PROZESSE, DIE WÄHREND DES BACKENS IM BROT ENTSTEHEN
Prof. Prof. A. Ya. Auermann. 1942 Jahr
1.1 Das Teigbrot aufwärmen
Brotprodukte werden in der Backkammer eines Backofens bei einer Luftdampftemperatur von 200-280 ° C gebacken. Das Backen von 1 kg Brot erfordert etwa 293-544 kJ. Diese Wärme wird hauptsächlich zum Verdampfen der Feuchtigkeit aus dem Teigstück und zum Erhitzen auf eine Temperatur von 96 bis 97 ° C in der Mitte verwendet, bei der der Teig zu Brot wird. Ein großer Teil der Wärme (80-85%) wird durch Strahlung von den heißen Wänden und Bögen der Backkammer auf das Teigbrot übertragen. Der Rest der Wärme wird durch Wärmeleitung vom heißen Herd und durch Konvektion von den sich bewegenden Strömen des Dampf-Luft-Gemisches in der Backkammer übertragen.
Die Teigstücke werden ausgehend von der Oberfläche allmählich erhitzt, daher finden die für das Backen typischen Prozesse nicht gleichzeitig in der gesamten Brotmasse statt, sondern Schicht für Schicht - zuerst in den äußeren Schichten, dann in den inneren Schichten. Die Geschwindigkeit des Erhitzens des Teigbrotes im Allgemeinen und folglich die Dauer des Backens hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Mit steigender Temperatur in der Backkammer werden die Werkstücke schneller erhitzt und die Backzeit verkürzt. Teig mit hoher Feuchtigkeit und Porosität erwärmt sich schneller als starker und dichter Teig.
Teigstücke von beträchtlicher Dicke und Gewicht erwärmen sich bei sonst gleichen Bedingungen länger. Formbrot wird langsamer gebacken als Herdbrot. Der enge Sitz der Teigstücke am Boden des Ofens verlangsamt das Backen der Produkte.
1.2 Bildung einer harten Brotkruste
Dieser Vorgang erfolgt durch Austrocknung der äußeren Schichten des Teigstücks. Es ist wichtig zu beachten, dass die harte Kruste das Wachstum des Teig- und Brotvolumens stoppt. Daher sollte sich die Kruste nicht sofort bilden, sondern 6-8 Minuten nach dem Beginn des Backens, wenn das maximale Volumen des Stücks bereits erreicht ist.
Zu diesem Zweck wird der ersten Zone der Backkammer Dampf zugeführt, dessen Kondensation auf der Oberfläche der Rohlinge die Dehydratisierung der Deckschicht und die Bildung einer Kruste verzögert. Nach einigen Minuten beginnt die oberste Schicht, die sich auf eine Temperatur von 100 ° C erwärmt, schnell an Feuchtigkeit zu verlieren und verwandelt sich bei einer Temperatur von 110 bis 112 ° C in eine dünne Kruste, die sich dann allmählich verdickt.
Wenn die Kruste dehydriert ist, verdunstet ein Teil der Feuchtigkeit (etwa 50%) in die Umgebung und ein Teil gelangt in die Krume, da beim Erhitzen verschiedener Materialien Feuchtigkeit immer von den stärker erhitzten Bereichen (Kruste) zu weniger erhitzten Bereichen (Krume) gelangt. Der Feuchtigkeitsgehalt der Krume infolge der Bewegung der Feuchtigkeit aus der Kruste steigt um 1,5 bis 2,5%. Der Feuchtigkeitsgehalt der Kruste am Ende des Backens beträgt nur 5–7%, was bedeutet, dass die Kruste praktisch dehydriert ist.
Die Temperatur der Kruste erreicht am Ende des Backens 160-180 ° C. Oberhalb dieser Temperatur erwärmt sich die Kruste nicht, da die ihr zugeführte Wärme zur Verdampfung von Feuchtigkeit, zur Überhitzung des entstehenden Dampfes sowie zur Krümelbildung verwendet wird.
