Жировые вещества пшеничной муки нельзя полностью удалить в процессе отмывания клейковины и потому последняя всегда содержит некоторое количество липидов. В состав пшеничного зерна входят как простые жиры — глицериды различных жирных кислот, так и липоиды: фосфатилы (лецитины и кефалины) и соли фосфатидных кислот (Wehmer, 1929; Channon, Foster, 1934; Н. П. Козьмина и В. Л. Кретович, 1950). Количество жиров и липоидов в зерне, а также их химический состав могут колебаться в широких пределах в зависимости от сорта пшеницы, условий ее выращивания и последующего хранения. Так как жировые вещества распределены в зерне неравномерно и в основном сконцентрированы в его зародыше и алейроновом слое, то содержание их в муке зависит также от характера помола и сорта муки.
Все эти факторы оказывают существенное влияние на количественное содержание и состав жировой фракции клейковины. Приведены некоторые данные о содержании жиров и липоидов в различных образцах клейковины. Наблюдаемые колебания зависят как от различий в исходном материале, так и от неодинаковой методики подготовки образцов к анализу и извлечения из них жировых веществ.
В литературе имеются указания (Fisher, Halton, 1933), что до 70% всех жиров муки может удерживать сырая клейковина. Некоторая часть липидов связана с белками клейковины относительно слабо, и ее можно извлечь путем экстрагирования последней эфиром или другими обычными растворителями жиров. Получаемую при этом фракцию называют фракцией «свободных липидов» (жиров и липоидов) в противоположность «связанным липидам», переходящим в эфирный раствор лишь после предварительной обработки материала растворителями (этанолом, водой насыщенным бутанолом и др.), разрушающими относительно более прочную связь этих веществ с белками. На основании многих данных, часть которых была приведена выше, можно считать, что в большинстве случаев клейковина содержит сравнительно мало свободных жиров: от нескольких десятых до 2—3 процентов своего сухого веса. Эта фракция состоит главным образом из глицеридов жирных кислот с примесью некоторого количества свободных жирных кислот, а также липоидов (лецитина) и фитостеринов (Bailey, 1944). Значительно больше клейковина содержит связанных жиров и липоидов, не извлекаемых непосредственно эфиром. Количество этих веществ может превышать 10% от сухого веса клейковины (Sullivan, Near, 1927).
В литературе имеется много данных о влиянии жировых веществ на свойства клейковины и теста, а также на хлебопекарные качества муки в целом. Тесная связь, существующая между качеством клейковины и составом жировой фракции муки, а также постоянное присутствие значительных количеств связанных липидов в клейковине привело многих исследователей к представлению о ней как о белково-липоидном комплексе, в котором жировые вещества являются наряду с белками необходимыми структурными компонентами. Не следует, однако, смешивать два вопроса, а именно вопрос с влиянии жировых веществ на клейковину и вопрос об их участии в построении клейковинного комплекса в качестве его необходимой составной части. Рассмотрим вкратце оба эти вопроса в отдельности.
Еще в 1884 г. Баллан (Balland, 1884) показал, что обезжиривание муки влияет на свойства клейковины. Позднее многие исследователи отмечали, что экстрагирование жировых веществ муки эфиром заметно изменяет ее хлебопекарные качества, причем в одних случаях наблюдалось ухудшение муки (Sullivan, Near, Folley, 1936; Martin, Whitcomb, 1932; Sullivan, 1940), а в других — ее улучшение [ Baker, Hulton, 1908; Johnson, 1928; Geddes, 1930; Johnson, Whitcomb, 1931; Martin, Whitcomb, 1932; M. С. Резниченко и Е. А. Алякринская (Resnitschenko, Alakrinskaja), 1933; Cookson, Сорроck, 1956 ]. С другой стороны, добавление к муке или гесту различных жиров, например лярда, коровьего масла, свиного сала, китового саломаса, а также различных растительных масел (естественных и гидрогенизированных) — подсолнечного, хлопкового, горчичного, оливкового, кукурузного, пшеничного в количестве около 2—6% от веса мужи приводило к неодинаковым результатам и различные исследователи отмечали то улучшение, то ухудшение хлебопекарных качеств муки, обогащенной жиром (Johnson, Whitcomb, 1931; Resnitschenko, Alakrinskaja, 1933; Sullivan, 1940; Сорроск, Cookson, Laney, Oxford, 1954; Ведерникова, 1954; Cookson, Coppock, 1956; Ауэрман, Запарина, Степанова и Федорова, 1958).
Противоречивые данные получались и в опытах с прибавлением к муке или тесту фосфатидов. Так, например, Уоркинг (Working, 1924, 1928) наблюдал отрицательное действие яичного и пшеничного лецитинов на хлебопекарные свойства муки вследствие ухудшения качества клейковины, которая становилась крошащейся и теряла связность. Имеется, однако, много данных об улучшении хлебопекарной способности муки и повышении качества хлеба при добавлении к тесту фосфатидов. В работах Пучковой (1954), а также Пучковой и Чистовой (1956) показано, что концентраты соевых и подсолнечных фосфатидов заметно улучшают качество теста и хлеба, особенно при использовании их совместна с улучшителями типа броматоз или йодатов. Л. Я. Ауэрман и сотрудники (1958) также наблюдали увеличение объема хлеба и улучшение качества хлебного мякиша при совместном добавлении к тесту 0,75% (от веса муки) фосфатидного концентрата, 5% растительного масла, 5% сахара и 0,002% бромата калия.
