Колебания цвета муки и меры, необходимые для выработки однородной по цвету муки, — немаловажные задачи мукомольного и хлебопекарного производства. Поскольку проблемы белизны продуктов сводятся в основном к подбору, очистке, кондиционированию и помолу пшеницы, то все они находятся в компетенции опытного мукомола. В данной главе обсуждение темы окраски муки будет ограничено вопросом о желтой пигментации.
Для выработки белого, приятного на вид продукта, который на протяжении многих лет является символом чистоты и полезности для здоровья, особое значение имеет эффективный контроль за однородностью белизны. Даже мука для выпечки хлеба и пирожных, полученная из пшеницы с нормальным количеством желтых пигментов, содержит их больше, чем это желательно для получения готовых изделий, полностью удовлетворяющих запросы потребителя. Практическим разрешением этой проблемы явилась разработка и широкое использование методов отбеливания муки.
В настоящее время существуют разногласия относительно использования термина «отбеливание» по отношению к тем веществам, которые наряду с отбеливанием вызывают также созревание муки. Это объясняется тем фактом, что ряд методов обработки выполняют двойную функцию при обработке муки — отбеливание, с одной стороны, и эффект искусственного созревания — с другой. Необходимо строго разграничивать эти понятия: если отбеливание влияет лишь на цвет муки, то созревание улучшает свойства теста и хлебопекарные качества муки.
Хранение или выдерживание муки с целью осуществления естественного старения и отбеливания является дорогой и длительной процедурой, при которой нет никакой гарантии получения однородного продукта.
Благодаря использованию известных и общепринятых методов отбеливания мукомол может поставлять однородную отбеленную и созревшую муку сразу же после ее выработки, что значительно снижает стоимость хранения и освобождает от потерь, неизбежных при хранении.
Что касается преимуществ и особенностей процессов отбеливания и искусственного созревания муки как регулируемых процессов, то эти вопросы не являются новыми и подробно рассмотрены, в частности, Харрелом. Автор указывает, что отбеливание является способом управления цветом муки, позволяющим без значительных затрат использовать сильно пигментированную, но обладающую хорошими хлебопекарными качествами пшеницу. Веществам, ускоряющим созревание, приписывают способность улучшать однородность и хлебопекарные качества наряду с отбеливающим действием и улучшением окраски выпеченного продукта, вследствие того что эти вещества обусловливают более тонкую пористость структуры мякиша. Считается, что методы искусственного созревания муки также расширяют возможность использования юго-западных и некоторых северо-западных пшениц США, что приносит значительную выгоду сельскохозяйственному производству этих областей. Отбеливание и искусственное созревание дают следующие преимущества потребителю:
- позволяют использовать стандартную рецептуру;
- удешевляют приготовление изделий в домашних условиях;
- улучшают внешний вид муки и изделий из нее;
- обеспечивают экономию в производственном масштабе.
Стандарты для муки в США были установлены в 1941 г. и утверждены специальными актами под руководством министерств пищевой и лекарственной промышленности.
В 1948 г. был осуществлен пересмотр этих стандартов. Одобренные методы отбеливания приведены в списке стандартов идентичности и опубликованы в Федеральном регистре. Слово «отбеленная» на контейнерах с мукой означает, что мука подверглась обработке согласно принятым стандартам с помощью общепринятого реактива.
Принятыми к употреблению отбеливающими и ускоряющими созревание муки веществами являются следующие:
- смесь одной весовой части перекиси бензоила с 6 весовыми частями (не более) смеси из сульфата кальция, карбоната кальция, двукальцийфосфата, углекислого магния, алюмо-калиевых квасцов, сернокислого натрий-алюминия, крахмала или трикальцийфосфата;
- хлор;
- двуокись хлора;
- хлористый нитрозил;
- окислы азота.
Вплоть до 1 августа 1949 г. для тех же целей использовался треххлористый азот, который затем был вычеркнут из списка. Xаррел описывает случаи, которые привели к такому решению министерства пищевой и лекарственной промышленности. Исключение треххлористого азота из списка стандартов основано на данных обширных опытов по питанию, показавших, что мука и хлеб, содержащие треххлористый азот, при значительном содержании этих продуктов в диете, оказывают вредное воздействие на собак и некоторых других подопытных животных. Вместе с тем вредного воздействия на организм человека не было установлено, даже в самых тонких опытах по кормлению.