Die folgenden Prozesse finden in der Oberflächenschicht des Vorformlings und in der Kruste statt: Gelatinierung und Dextrinisierung von Stärke, Denaturierung von Proteinen, Bildung von aromatischen und dunkel gefärbten Substanzen und Entfernung von Feuchtigkeit. In den ersten Minuten des Backens wird infolge der Dampfkondensation Stärke auf der Oberfläche des Werkstücks gelatiniert und geht teilweise in lösliche Stärke und Dextrine über. Eine flüssige Masse aus löslicher Stärke und Dextrinen füllt die Poren auf der Oberfläche des Werkstücks, glättet kleine Unregelmäßigkeiten und verleiht der Kruste nach dem Dehydrieren Glanz und Glanz.
Die Denaturierung von Proteinsubstanzen auf der Oberfläche des Produkts erfolgt bei einer Temperatur von 70-90 ° C. Die Proteinkoagulation trägt zusammen mit der Dehydratisierung zur Bildung einer dichten, unelastischen Kruste bei. Bis zu einer bestimmten Zeit war die Farbe der Brotkruste mit der Menge an nicht fermentiertem Zucker im Teig zum Zeitpunkt des Backens verbunden. Für eine normale Krustenfarbe muss der Teig vor dem Backen mindestens 2-3% nicht fermentierten Zucker enthalten. Je höher die Zucker- und Gasbildungsfähigkeit des Teigs ist, desto intensiver ist die Farbe der Brotkruste.
Zuvor wurde angenommen, dass die Produkte, die die Farbe der Brotkruste bestimmen, braun gefärbte Produkte der Karamellisierung oder primären Hydratation von Restteigzuckern sind, die zum Zeitpunkt des Backens nicht fermentiert wurden. Die Karamellisierung und Dehydratisierung von Zuckern in der Kruste wurde durch die hohe Temperatur erklärt. Einige Forscher glauben, dass farbige Produkte der thermischen Dextrinisierung von Stärke und thermische Veränderungen in den Proteinsubstanzen der Kruste eine Rolle bei der Farbe der Kruste spielen.
Basierend auf einer Reihe von Studien kann angenommen werden, dass die Intensität der Farbe der Brotkruste hauptsächlich auf die Bildung von dunkel gefärbten Produkten der Redoxwechselwirkung von im Teig enthaltenen, nicht fermentierten reduzierenden Teigzuckern und Proteinproteolyseprodukten, dh Melanoidinen, zurückzuführen ist. Zusätzlich hängt die Farbe der Kruste von der Backzeit und der Temperatur in der Backkammer ab.
1.3 Interne Bewegung von Feuchtigkeit im Brot
Beim Backen ändert sich der Feuchtigkeitsgehalt im Inneren des Brotes. Eine Zunahme des Feuchtigkeitsgehalts der äußeren Schichten eines Backprodukts in der Anfangsphase des Backens mit einer starken Befeuchtung der gasförmigen Umgebung der Backkammer und einer anschließenden Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts der Oberflächenschicht auf Gleichgewichtsfeuchtigkeit, die auftritt, wenn diese Schicht sich in eine Kruste verwandelt, wurde oben festgestellt. In diesem Fall gelangt nicht die gesamte im gebackenen Brot in der Verdampfungszone verdampfende Feuchtigkeit in Form von Dampf durch die Poren der Kruste in die Backkammer.
Die Kruste ist viel kompakter und viel weniger porös als die Krume. Die Porengröße in der Kruste, insbesondere in ihrer Oberflächenschicht, ist um ein Vielfaches kleiner als die Porengröße in den benachbarten Krümelschichten. Infolgedessen ist die Brotkruste eine Schicht, die einen hohen Widerstand gegen Dampf bietet, der durch sie aus der Verdampfungszone in die Backkammer strömt. Ein Teil des in der Verdampfungszone erzeugten Dampfes, insbesondere über der unteren Kruste des Brotes, kann von innen durch die Poren und Krümellöcher in die an die Verdampfungszone angrenzenden Krümelschichten strömen. Beim Erreichen der Schichten, die näher am Zentrum liegen und weniger erhitzt sind, kondensiert Wasserdampf, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt der Schicht erhöht wird, in der die Kondensation aufgetreten ist.