Коштк и сотрудники (цит. по Козьминой и Наумовой, 1959) отметили увеличение объема хлеба при добавлении всего 0,003% пшеничного лецитина к обезжиренной муке. Причины указанных противоречий в настоящее время вполне понятны. Жировые вещества, применяемые различными исследователями, имели неодинаковый состав, в частности содержали различные количества свободных ненасыщенных жирных кислот или их солей; кроме того, исходная мука у разных авторов несомненно отличалась как по составу жировой фракции, так и по качеству клейковины. Между тем, еще в 1934—1936 гг. Н. П. Козьмина (Kosmina, 1934; Козьмина, 1935, 1936, 1940), а также М. С. Резниченко и А. И. Понцова (Resnitschenko, Popzowa, 1934, 1936) обнаружили, что свободные ненасыщенные жирные кислоты и их соли оказывают на клейковину совершенно специфическое действие. Добавление этих веществ к муке в незначительных количествах (0,1—0,5% от веса муки) резко ухудшает физические свойства клейковины, которая теряет способность слипаться и с трудом отмывается в виде малосвязного, губчатого, крошащегося комка, лишенного нормальной растяжимости и эластичности. Увеличение содержания свободных ненасыщенных жирных кислот в муке, приводит к полной невозможности отмыть клейковину. Нейтральные жиры, свободные насыщенные жирные кислоты и фосфатиды (препараты которых не содержат свободных ненасыщенных жирных кислот) не обладают подобным действием и присутствие их в муке не оказывает на клейковину заметного влияния.
При хранении муки происходит постепенный гидролиз содержащегося в ней жира и накопление свободных жирных кислот, главным образом ненасыщенных, так как они преобладают в составе глицеридов пшеницы (Wehmer, 1929; Ball, 1926; Sullivan, 1940). В зависимости от сорта муки и условий ее хранения этот процесс протекает с большей или меньшей интенсивностью, а так как исходное качество клейковины может быть различным, то и конечный результат его изменения будет в отдельных случаях весьма неодинаковым. Общий характер изменения физических свойств клейковины при хранении муки остается всегда постоянным, а именно: по мере накопления продуктов гидролиза жира клейковина укрепляется, но в одних случаях это укрепление улучшает, а в других — ухудшает исходную клейковину и соответственно этому изменяются хлебопекарные качества муки. Обработка хранившейся муки эфиром ведет к извлечению жировых веществ и восстановлению в той или иной степени первоначальных свойств клейковины.
Что касается изменения качества муки при добавлении к ней различных жировых веществ, то решающую роль при этом играют два фактора: 1) содержание свободных ненасыщенных кислот в добавляемом жире и 2) исходное качество клейковины.
Различное сочетание этих факторов может в одних случаях улучшать, а в других — ухудшать хлебопекарные свойства муки после добавления к ней жира.
Результаты работы Н. П. Козьминой и М. С. Резниченко с сотрудниками были многократно подтверждены и другими авторами — Кюлем (Kubl. 1935), Селливен. Нио и Фолей (Sullivan, Near, Foley, 1936), Синклером и Мач-Колла (Sinclair, McCalla, 19371, Бартон-Райтом (Barton-Wright. 1938), Л. А. Тписвятским 1939а; б), Сёлливен (Sullivan, 1940), Мак-Кэй и Мак-Колла (McCaig, McCalla, 1941) и др. и таким образом получили общее признание. В то же время природа действия ненасыщенных жирных кислот на клейковину остается до настоящего времени почти неизученной. И. П. Козьмина и М. С. Резниченко этот вопрос не изучали. Канадские исследователи (Sinclair, McCalla, 1937; McCaig, McCalla, 1941) развивали представление, согласно которому клейковина представляет собой белково-липоидный комплекс, возникающий из белков и липоидов муки при замешивании теста. В процессе хранения муки в ней происходит постепенный распад жировых веществ и накопление свободных ненасыщенных жирных кислот, которые при замешивании теста начинают все более и более вытеснять липоиды из адсорбционного соединения с белками. Образуется клейковина, в состав которой входят уже не первоначальные липоиды муки, но продукты их распада — жирные ненасыщенные кислоты. Это изменение состава клейковины отражается на ее физических свойствах. Клейковина становится грубой, крошащейся, короткорвущейся. Обезжиривание муки эфиром удаляет жирные кислоты и улучшает этим муку, хотя первоначального качества, клейковина не достигает, так как часть исходных липоидов уже разрушена.