Перекись бензоила и окислы азота являются исключительно отбеливающими веществами, они оказывают на муку только осветляющее действие. Хлор, хлористый нитрозил и двуокись хлора относят к веществам, ускоряющим созревание муки, поскольку их главной функцией является улучшение хлебопекарных свойств муки; однако при добавлении их к муке они обнаруживают побочное действие, отбеливая ее. На практике муку обрабатывают одним из перечисленных ускоряющих созревание веществ, взятым в таком количестве, которое обеспечивает получение оптимальных хлебопекарных свойств. При такой обработке частично удаляется желтая пигментация, но обычно в меньшей, чем желательно, степени. Поэтому к муке добавляется еще и перекись бензоила в достаточном для отбеливания количестве. Таким образом, обработанная мука обладает и улучшенными хлебопекарными качествами, и отличным цветом. Необходимо отметить, что существование веществ двух типов (вызывающих отбеливание, с одной стороны, и ускоряющих созревание — с другой) заставляет изыскивать способы, позволяющие мукомолам точно и независимо осуществлять контроль за обоими процессами, искусственным созреванием и отбеливанием муки.
Окислы азота (обыкновенно трехокись азота), хлористый нитрозил. хлор и двуокись хлора являются газообразными веществами и используются для обработки муки в смеси с воздухом. Перекись бензоила — твердое вещество и используется в виде раствора в сочетании с другими указанными в Стандартах идентичности веществами такого рода. Принято использовать газ и перекись бензоила для отбеливания муки отдельно, в том же самом аппарате, что обеспечивает непрерывное и тщательное перемешивание муки и добавленного вещества. Феррари, Хетчинсон и Мичем провели целый ряд исследований по выяснению эффективности отбеливания и производительности смесителя в лабораторном, полупроизводственном и производственном масштабах. Для того чтобы провести равномерную обработку муки, необходим тщательный контроль как за потоком муки, так и за поступлением вызывающих отбеливание и созревание веществ в смеситель, где мука и указанные вещества перемешиваются и вступают в соприкосновение.
Тщательное исследование истории применения, действия и использования веществ, вызывающих отбеливание и ускоряющих созревание муки, провели Бэйли, а также Фанлэп и Джеддес. Перекись азота (наиболее часто применяемое название для обозначения окислов азота) образуется в вольтовой дуге, и этот процесс чаще всего называют методом Олсона. Как показали эти авторы, реальными газами, образующимися при действии пламени дуги на воздух, являются двуокись азота NO2 и четырехокись азота N2O4, по существу не являющимися перекисями.
Метод Олсона сначала использовался для отбеливания муки в США и вскоре после этого был внедрен в производство. Образующийся газ отбеливает муку при непосредственном контакте, но не ускоряет ее созревание. Однако качество муки может существенно ухудшаться при избыточной обработке, о которой можно судить по появлению желтовато-коричневой окраски (в результате нитрования) муки. В современной практике метод Олсона находит очень незначительное применение.
Мощным отбеливающим средством является хлористый нитрозил, который никогда не используется один, а всегда в виде примеси к хлору в соотношении 0,5:99,5. Везенер получил патент на использование этого вещества; его метод известен под фирменным названием «бета-хлора» метод. В смысле технологии бета-хлора и хлор так похожи друг на друга по свойствам и по воздействию на муку, что вполне можно обходиться каким-либо одним из них.
Хлор оказывает на муку двоякое действие: он отбеливает муку и изменяет ее компоненты, что приводит к улучшению качества печеных изделий. Обработка хлором снижает рН муки. Эта характерная особенность хлора является удобным средством контроля за его применением. Обработка хлором особенно благотворное воздействие оказывает на муку из мучнистых пшениц и на домашнюю муку (то есть муку для домашнего приготовления хлеба). Хлебопекарные свойства домашней муки улучшаются при использовании хлора в концентрации 22,3—55,8 г на центнер муки. Обработка хлором (в пределах от 5,6 до 42,0 г на центнер) в зависимости от сорта муки иногда оказывает благоприятное действие и на хлебопекарную муку. Однако основная масса используемого в производстве хлора применяется для приготовления муки для тортов (кексов). Польза такой обработки муки очень ярко выражается в улучшении пористости и объема и соответственно в более мягкой и нежной консистенции готового продукта. Кроме того, в тесто из обработанной муки можно добавлять большее количество сахара и шортнинга, чем в тесто из необработанной муки, что способствует улучшению вкусовых качеств изделия. Как видно из данных таблицы 93, норма обработки хлором находится в пределах от 55,8 до 111,6 г на центнер, в зависимости от сорта муки.