Diese Krümelschicht, die sozusagen eine Zone der inneren Kondensation von Wasserdampf in gebackenem Brot ist, entspricht der Konfiguration isothermer Oberflächen in Brot. Für die innere Bewegung von Feuchtigkeit in einem feuchten Material muss es einen Unterschied im Übertragungspotential geben. Bei gebackenem Teigbrot kann es zwei Hauptgründe für die Übertragung von Feuchtigkeit geben: a) den Unterschied in der Feuchtigkeitskonzentration in verschiedenen Bereichen des Produkts und b) den Unterschied in der Temperatur in einzelnen Bereichen des Teigbrotes.
Der Unterschied in der Feuchtigkeitskonzentration ist ein Anreiz für die Bewegung von Feuchtigkeit im Material von Bereichen mit einer höheren Feuchtigkeitskonzentration zu Bereichen mit einer niedrigeren Feuchtigkeitskonzentration. Diese Bewegung wird üblicherweise als Konzentration (Konzentrationsdiffusion oder Konzentrationsfeuchtigkeitsleitfähigkeit) bezeichnet.
Temperaturunterschiede in einzelnen Bereichen des feuchten Materials führen auch dazu, dass Feuchtigkeit von Bereichen des Materials mit einer höheren Temperatur zu Bereichen mit einer niedrigeren Temperatur gelangt. Diese Bewegung der Feuchtigkeit wird üblicherweise als thermisch bezeichnet.
Beim gebackenen Brot wird sowohl ein großer Unterschied im Feuchtigkeitsgehalt der Kruste und der Krume als auch ein signifikanter Temperaturunterschied zwischen der äußeren und der mittleren Schicht des Brotes während der ersten Backperiode beobachtet.Wie die Arbeiten einheimischer Forscher gezeigt haben, überwiegt beim Backen von Brot die stimulierende Wirkung des Temperaturunterschieds in der äußeren und inneren Schicht, und daher bewegt sich die Feuchtigkeit in der Krume während des Backvorgangs von der Oberfläche in die Mitte.
Experimente zeigen, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Brotkrume beim Backen um etwa 2% gegenüber dem ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt des Teigs zunimmt. Die Feuchtigkeit steigt in den äußeren Schichten der Krume während der Anfangsperiode des Backprozesses am schnellsten an, was durch die große Rolle der Wärme- und Feuchtigkeitsleitfähigkeit in dieser Backperiode aufgrund des signifikanten Temperaturgradienten in der Krume erklärt wird.
Aus einer Reihe von Arbeiten folgt, dass während des Backens der Feuchtigkeitsgehalt der Oberflächenschicht eines Teigstücks aufgrund der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit des Dampf-Luft-Gemisches schnell abfällt und sehr schnell das Niveau des Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalts erreicht. Tiefere Schichten, die sich später in eine Krustenschicht verwandeln, erreichen langsamer den gleichen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt.
1.4 Zerbröckeln
Beim Backen innerhalb des Teigstücks wird die fermentative Mikroflora unterdrückt, Enzymaktivitätsänderungen, Stärkegelatinierung und thermische Denaturierung von Proteinen treten auf, Feuchtigkeit und Temperatur der inneren Schichten des Teigbrots ändern sich. Die lebenswichtige Aktivität von Hefen und Bakterien in den ersten Minuten des Backens nimmt zu, wodurch die Fermentation von Alkohol und Milchsäure aktiviert wird. Bei 55-60 ° C sterben Hefe- und nicht thermophile Milchsäurebakterien ab.
Durch die Aktivierung von Hefen und Bakterien zu Beginn des Backens steigt der Gehalt an Alkohol, Kohlenmonoxid und Säuren leicht an, was sich positiv auf das Volumen und die Qualität des Brotes auswirkt. Die Aktivität von Enzymen in jeder Schicht des Backprodukts nimmt zuerst zu und erreicht ein Maximum und fällt dann auf Null ab, da Enzyme als Proteinsubstanzen beim Erhitzen koagulieren und die Eigenschaften von Katalysatoren verlieren. Die Aktivität von a-Amylase kann einen signifikanten Einfluss auf die Qualität des Produkts haben, da dieses Enzym relativ hitzebeständig ist.