Необходимо отметить, что изложенная гипотеза совершенно не подкреплена экспериментами. Никаких данных об изменении состава жировой фракции клейковины вследствие замены в ней первоначальных липоидов ненасыщенными жирными кислотами при хранении муки получено не было. Более того, гипотеза канадских авторов основана на представлении, что клейковина является белково-липоидным комплексом, в котором липоиды играют роль необходимых компонентов, а это не подтверждается позднейшими исследованиями (более подробно об этом см. ниже). Другие взгляды на природу изменения качества клейковины под влиянием ненасыщенных жирных кислот еще более схематичны и также не подтверждены экспериментами. Шулеруд (Schulerud, 1954) предполагает, что молекулы ненасыщенных жирных кислот соединяются с набухшей клейковиной своей гидрофильной частью (карбоксильная группа и двойная связь), тогда как гидрофобная часть (углеводородный радикал) остается на поверхности частиц клейковины и препятствует их слипанию в общую массу, что и приводит к получению малосвязной, крошащейся клейковины. При таком объяснении остается непонятной резкая разница между действием на клейковину ненасыщенных и насыщенных жирных кислот. Последние хотя и не имеют гидрофильной двойной связи в середине молекулы, все же обладают гидрофильным карбоксилом и гидрофобным углеводородным радикалом, а следовательно их распределение на белковых частицах клейковины должно иметь в принципе тот же характер, что и распределение молекул ненасыщенных жирных кислот. Фактически же насыщенные кислоты, в противоположность ненасыщенным, не изменяют физических свойств клейковины.
Ф. Г. Криволапов и В. Е. Старичкова (1957) предполагают, что молекулы ненасыщенных жирных кислот (а также и других ненасыщенных соединений) адсорбируются макромолекулами белков клейковины, причем взаимодействие двойных связей сорбированных веществ на соседних белковых молекулах создает притяжение между ними, поскольку двойные связи являются мгновенными электрическими осцилляторами значительной протяженности и низкой частоты. Взаимодействие подобных осцилляторов по теории дисперсионных сил приводит к возникновению центров притяжения в цепях высокополимерных веществ. За счет этого притяжения между частицами клейковины создаются более жесткие связи, что приводит к характерному изменению физических свойств клейковинного студня. Нужно отметить, что экспериментальных оснований эта гипотеза также пока не имеет. А. Б. Вакар (1952) предположил, что двойные связи ненасыщенных жирных кислот могут окислять сульфгидрильные (—SH) или пептидные (—CONH—) группировки в соседних макромолекулах клейковинного белка, в результате чего возможна их спайка через дисульфидные или азотные,
Мостики, что усилит жесткость всего клейковинного комплекса. Моделью такого процесса может служить, например, реакция образования трехмерной структуры из двух полиамидных цепей в результате окисления кислородом воздуха (Коршак и Рафиков, 1944, 1947). В обоих случаях, т. е. при окислении как сульфгидрильных, так и пептидных группировок клейковины. Предполагается, что ненасыщенные жирные кислоты служат акцептором двух атомов водорода, превращаясь при этом в соответствующую кислоту меньшей непредельности. Это предположение, однако, не подтвердилось при экспериментальной проверке, проведенной следующим образом (А. Б. Вакар, не опубликовано). К тщательно обезжиренной эфиром пшеничной муке было добавлено точно отмеренное количество чистой олеиновой кислоты (около 1% от веса муки) в эфирном растворе. После удаления эфира в вакууме муку замешивали в тесто, быстро высушивали его в вакууме при комнатной температуре и измельчали в тонкий порошок. Клейковина из этого порошка отмывалась с большим трудом и имела вид несвязной, крошащейся массы, характерной для клейковины, подвергнутой действию ненасыщенной жирной кислоты. Полученный материал был экстрагирован эфиром, растворитель отогнан в вакууме и остаток идентифицирован по йодному числу, молекулярному весу и коэффициенту рефракции. Оказалось, что остаток представлял собой чистую олеиновую кислоту, без какой-либо примеси стеариновой кислоты, которая должна была бы образоваться при насыщении двойной связи олеиновой кислоты водородом сульфгидрильных или пептидных групп клейковины. В то же время количество извлекаемой эфиром из высушенного теста олеиновой кислоты оказалось вдвое меньше того количества, которое было первоначально добавлено к муке. Определение клейковины в обезжиренном остатке сухого теста показало, что извлечение эфиром ни в какой мере не восстановило первоначального качества клейковины и последняя осталась такой же крошащейся и малосвязной, как это было до удаления олеиновой кислоты. В противоположность этому при экстрагировании эфиром муки c. добавленной к ней олеиновой кислотой до замешивания теста удавалось, во-первых, извлечь всю прибавленную кислоту, а во — вторых, из обезжиренного остатка отмывалась клейковина совершенно нормального качества.
Описанные опыты убедительно показали, что изменение физических свойств клейковины происходит не в процессе постепенного накопления в муке свободных ненасыщенных жирных кислот, как это до сих пор предполагалось, а только при взаимодействии клейковины и жирной кислоты во влажном тесте, причем часть кислоты прочно связывается с белком и экстрагирование эфиром уже не может ни извлечь связанной кислоты, ни восстановить первоначальных свойств клейковины. При этом, однако, не происходит какой-либо обменной реакции между клейковиной и непредельной кислотой, а наблюдается прямое присоединение кислоты к клейковинному белку. Почему это сопровождается резким изменением физических свойств клейковины, образуют ли молекулы жирной кислоты поперечные «мостики» между белковыми макромолекулами и какую роль играют в этой реакции двойная связь и свободный карбоксил непредельной жирной кислоты — покажут дальнейшие исследования. В настоящее же время приходится констатировать, что вопрос о природе изменений физических свойств клейковины под влиянием свободных непредельных жирных кислот экспериментально почти не изучен, и имеются лишь более или менее вероятные предположения о сущности происходящих при этом процессов.