По мере того как увеличивается зольность муки, растет количество хлора, необходимое для того, чтобы получить ту или иную величину рН. Зольность и содержание в муке взаимосвязаны и являются главными индикаторами присутствия в муке буферных веществ.
Двуокись хлора (ClO2), подобно хлору, выполняет двойную функцию — как отбеливающее и как ускоряющее созревание вещество. О положительном действии двуокиси хлора на муку было известно еще до его официального признания в ноябре 1948 г.. Его использование и производство ограничено рядом патентов. За последнее десятилетие двуокись хлора зарекомендовала себя как хороший заменитель треххлористого азота. Она продается в США и Канаде под торговым названием диокс и хай-кьюэ. При производстве диокса двуокись хлора образуется в генераторе, на месте использования в результате реакции хлора с раствором хлорита натрия, как это детально описано Паркером и Фортманном. Вудворд, Петро и Винсент впервые предложили использовать хлорит натрия для производства двуокиси хлора. В производстве хай-кьюэ применяют замороженный гидрат окиси хлора, который хранится на месте использования при низкой температуре. Когда его переносят в воду, образуется раствор двуокиси хлора. Газообразная двуокись хлора образуется при пропускании этого раствора через специальную колонну, как это подробно описано Шервудом. Уильяме и Xемпел и Уильяме и Гессен получили патенты, касающиеся использования этого метода. Основное применение двуокись хлора находит в обработке муки из твердозерной пшеницы, предназначенной для выпечки хлеба, с целью улучшения технологических свойств теста и хлебопекарных качеств муки. Количество двуокиси хлора, необходимое для оптимального созревания муки, меньше, чем необходимое для этого количество треххлористого азота и для односортной муки стрейт составляет соответственно 0,79 и 3,9 г на центнер. Обработка дозой 0,79 г на центнер удаляет 30—40% всего количества извлекаемых пигментов. Обработка двуокисью хлора не изменяет рН муки. Как указывается в Федеральном регистре, опыты квалифицированных исследователей доказывают, что мука, обработанная двуокисью хлора, не вызывает истерии у собак и никаких симптомов отравления у некоторых других опытных животных и у человека. Приведены данные типичных опытов по обработке хлебопекарной муки двуокисью хлора и перекисью бензоила с целью определения количества каждого вещества, необходимого для оптимального созревания и отбеливания муки. Опыты такого рода постоянно выполняются химиками, работающими на мельнице, а также пекарями, чтобы гарантировать одинаково высокие хлебопекарные качества муки. Такие пробы особенно необходимы, когда работа ведется с партией пшеницы нового урожая.
Опыт показывает, что доза двуокиси хлора 0,98 г на центнер является избыточной: она приводит к перезреванию муки и ухудшению ее хлебопекарных качеств. При сравнении данных опытов 3 и 6 видно, что отбеливающее действие перекиси бензоила было фактически аддитивным к действию двуокиси хлора.
Перекись бензоила (опыт 8) сильнее разрушает пигменты, чем двуокись хлора (опыты 2 и 3), однако сочетание этих двух методов отбеливания дает лучший эффект.
Об избыточной обработке муки двуокисью хлора судят по появлению розового или голубого оттенка; это явление обычно сопровождается плохими результатами выпечки и создает значительные трудности на хлебозаводе.
Перекись бензоила (С6Н5СО)2О2 впервые нашла применение в промышленности в качестве отбеливающего вещества для различных жиров и масел. Обесцвечивание каротиноидных пигментов муки, которые являются жиро-растворимыми веществами, явилось, собственно говоря, логическим расширением применения этого продукта. Согласно правилам, изложенным в Стандартах, рассмотренных выше, в практике перекись бензоила используется всегда вместе с наполнителем. Она продается под двумя товарными названиями новаделокс и оксилит.