In Roggen-Teig, der stark sauer ist, wird a-Amylase bei einer Temperatur von 70 ° C und in Weizenteig nur bei Temperaturen über 80 ° C zerstört. Wenn der Teig viel a-Amylase enthält, wandelt er einen erheblichen Teil der Stärke in Dextrine um, was die Qualität der Krume beeinträchtigt. Proteolytische Enzyme von Brotteig werden bei 85 ° C inaktiviert.
Eine Änderung des Stärkezustands zusammen mit Änderungen der Proteinsubstanzen ist der Hauptprozess, der den Teig in Brotkrumen verwandelt. sie passieren fast gleichzeitig. Stärkekörner gelatinieren bei Temperaturen von 55-60 ° C und darüber. In den Stärkekörnern bilden sich Risse, in die Feuchtigkeit eindringt, weshalb sie deutlich zunehmen. Während der Gelatinierung absorbiert Stärke sowohl die freie Feuchtigkeit des Teigs als auch die Feuchtigkeit, die von den geronnenen Proteinen freigesetzt wird. Stärkegelatinierung tritt auf, wenn ein Mangel an Feuchtigkeit vorliegt (für eine vollständige Stärkegelatinierung muss der Teig 2-3 mal mehr Wasser enthalten), es ist keine freie Feuchtigkeit mehr vorhanden, so dass die Krume des Brotes trocken wird und sich nicht klebrig anfühlt.
Der Feuchtigkeitsgehalt der Krume von heißem Brot steigt (im Allgemeinen) um 1,5 bis 2% im Vergleich zum Feuchtigkeitsgehalt des Teigs aufgrund der von der oberen Schicht des Werkstücks übertragenen Feuchtigkeit. Aufgrund des Feuchtigkeitsmangels ist die Stärkegelatinierung langsam und endet erst, wenn die zentrale Teigschicht auf eine Temperatur von 96 bis 98 ° C erhitzt wird. Die Temperatur in der Mitte der Krume steigt nicht über diesen Wert an, da die Krume viel Feuchtigkeit enthält und die ihr zugeführte Wärme nicht zum Erhitzen der Masse, sondern für deren Verdunstung verwendet wird.
Beim Backen von Roggenbrot tritt nicht nur eine Gelatinierung auf, sondern auch eine Säurehydrolyse einer bestimmten Menge Stärke, wodurch der Gehalt an Dextrinen und Zuckern im Teigbrot erhöht wird. Eine mäßige Hydrolyse der Stärke verbessert die Qualität des Brotes.
Die Änderung des Zustands von Proteinsubstanzen beginnt bei einer Temperatur von 50-70 ° C und endet bei einer Temperatur von etwa 90 ° C.Proteinsubstanzen werden beim Backen thermisch denaturiert (koaguliert). Gleichzeitig werden sie dichter und geben Feuchtigkeit ab, die sie während der Teigbildung aufnehmen. Geronnene Proteine fixieren (fixieren) die poröse Struktur der Krume und die Form des Produkts. In dem Produkt wird ein Proteingerüst gebildet, in das Körner gequollener Stärke eingestreut sind. Nach der thermischen Denaturierung von Proteinen in den äußeren Schichten des Produkts hört die Volumenzunahme des Werkstücks auf.
Es kann angenommen werden, dass der endgültige Feuchtigkeitsgehalt der inneren Oberfläche der Schicht neben der Krume ungefähr gleich dem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt des Teigs (W0) plus einer Zunahme aufgrund der inneren Bewegung der Feuchtigkeit (W0 + DW) ist, während die äußere Oberfläche dieser Schicht neben der Kruste einen Feuchtigkeitsgehalt von gleich aufweist Gleichgewichtsfeuchtigkeit. Basierend darauf wird in der Grafik für diese Schicht der Wert des endgültigen Feuchtigkeitsgehalts genommen, der Durchschnitt zwischen den Werten (W0 + DW) und W0Р.