Выше упоминалось, что нейтральные глицериды и фосфатиды оказывают определенное действие на физические свойства теста и качество выпекаемого хлеба. В известных границах концентраций эти вещества, как правило, улучшают хлебопекарные качества муки. Тесто становится более эластичным и менее липким, объем хлеба возрастает, структура мякиша улучшается, черствение замедляется. Природа действия жиров и липоидов на физические свойства теста изучена недостаточно. Считается, что жировые вещества, распределяясь тонким слоем по структурным элементам клейковины, облегчают их скольжение относительно друг друга, что повышает пластичность клейковины и улучшает физические свойства теста (Carlin, 1947, 1949; Ауэрман, Запарина, Степанова, Федорова, 1958; Маес, 1958). Происходит как бы «смазывание» тяжей клейковины и крахмальных зерен прибавленным жиром, и чем тоньше эмульгированы жировые вещества, тем более равномерно распределяются они в тесте, улучшая тем самым его физические свойства. Прибавление к тесту поверхностно активных веществ, например фосфатидов, снижает поверхностное натяжение липидов и способствует более равномерному распределению их на поверхности клейковинных тяжей и крахмальных зерен. Помимо этого, фосфатиды, по представлениям Л. Я. Ауэрмана и сотрудников (Ауэрман, Доцепко, Пучкова, 1960), воздействуют на физические свойства теста вследствие изменения ими агрегатного состояния клейковины. Это происходит благодаря сорбции фосфатидов макромолекулами клейковины, что приводит к разделению последних слоем фосфатидов и уменьшению вследствие этого межмолекулярного взаимодействия или «плотности упаковки» белковых макромолекул и агрегатов. Связь макромолекул таким образом ослабляется и клейковина становится более пластичной и растяжимой. Необходимо отметить, что на свойства клейковины и теста влияют не только фосфатиды, но и целый ряд поверхностно активных веществ иной химической природы; моноглицериды, сложные эфиры полиоксиэтилена, а также различные детергенты,— алкил-арил-сульфонаты, алкил-сульфаты, соли жирных кислот и др. Краткий обзор действия поверхностно активных веществ на качество теста и хлеба был сделан недавно Маесом (1958), а взаимодействие их с белками муки изучалось Сёлливен (Sullivan, 1952), Мичем и Вейнштейном (Mecham, Weinstein, 1952). Не вдаваясь в подробное рассмотрение указанных работ, отметим только большую сложность проблемы и совершенную недостаточность имеющихся з настоящее время данных для суждения о природе действия всех этих разнообразных веществ на клейковину и тесто в целом.
В литературе отмечается также возможная роль липидов в окислительных процессах, протекающих в тесте при действии улучшителей типа броматов. Так, Кэииингхем и Глинка (Cunningham, Hlynka, 1958) показали, что полное удаление жиров и липоидов из муки с помощью водонасыщенного нормального бутанола снижает более чем в 4 раза скорость расходования броматов в тесте, что указывает, по мнению авторов, на промежуточное участие связанных липоидов в процессах окисления редуцирующих веществ теста броматами. Аналогичные данные получили также Ли и Ткачук (Lee, Tkaehuk, 1959), показавшие, что даже простое обезжиривание муки петролейным эфиром (т. е. удаление лишь свободных жиров и липоидов) заметно замедляет процесс восстановления в тесте бромата, меченного радиоактивным Br 82, в бромид.
Весь изложенный материал убедительно показывает, что жировые вещества обладают способностью заметно изменять физические свойства клейковины в тесте. Это не может, однако, служить доказательством обязательного участия жиров и липоидов в построении клейковинного комплекса. Для такого утверждения необходимо экспериментально показать, что клейковину нельзя выделить из муки полностью свободной от жиров и липоидов. Выяснить этот вопрос пытался еще в 20-х годах Моос (Mohs, 1924, 1931). На основании своих опытов он утверждал, что простое обезжиривание муки эфиром приводит к невозможности отмыть клейковину. Данные Мооса оказались, однако, совершенно ошибочными. Многие авторы — Джонсон (Johnson, 1928); Соколенко (Д933); М. С. Резниченко и Е. А. Алякринская (Resnitschenko, Alakrinskaja, 1933; 1936); Фишер и Гальтон (Fisher, Halton, 1933); Н. П. Козьмина (1936); Синклер и Мак-Колла (Sinclair, McCalla, 1937); Сёлливен (Sullivan, 1940); Мак-Кэй и Мак-Колла (McCaig, McCalla, 1941); Такер (Tucker, 1946) и др.— с полной определенностью доказали, что экстрагирование муки обычными жировыми растворителями не является препятствием к получению клейковины. С другой стороны, искусственное прибавление к муке различных жиров приводит к заметному возрастанию содержания жира в клейковине. Это было показано, например, Фишером и Гальтоном (Fisher, Halton, 1933): они добавляли к муке в виде эмульсии 2% различных жиров и определяли затем в сырой клейковине содержание веществ, экстрагируемых ацетоном. Оказалось, что клейковина способна поглощать до 86% прибавленного к муке жира, причем содержание его могло быть искусственно повышено с 8,6 до 19,7% от веса сухой клейковины.
