto deve contenere 2-3 volte più acqua), non è rimasta umidità libera, quindi la mollica del pane diventa secca e non appiccicosa al tatto .
Il contenuto di umidità della mollica di pane caldo (in generale) aumenta dell'1,5-2% rispetto al contenuto di umidità dell'impasto a causa dell'umidità trasferita dallo strato superiore del pezzo. A causa della mancanza di umidità, la gelatinizzazione dell'amido è lenta e termina solo quando lo strato centrale dell'impasto viene riscaldato ad una temperatura di 96-98 ° C. La temperatura del centro della mollica non supera questo valore, poiché la mollica contiene molta umidità e il calore fornito non verrà speso per riscaldare la massa, ma per la sua evaporazione.
Quando si cuoce il pane di segale, non si verifica solo la gelatinizzazione, ma anche l'idrolisi acida di una certa quantità di amido, che aumenta il contenuto di destrine e zuccheri nell'impasto del pane. Una moderata idrolisi dell'amido migliora la qualità del pane.
Il cambiamento di stato delle sostanze proteiche inizia a una temperatura di 50-70 ° C e termina a una temperatura di circa 90 ° C.Le sostanze proteiche subiscono denaturazione termica (coagulazione) durante la cottura. Allo stesso tempo diventano più densi e rilasciano l'umidità da loro assorbita durante la formazione dell'impasto. Le proteine cagliate fissano (fissano) la struttura porosa della mollica e la forma del prodotto. Nel prodotto si forma una struttura proteica, in cui sono intervallati grani di amido gonfio. Dopo la denaturazione termica delle proteine negli strati esterni del prodotto, l'aumento del volume del pezzo si arresta.
Si può presumere che il contenuto di umidità finale della superficie interna dello strato adiacente alla mollica sia approssimativamente uguale al contenuto di umidità iniziale dell'impasto (W0) più un aumento dovuto al movimento interno dell'umidità (W0 + DW), mentre la superficie esterna di questo strato adiacente alla crosta ha un contenuto di umidità pari all'umidità di equilibrio. In base a ciò, sul grafico di questo strato, viene preso il valore del contenuto di umidità finale, la media tra i valori (W0 + DW) e W0Р.
Il contenuto di umidità dei singoli strati della mollica aumenta anche durante il processo di cottura e l'aumento dell'umidità si verifica prima negli strati esterni della mollica, quindi cattura strati sempre più profondi. Come risultato del movimento termico dell'umidità (conduttività termica dell'umidità), il contenuto di umidità degli strati esterni della mollica, situati più vicino alla zona di evaporazione, inizia persino a diminuire leggermente rispetto al massimo raggiunto. Tuttavia, il contenuto di umidità finale di questi strati è ancora superiore al contenuto di umidità originale dell'impasto quando inizia la cottura. Il contenuto di umidità del centro della mollica cresce più lentamente e il suo contenuto di umidità finale può essere leggermente inferiore al contenuto di umidità finale degli strati adiacenti al centro della mollica.
1.5 Attività vitale della microflora di fermentazione dell'impasto durante il processo di cottura
L'attività vitale della microflora fermentante dell'impasto (cellule di lievito e batteri che formano acidi) cambia quando il pezzo di pane si riscalda durante il processo di cottura.
Quando l'impasto viene riscaldato a circa 35 ° C, le cellule di lievito accelerano al massimo il processo di fermentazione e formazione di gas che provocano. Fino a circa 40 ° C l'attività del lievito nell'impasto cotto è ancora molto intensa. Quando l'impasto viene riscaldato a temperature superiori a 45 ° C, la formazione di gas causata dal lievito viene drasticamente ridotta.
In precedenza si credeva che a una temperatura dell'impasto di circa 50 ° C il lievito morisse.
L'attività vitale della microflora acida dell'impasto, a seconda della temperatura ottimale (che è di circa 35 ° C per i batteri non termofili e di circa 48-54 ° C per i batteri termofili), viene prima forzata quando l'impasto si riscalda e poi, raggiunta la temperatura superiore a quella ottimale, si ferma.
Si credeva che quando l'impasto viene riscaldato a 60 ° C, la flora che forma l'acido dell'impasto si spenga completamente. Tuttavia, il lavoro svolto da un certo numero di ricercatori suggerisce che nella mollica di pane di segale ordinario a base di farina di carta da parati, sebbene in uno stato indebolito, ma vitale, vengono preservate le singole cellule sia del lievito che dei batteri che formano acidi.
Dal fatto che una piccola parte della microflora fermentativa vitale dell'impasto viene trattenuta nella mollica di pane durante la cottura, non ne consegue in alcun modo che i microrganismi fermentativi possano, in ogni condizione, resistere alla temperatura di 93-95 ° C , che si ottiene al centro del pane durante la cottura.
È stato anche dimostrato che la bollitura della mollica di pane, pestata in acqua in eccesso, ha ucciso tutti i tipi di microrganismi fermentativi.
Ovviamente, la conservazione di una parte della microflora in fermentazione dell'impasto nella mollica di pane in uno stato vitale può essere spiegata sia da una piccolissima quantità di acqua libera sia da un brevissimo aumento della temperatura della sua parte centrale soprastante 90 ° C.
Dai dati sopra riportati risulta che la temperatura ottimale per la microflora di fermentazione dell'impasto, determinata nelle condizioni dell'ambiente, di consistenza diversa dall'impasto, può essere sottostimata rispetto all'ottima agente nelle condizioni dell'impasto cotto -pane.
Ovviamente va considerato che quando l'impasto viene riscaldato a circa 60 ° C, l'attività vitale dell'impasto dei lieviti e dei batteri formatori di acido non termofilo praticamente si arresta. I batteri lattici termofili come i batteri di Delbrück possono essere attivi fermentativi anche a temperature più elevate (75-80 ° C).
I cambiamenti sopra descritti nell'attività vitale della microflora in fermentazione del pezzo di pasta cotto avvengono gradualmente, mentre si riscalda, diffondendosi dagli strati superficiali al centro.
Vedi continua ...