Der Feuchtigkeitsgehalt der einzelnen Schichten der Krume nimmt auch während des Backvorgangs zu, und die Zunahme der Feuchtigkeit tritt zuerst in den äußeren Schichten der Krume auf und erfasst dann immer tiefer liegende Schichten. Infolge der thermischen Bewegung der Feuchtigkeit (Wärmeleitfähigkeit) beginnt der Feuchtigkeitsgehalt der äußeren Schichten der Krume, die näher an der Verdampfungszone liegen, gegenüber dem erreichten Maximum sogar etwas abzunehmen. Der endgültige Feuchtigkeitsgehalt dieser Schichten ist jedoch immer noch höher als der ursprüngliche Feuchtigkeitsgehalt des Teigs zu Beginn des Backens. Der Feuchtigkeitsgehalt in der Mitte der Krume wächst am langsamsten, und sein endgültiger Feuchtigkeitsgehalt kann geringfügig geringer sein als der endgültige Feuchtigkeitsgehalt der Schichten neben der Mitte der Krume.
1.5 Vitalaktivität der fermentierenden Mikroflora des Teigs während des Backvorgangs
Die lebenswichtige Aktivität der fermentierenden Mikroflora des Teigs (Hefezellen und säurebildende Bakterien) ändert sich, wenn sich das Teigbrotstück während des Backvorgangs erwärmt.
Wenn der Teig auf etwa 35 ° C erhitzt wird, beschleunigen Hefezellen den Fermentations- und Gasbildungsprozess, den sie verursachen, auf ein Maximum. Bis ca. 40 ° C ist die Hefeaktivität im gebackenen Teig noch sehr intensiv. Wenn der Teig auf Temperaturen über 45 ° C erhitzt wird, wird die durch die Hefe verursachte Gasbildung stark verringert.
Zuvor wurde angenommen, dass bei einer Teigtemperatur von etwa 50 ° C Hefe stirbt.
Die lebenswichtige Aktivität der säurebildenden Mikroflora des Teigs wird in Abhängigkeit vom Temperaturoptimum (das bei nicht thermophilen Bakterien etwa 35 ° C und bei thermophilen Bakterien etwa 48 bis 54 ° C beträgt) zuerst beim Erwärmen des Teigs erzwungen und hört dann nach Erreichen der Temperatur über dem Optimum auf.
Es wurde angenommen, dass beim Erhitzen des Teigs auf 60 ° C die säurebildende Flora des Teigs vollständig abklingt. Die von einer Reihe von Forschern durchgeführten Arbeiten legen jedoch nahe, dass in der Krume von gewöhnlichem Roggenbrot aus Tapetenmehl, obwohl in einem geschwächten, aber lebensfähigen Zustand, einzelne Zellen sowohl von Hefe- als auch von säurebildenden Bakterien erhalten bleiben.
Aus der Tatsache, dass ein kleiner Teil der lebensfähigen fermentativen Mikroflora des Teigs während des Backens in der Brotkrume zurückgehalten wird, folgt in keiner Weise, dass fermentative Mikroorganismen unter allen Bedingungen der Temperatur von 93-95 ° C standhalten können, die während des Backens in der Mitte des Brotes erreicht wird.
Es wurde auch gezeigt, dass das Kochen der in überschüssigem Wasser zerstoßenen Brotkrume alle Arten von fermentativen Mikroorganismen abtötete.
Offensichtlich kann die Erhaltung eines Teils der fermentierenden Mikroflora des Teigs in der Brotkrume in einem lebensfähigen Zustand sowohl durch eine sehr unbedeutende Menge an freiem Wasser als auch durch einen sehr kurzfristigen Temperaturanstieg seines zentralen Teils über 90 ° C erklärt werden.
Aus den obigen Daten folgt, dass die unter den Umgebungsbedingungen bestimmten Temperaturoptima für die fermentierende Mikroflora des Teigs in einer vom Teig abweichenden Konsistenz im Vergleich zu den unter den Bedingungen des gebackenen Teigbrotes wirkenden Optima unterschätzt werden können.
Offensichtlich sollte berücksichtigt werden, dass beim Erhitzen des Teigs auf etwa 60 ° C die Vitalaktivität von Hefe und nicht thermophilen säurebildenden Bakterien des Teigs praktisch aufhört. Thermophile Milchsäurebakterien wie Delbrück-Bakterien können auch bei höheren Temperaturen (75-80 ° C) fermentativ aktiv sein.
Die oben beschriebenen Veränderungen der Vitalaktivität der fermentierenden Mikroflora des gebackenen Teigstücks treten allmählich auf, wenn es sich erwärmt und sich von den Oberflächenschichten zur Mitte ausbreitet.
Siehe Fortsetzung ...