Несколько ранее Беннион (Bennion, 1926) сообщил, что в результате прибавления к муке масла арахиса увеличивался выход сухой клейковины, причем во многих случаях это увеличение значительно превышало количество добавленного масла, что свидетельствовало, по мнению автора, о дополнительном образовании клейковины в присутствии избытка жировых веществ.
Ван Дайк (Van Dyk, 1930) тщательно проверил эти результаты, но не смог подтвердить их и пришел к выводу об ошибочности данных Бенниона.
В работе М. С. Резниченко и Е. А. Алякринской (Resnitschenko, Alakrinskaja, 1933) было показано, что при добавлении возрастающих количеств подсолнечного масла к муке (от 0,5 до 4%) содержание в ней сухой клейковины увеличивается с 12% (в контроле) до 14% при одновременном снижении влажности сырой клейковины с 62,2 до 54,6%.
Все эти данные относятся к свободным жировым веществам, которые извлекаются из муки или клейковины обычными жировыми растворителями: этиловым эфиром, ацетоном и др.
Выше упоминалось, что помимо «свободных» в муке имеются и «связанные» жировые вещества, извлекаемые жировыми растворителями только после разрушения их связи с белками. В 1947 г. Олькотт и Мичем (Olcott, Mecham, 1947) опубликовали интересную работу, в которой было показано, что соотношение между свободными и связанными липидами пшеничной муки необратимо сдвигается в сторону увеличения связанных липидов при замешивании теста и даже при простом увеличении влажности муки до 30% и выше. В этих опытах тесто, клейковина или увлажненная мука обезвоживались лиофилизацией и в полученном материале определялось общее количество жировых веществ — свободных и связанных, путем экстрагирования их абсолютным спиртом в аппарате Сокслета и последующего перерастворения в хлороформе. Кроме того, отдельно определялось количество свободных жиров, извлекаемых непосредственно эфиром.
Несмотря на то, что описанная методика является вполне удовлетворительной, авторам удалось отчетливо показать, что в процессе увлажнения муки происходит заметное связывание жировых веществ и особенно фосфатидов белками клейковины. Так, если в исходной муке 70% всех жировых веществ находилось в свободном состоянии, то при увлажнении муки до 30% влажности количество извлекаемых эфиром жиров снижалось до 39%, а при образовании теста — до 6—7% от общей суммы. Искусственное обогащение муки жиром из такой же муки приводило к резкому (в 3 раза) возрастанию связанных липидов в тесте.
Авторы показали, что около 70% всех жировых веществ муки связывается клейковиной, причем главным образом ее глютениновой фракцией. Разделив клейковину на глиадин, мезонин и глютенин, но не проводя полученные препараты через спирт и эфир, а обезвоживая их лиофилизацией, авторы нашли в глютенине до 20% связанных липоидов, что дало им основание ввести новый термин — «липоглютенин» — для обозначения той естественной, по их мнению, фракции клейковины, которая при обезжиривании превращается в обычный глютенин. Таким образом, указанные исследователи приходят к выводу, что жировые вещества являются обязательными компонентами клейковины, поскольку один из главных белков, составляющих клейковину, следует считать лилопротеином.
С этим выводом нельзя согласиться по следующим соображениям.
Как указывалось выше, мука может быть обезжирена эфиром без всякого ущерба для получения из нее клейковины, а, с другой стороны, искусственное прибавление к муке свободных жиров резко увеличивает содержание связанных жиров в клейковине. Отсюда очевидно, что большая часть содержащихся в клейковине связанных (не извлекаемых эфиром) жировых веществ является отнюдь не обязательной составной частью клейковины, поскольку эти вещества могут и не находиться в клейковине в таком количестве, если бы мука была предварительно обезжирена. К сожалению, авторы рассматриваемой работы не привели никаких опытов с предварительно обезжиренной мукой, в составе которой остались бы лишь связанные липоиды. Вероятно, в этом случае ни глютенин, ни другие фракции клейковины не содержали бы больших количеств жировых веществ и понятие о «липоглютенине» вряд ли могло быть обосновано. Авторы, конечно, правы в том отношении, что в обычных условиях и клейковина и отдельные ее фракции содержат в своем составе значительные количества жировых веществ, так как последние уже при замешивании теста переходят из свободного состояния в связанное. Однако в большей своей части эти вещества имеют характер примесей, сорбированных белками, а не необходимых компонентов клейковины, поскольку последняя может образоваться и без их участия.
В последующей работе Мичем и Вейнштейн (Mecham, Weinstein. 1562) выяснили влияние некоторых ингредиентов теста на связывание жировых веществ муки при его замесе. Оказалось, что добавление к муке поваренной соли (до 5%), а также 1—5% полиоксиэтилен-стеарата (препарат «Мири-45») заметно снижает количество связанных липидов в тесте. Одновременно уменьшается общее содержание липидов и липоидного фосфора в отмытой клейковине. Таким образом, указанные вещества тормозят связывание липидов, с белками клейковины и геста. Другие ингредиенты теста — сахароза, дрожжи, обезжиренный остаток сухого молока, солод и бромат калия — не оказывают подобного действия.