В практике перекись бензоила применяется только в качестве отбеливающего вещества, то есть для обработки муки с целью снизить содержание желтых пигментов. Для этой цели перекись бензоила весьма эффективна. На практике она используется для усиления отбеливающих свойств газообразных веществ, ускоряющих созревание муки, чтобы устранить нежелательную окраску. Перекись бензоила применяется для отбеливания практически любой муки, тогда как хлор и двуокись хлора применяются только для отдельных типов муки.
По-видимому, существует определенный предел для полного удаления пигментов, измеряемых после извлечения н-бутанолом, с помощью метода, предложенного Ассоциацией агрохимиков. Это становится вполне очевидным, если данные Феррари, Хетчинсона и Мичема рассматривать вместе с тем фактом, что даже после добавления сравнительно больших количеств перекиси бензоила мука обладает вполне измеримой окраской. Тсен и Джеддес обнаружили какой-то желтый пигмент, который не разрушался при отбеливании. Милнер и Додж предполагают, что при более сильных обработках образуются продукты окисления каротиноидов. Это предположение подтверждается очень высокой величиной поглощения в ультрафиолетовой области спектра. Этим можно объяснить трудности в удалении следов пигментов. С практической точки зрения совершенно излишне добиваться удаления из муки последних следов окраски. Действительно, более целесообразно оставить некоторое количество желтой окраски, обусловливающей очень слабый кремоватый цвет муки, поскольку при сильном отбеливании может появиться серый или голубой оттенок. Кроме того, если муку предстоит перевозить на некоторое расстояние или в течение длительного времени хранить, может происходить естественное окисление, которое приведет к избыточному отбеливанию и ухудшению цвета муки. Рекомендуется обработка таким количеством отбеливающего вещества, которое примерно на 10% ниже количества, при котором не наблюдается дальнейшее отбеливание.
Диапазон дозировок, применяемых при использовании перекиси бензоила, зависит, разумеется, от того, насколько сильной обработке подвергалась мука хлором или двуокисью хлора, а также от количества пигментов, присущих данной муке.
Таким образом, во всех случаях средняя доза перекиси бензоила при использовании ее в сочетании с другими отбеливающими веществами составила приблизительно 2 г на 45,3 кг муки. При применении высоких доз перекиси бензоила к некоторым образцам муки обнаруживался легкий эффект ускорения созревания муки. При чрезмерно высоких концентрациях она вызывает появление голубой окраски.
Ранее уже было высказано мнение о способах применения для обработки муки различных отбеливающих веществ и подчеркивалась необходимость тщательного перемешивания и контроля за качеством продукта. В силу необходимости испытания проводились в лабораторном масштабе с небольшими количествами муки и соответствующими концентрациями отбеливающих веществ. В большинстве случаев перемешивание осуществлялось во вращающемся барабане или путем встряхивания в контейнере определенного объема. Вообще в лабораторных условиях удаление окраски осуществляется несколько эффективнее, чем в производственных. Отмечается довольно хорошая корреляция между данными, полученными в лабораторных условиях и в производственных масштабах.
Паркер и Фортманн описали два практических метода получения двуокиси хлора в лабораторных условиях. В одном случае чистая двуокись хлора, полученная в реакции газообразного хлора с хлоритом натрия, измерялась объемным методом, после чего разбавлялась воздухом и использовалась для обработки муки. Во втором случае при реакции уксусного ангидрида с хлоритом натрия получали водный раствор двуокиси хлора, из которого ее отгоняли с воздухом и непосредственно использовали для отбеливания муки.
Как показали Додж и Милнер, на эффективность отбеливания оказывают влияние содержание влаги, загрузка смесителя, температура и скорость реакции. С такими веществами, как хлор и двуокись хлора, которые действуют при непосредственном контакте, крупные частицы муки могут хорошо отбеливаться на поверхности и хуже — внутри. Перекись бензоила, для полного протекания реакции с которой требуется от 18 до 24 часов, оказывает лучшее отбеливающее действие на муку с повышенной зернистостью. Мука, склонная к образованию комков (образцы низкосортной муки, клир второго сорта и мука из цельного зерна), не может так равномерно насытиться и отбелиться быстродействующими газами, как с помощью значительно медленнее действующей перекиси бензоила. Повышенная температура свежесмолотой муки обычно ускоряет процесс отбеливания, но, в свою очередь, это преимущество может утратиться, если мука была более крупчатой (зернистой) или склонной к агрегации. Иногда такую муку удавалось отбелить в лабораторных условиях, так как часто она при охлаждении теряла некоторое количество влаги и становилась менее склонной к агрегации, когда спустя несколько часов или дней ее подвергали обработке.