Рассмотрим далее, как влияют на формирование клейковины жировые вещества, находящиеся уже в связанном состоянии в сухой муке, не извлекаемые из нее непосредственно эфиром. Чтобы решить этот вопрос, необходимо удалить из муки все связанные липиды, не денатурируя при этом белковые вещества, а затем выяснить возможность отмывания клейковины из обезжиренной таким образом муки. В литературе описано несколько способов извлечения связанных жиров и липоидов из растительного материала.
Олькот и Мичем (Olcott, Mecham, 1947) применяли экстрагирование связанных липидов абсолютным спиртом в аппарате Сокслета, затем отгоняли спирт и остаток перерастворяли в хлороформе. Синклер и Мак-Колла (Sinclair McCalla, 1937) извлекали сумму жировых веществ из муки смесью 95% этанола и эфира при комнатной температуре. Такер (Tucker, 1946) предложил экстрагировать связанные липиды из предварительно обезжиренной эфиром пшеничной муки путем настаивания ее в течение 48 часов при комнатной температуре со смесью равных объемов абсолютного спирта и эфира. Этот метод давал хорошее совпадение с результатами, получающимися если муку предварительно подвергнуть 18-часовому действию папаина, а затем извлечь водную болтушку эфиром и определить сухой вес эфирорастворимых веществ. Указанным способом Такер удалил из муки как свободные, так и связанные жировые вещества и затем получил из нее так называемую «сульфитную клейковину» — белковую массу, выделяемую путем сильного размешивания муки в маслобойке с водным раствором Na2S03 и NaHS03.
Показано, что полное отсутствие жировых веществ в муке не препятствует образованию «сульфитной клейковины» и даже повышает ее выход по сравнению с необезжиренной мукой. К сожалению, никаких данных о возможности отмывания обычной клейковины из полностью обезжиренной муки автор не приводит и предполагать такую возможность можно лишь по аналогии с образованием «сульфитной клейковины».
А. Б. Вакар (1952) извлекал связанные жиры и липоиды из предварительно обезжиренной эфиром муки, настаивая ее в течение пяти суток с 96% этанолом, а затем в течение трех суток вновь с эфиром. Из обработанной таким способом муки клейковина легко отмывалась и качество ее было очень хорошим. Содержание клейковины в муке, обезжиренной только эфиром, и в муке после экстрагирования связанных липидов было одинаковым. После высушивания в вакууме при комнатной температуре клейковина была обработана кипящим 96% этанолом и затем экстрагирована эфиром для определения содержания в ней связанных жировых веществ (Кизель, 1934). Оказалось, что в обоих препаратах клейковины (из муки, обезжиренной эфиром, и муки, обработанной эфиром, спиртом и вновь эфиром) содержались жировые вещества в одинаковом количестве, а именно, около 0,7%.
Этот результат показывает, что даже длительная обработка муки крепким спиртом и эфиром без нагревания не гарантирует полного удаления связанных жиров и липоидов. В то же время простое обезжиривание муки эфиром приводит к получению клейковины с крайне низким общим содержанием жировых веществ, причем ни количество, ни качество клейковины не изменяется по сравнению с контрольной и обезжиренной мукой. Если сопоставить полученную в этом опыте величину процентного содержания суммы жиров и липоидов в сухой клейковине из обезжиренной муки — 0,7% — с цифрами порядка 6—10%, приводимыми другими авторами, изучавшими состав клейковины из обычной муки, то становится совершенно очевидным, что во всех тех случаях, когда мука предварительно не обезжиривалась, в составе клейковины обнаруживались жировые вещества, связанные белками в процессе приготовления теста и совершенно не обязательные для построения самой клейковины.
В последние годы вопрос о значении липидов муки для образования клейковинного комплекса был вновь поднят исследованиями Гессл (Hess, 1954, 1956), Трауба, Хэтчинсона и Даниельса (Traub, Hutchinson, Daniels, 1957) и Гросскрейца (Grosskreutz, 1960). В серии своих работ о промежуточном и прикрепленном белках эндосперма пшеницы Гесс (Hess, 1954, 1955а, б, 1958) утверждает, что удаление из муки липоидов путем обработки ее этанолом, смесью мета — иола и этанола 0:1) на холоду или смесью этанола и бензола при 62°С приводит к невозможности получить связное тесто из экстрагированной муки. В то же время извлечение простых жиров ацетоном не препятствует получению теста из обезжиренной муки. Как промежуточный, так и прикрепленный белок, выделяемые из муки по методике Гесса, содержат в своем составе липоиды, небольшую часть которых не удается отделить от белка, даже обрабатывая муку смесью метанола и этанола на шаровой мельнице.
На основании различий в рентгенограммах белков, полученных до и после экстракции лецитина из муки, Гесс предполагает, что фосфатиды играют существенную роль в мированни клейковины, благодаря своей способности легко гидратироваться.
Следует подчеркнуть, однако, что прямых опытов но отмыванию клейковины из муки, освобожденной от липоидов, Гесс не проводил, а ограничивался лишь замесом теста. Как указывалось выше, после экстрагирования липоидов тесто получалось несвязным и отсюда был сделан вывод об отсутствии в нем клейковины. Таким образом, Гесс пришел к заключению, что липоиды являются необходимыми компонентами клейковинного комплекса пшеницы.
Аналогичный вывод был слелан также Траубом, Хэтчинсоном и Даниельсом, а в последнее время подтвержден Гросскрейцем. На основании рентгенографического исследования сырой и сухой клейковины и ряда липидных фракций пшеничной муки, указанные авторы считают, что клейковина состоит из белковых волокон, связанных между собой слоями фосфолипидов, присутствие которых оказывает большое влияние на физические свойства клейковинного комплекса в целом.
Имеется, однако, ряд убедительных данных, заставляющих критически отнестись к представлению о липидах, как необходимых компонентах клейковины.
В 1955 г. Мичем и Мохаммед (Mecham, Mohammad, 1955) показали, что из пшеничной муки, отрубей и цельносмолотого зерна можно полностью удалить все жиры и липоиды путем экстрагирования их водонасыщенным нормальным бутиловым спиртом при комнатной температуре [метод Мортона (Morton, 1950)]. Если остаток муки подвергнуть, затем гидролизу и из подкисленного гидролизата выделить жирные кислоты, то количество их оказывается совершенно ничтожным (около 0,01%), что доказывает полное извлечение жировых веществ бутанолом. Муку, экстрагированную водонасыщенным бутанолом, освобождали от оставшегося растворителя с помощью промывания этиловым эфиром и сушки в вакууме при 50°, однако легкий запах бутанола в муке все же сохранялся. Из подготовленной таким образом муки,
Полностью свободной от жиров и липоидов, удается обычным образом отмыть клейковину, которая получается более крепкой и менее растяжимой, чем клейковина исходной муки. Растворимость ее также несколько снижается.
Микровыпечки хлеба показали, что в соответствии с ухудшением качества клейковины при экстрагировании муки водонасыщенным н-бутанолом наблюдается уменьшение объема хлеба. Если к обезжиренной муке вновь добавить извлеченный из нее жир, то объем хлеба увеличивается, но все же не достигает первоначальной величины. Удаление липидов из сухой лиофилизированной клейковины с помощью водонасыщенного н-бутанола не лишает ее способности набухать в воде и вновь образовывать студень сырой клейковины.
Описанные опыты убедительно доказали, что полное удаление из муки связанных липоидов не препятствует образованию клейковины, которая, следовательно, не является белково-липоидным комплексом, как предполагали ранее Олькот и Мичем.
Бхатти и Мак-Колла (Bhatti, McCalla, 1958) подтвердили результаты Мичем и Мохаммеда в отношении возможности отмыть клейковину из муки, экстрагированной водонасыщенным н-бутанолом, подчеркнув, однако, сильное ухудшение ее физических свойств под влиянием бутанола: клейковина отмывалась легко, но была короткорвущейся и недостаточно связной.
В самое последнее время вопрос о роли липоидов в процессе формирования клейковины был исследован Н. П. Козьминой и А. Т. Наумовой (1959). Указанные авторы сравнили, прежде всего, количества липоидов, извлекаемые из пшеничной муки различными растворителями, и подтвердили, что наилучшие результаты получаются при использовании насыщенного водой нормального бутанола.
Во всех опытах полученные вытяжки были выпарены в вакууме, остаток перерастворен в хлороформе, раствор отфильтрован, вновь выпарен и остаток взвешен.
После экстрагирования липоидов муку освобождали от растворителей и отмывали из нее клейковину. Смесь метанола и этанола удаляли подсушиванием муки в тонком слое при комнатной температуре в течение нескольких дней до исчезновения запаха спиртов. Муку, обработанную водонасыщенным н-бутанолом, обезвоживали эфиром и ацетоном, а затем подсушивали при комнатной температуре. Запах бутанола в муке все же оставался. Результаты определения клейковины в муке, освобожденной от липоидов.
Из муки, экстрагированной смесью этанола и метанола, клейковина отмывалась легко и по качеству ничем не отличалась от контрольной. В противоположность этому, клейковина из муки, обработанной бутанолом, отмывалась с трудом вследствие плохой слипаемости отдельных ее частиц.
После тщательного отмывания из муки, обработанной бутанолом, удалось все же выделить
93—98% исходного количества клейковины, однако качество ее было значительно хуже, чем в контроле: клейковина получилась короткорвущейся, недостаточно связной. Аналогичные результаты были получены и при отмывании клейковины из препаратов промежуточного и прикрепленного белков, выделенных из муки по Гессу и затем экстрагированных либо смесью этанола и метанола, либо водонасыщенным нормальным бутанолом. Смесь этанола и метанола не оказывает существенного влияния на выход и качество клейковины из промежуточного и прикрепленного белков, тогда как обработка их водонасыщенным н-бутанолом сильно снижает
Выход клейковины (на 8% для промежуточного и на 25% для прикрепленного белков) и превращает ее в короткорвущуюся, малосвязную массу. Баланс азота при отмывании показывает, что клейковина не переходит в раствор, но теряется вместе с крахмалом вследствие плохой слипаемости ее мельчайших частиц.