Приведенные примеры наглядно иллюстрируют важное значение перемешивания при непрерывной обработке муки в промышленных масштабах. В промышленных условиях применяются в основном горизонтальные смесители, в которых перемешивающее устройство сделано по типу лопастного конвейера такой конструкции, при которой мука подбрасывается вверх (образуя пыльное облако) и в то же время передвигается вперед по направлению к выходному концу. Не следует допускать перегрузки или недогрузки аппарата; недогрузка может привести к утечке газа по направлению к зоне плохого встряхивания, в связи с чем возникает опасность неравномерной обработки. Причинами низкой эффективности отбеливания могут быть также обратная тяга, утечка газа и другие подобные неполадки. Таким образом, для получения хороших результатов необходимо следить за нормальной загрузкой смесителя, за непрерывным и точным поступлением соответствующих количеств муки и газа.
Смесь перекиси бензоила также должна поступать равномерно для более тщательного и равномерного распределения мелких частиц реактива в массе муки. Приспособление для подачи перекиси бензоила к мешалке с помощью воздуха по гибкому шлангу весьма удобно и эффективно, особенно если смеситель закреплен в положении, когда трудно осуществить подачу материала и поддерживать его на определенном уровне. Эта система позволяет поместить инжектор и питающий механизм в удобное для этого место, причем шланги могут подавать перекись бензоила к труднодоступному смесителю.
Предварительную проверку на месте применения отбеливающих веществ можно осуществить способом Пекара с образцами муки, взятыми до и после ее обработки в смесителе. Газообразные вещества осуществляют немедленное отбеливание, которое можно обнаружить путем сравнения необработанной муки с обработанной. Перекись бензоила можно определить количественно путем увлажнения пробы Пекара реактивом Ротен-фуссера согласно методу, описанному в «Методах зерновой лаборатории». При этом в местах, где локализованы частицы перекиси бензоила, появляются зеленые пятна. Таким образом, если перекись бензоила не подается в смеситель, не удается обнаружить и зеленых пятен.
В противоположность практике отбеливания муки для производства хлеба при выработке макаронных изделий желтая окраска и высокая пигментация муки являются большим преимуществом. Как показали Ирвин и Андерсон и Ирвин отбеливающее действие липоксидазы, естественно присутствующей в пшенице дурум, весьма затрудняет получение желательной окраски макаронных изделий. Исследователи установили, что окисление линолевой кислоты, катализируемое неочищенными экстрактами липоксидазы пшеницы, представляет трехфазовую реакцию (за исключением тех случаев, когда берется большая концентрация фермента и низкая — субстрата). Первая фаза — быстрое, нулевого порядка, поглощение кислорода; вторая — переходная, в которой скорость постепенно снижается, и, наконец, третья — также нулевого порядка, происходящая с постоянной скоростью, причем скорость поглощения кислорода на этой фазе составляла всего 2/3 скорости начальной фазы нулевого порядка. Было установлено также, что соотношение скоростей начальной и конечной фаз нулевого порядка колеблется в зависимости от температуры, от соотношения фермента и субстрата и от общего объема жидкости в системе. Предполагается, что начальная фаза катализируется свободным ферментом, а конечная — фермент-субстратным комплексом.
Липоксидазу лучше всего добавлять к муке во время приготовления теста, чтобы вызвать отбеливание теста и соответственно выпекаемого из него хлеба. Для проявления своей активности липоксидаза нуждается в атмосферном кислороде. Разные тестомесилки отличаются друг от друга по эффективности подачи воздуха. Хорошим источником липоксидазы является мука из проросших семян сои, и использование ее запатентовано. Надо полагать, что проблема окраски муки будет все время находиться в поле зрения исследователей. В связи с улучшением в последние годы технического оснащения появятся дополнительные сведения, касающиеся окраски муки и способов управления ею.