Описанные опыты Н. П. Козьминой и А. Т. Наумовой подтверждают данные Мичем и Мохаммеда, но находятся в противоречии с результатами Гесса, утверждавшего, что обработка муки смесью этанола и метанола (на холоду) препятствует отмыванию из нее клейковины. Выше отмечалось, что Гесс не отмывал клейковину из муки, а об отсутствии ее судил лишь по характеру замеса теста. В опытах же Н. П. Козьминой и А. Т. Наумовой приведены количественные данные о содержании клейковины в муке, свободной от липоидов, что несравненно убедительнее. Расхождение своих результатов с данными Гесса Н. П. Козьмина и А. Т. Наумова объясняют недостаточным удалением остатков этанола и метанола из экстрагированной муки в опытах последнего.
Не так давно И. Ш. Шкловский (1955а) экспериментально показал, что присутствие в муке даже ничтожных количеств этилового спирта сильно затрудняет отмывание клейковины вследствие плохого слипания ее частиц. Все же при тщательном и осторожном отмывании на тонких ситах удается выделить клейковину в количестве, равном контрольному (без спирта). По-видимому, Гесс не обращал должного внимания на полноту удаления из муки остатков этанола и метанола, затруднявших приготовление связного теста. Бутанол еще сильнее тормозит формирование клейковины, а извлекается он из муки с большим трудом. Из свежеобработанной бутанолом муки клейковина совершенно не отмывается (Козьмина и Наумова, 1959) и только длительное удаление бутанола с помощью эфира, ацетона и сушки приводит к получению муки, из которой при осторожном и тщательном отмывании удается выделить короткорвущуюся клейковину. Так как во всех случаях мука сохраняла все же запах бутанола, особенно резко проявлявшийся в тесте при замесе, можно предполагать, что присутствие этого растворителя, а не отсутствие липоидов является истинной причиной плохого качества получаемой клейковины. Другие способы извлечения липоидов из муки, например длительная обработка ее смесью этанола и бензола при 62° (Гесс, 1958) или извлечение кипящим этиловым спиртом, приводят, по данным Н. П. Козьминой и А. Т. Наумовой, к значительной денатурации белков (определяемой по уменьшению спирторастворимого белка). Эта денатурация, а не удаление липоидов, является, по мнению авторов, причиной снижения выхода клейковины и ухудшения ее качества после экстрагирования муки указанными растворителями.
На основании своих опытов и критического рассмотрения данных других авторов Н. П. Козьмина и А. Т. Наумова приходят к совершенно определенному выводу о том, что липоидная фракция муки не является необходимой для формирования клейковины и получения нормального хлеба. Этот вывод можно считать хорошо обоснованным в том отношении, что три отсутствии жиров и липоидов в муке клейковину действительно можно отмыть. Однако тот факт, что клейковина получается при этом неудовлетворительного качества, еще не объяснен с полной убедительностью. Нельзя считать доказанным, что ухудшение клейковины после экстрагирования липоидов зависит только от присутствия остатков растворителя в муке, поскольку специальные опыты по выяснению действия следов бутанола на муку, содержащую липоидную фракцию, не проводились, следовательно, не было и разделения факторов, могущих повлиять на качество клейковины: отсутствия липоидов и присутствия бутанола. В опытах Н. П. Козьминой и А. Т. Наумовой действовали оба этих фактора, что не дает возможности дать окончательное предпочтение одному из них. Может быть, наличие в клейковине связанных с белками липоидов необходимо для создания молекулярной структуры, соответствующей определенным физическим свойствам, характерным для клейковины «нормального качества». В этом случае удаление липоидов могло бы нарушить эту структуру, вследствие чего физические свойства клейковины изменились бы в направлении ухудшения ее качества.
Подводя итоги современным сведениям об участии жировых веществ в построении клейковинного комплекса пшеницы, можно сказать следующее. Полное удаление свободных жиров и липоидов из муки не препятствует формированию клейковины совершенно нормального качества. Таким образом, эти вещества, безусловно, не являются необходимыми компонентами клейковинного комплекса, хотя, вступая с ним в сорбционное или химическое взаимодействие, они могут значительно изменять его физические свойства.
Связанные жиры и липоиды также, по-видимому, не являются обязательными компонентами клейковины, так как при полном их извлечении из муки или препаратов промежуточного и прикрепленного белков, клейковину отмыть удается. Трудность выделения и плохие физические свойства получаемой при этом клейковины скорее всего объясняются побочными обстоятельствами — в частности присутствием следов растворителей в муке, препятствующих слипанию частиц клейковины. Все же не исключено, что связанные липоиды могут играть известную роль в построении клейковинного комплекса, обусловливая наличие некоторой внутренней структуры, соответствующей характерным физическим особенностям клейковины. Для окончательного выяснения этого вопроса, а также вопросов, связанных с природой действия жиров и липоидов на клейковину, необходимы дальнейшие экспериментальные исследования.