Хлеб Наш Насущный — Часть 1

Author: Klaus Roth
Перевод с английского: Диана Мочерняк ©

[nk_awb awb_type=”color” awb_color=”#eeee22″]

            Превращение спелых колосьев зерна в душистый, ароматный хлеб граничит с волшебством. Это заслуга многих рук людей, ответственных за выращивание гибридов зерна, заслуга фермеров, мельников и, наконец, пекарей. За такими “чудесами” часто кроется изрядное количество химии, следы которой в данном случае легко обнаружить, например, когда посредством замеса липкую массу превращают в ровное хлебное тесто.

            А собственно процесс выпечки? Этот действие, конечно, представляет собой химию в её чистом виде. Сначала мы наблюдаем “простой” подъем теста, и вскоре после этого слышим поистине соблазнительный аромат, который доносится из печи. Немного позже мы наслаждаемся тонкими, восхитительными звуками, когда мы кусаем свежую, хрустящую корочку, в то же время чувствуя своим языком нежный мякиш буханки хлеба, способный принести наслаждение невообразимым вкусом этого свежеиспеченного “чуда”.

 Конечно, было бы целесообразно для нас поближе взглянуть на этот замечательный процесс приготовления буханки хлеба!

            Целенаправленное выращивание человечеством диких трав началось еще в период неолита, начиная примерно с 10500 г. до н. э. Недавние исследования показали, что такое культивирование не началось как одно внезапное открытие, а скорее составило затяжной процесс, продолжающийся в течение тысячелетий [1], во время которого наша современная плодородная пшеница постепенно развивалась, начиная со скромных диких трав Эммер и Эйнгорн [2]. Из всемирного ежегодного урожая прибл. 651 млн тонн, около 20% потребностей человечества в калориях, в настоящее время (2010) удовлетворяются пшеницей, больше, чем любой другой культурой. Благодаря эффективной селекции и внедрению в конце 19 века техники в поле, на мельнице и в хлебопекарне, пшеничная мука и хлеб, выпеченный из нее, являются на сегодняшний день продуктами чрезвычайно ценными и в то же время удивительно недорогими.

            Внедрение промышленных методов массового производства на хлебозаводах в 1980-х годах грозило заставить нас разочаровываться однообразием как в доступных видах хлеба, так и в их вкусе. Казалось бы, это однообразие действительно может произойти, однако, с признанием ценности разнообразия, очевидного как в новых творениях, так и в повторном производстве многих давно известных форм хлеба, этого не случилось.

            Целый ряд хлебных регионов уже давно отметил Германию, как своего рода хлебный рай, поистине уникальный в мире. Поэтому давайте будем стремиться к созданию буханки немецкого хлеба, от ржаного и пшеничного поля до самого стола, уделяя внимание тому, чтобы, возможно, с некоторым удивлением отметить многочисленные химические процессы, которые разворачиваются перед нами.

    1. Злаковые Растения

            Зерновые культуры являются посевами, полученными из семейства злаков, особенно отличающихся своими крупными семенными ядрами. Поскольку в основном хлеб получают исключительно из пшеницы и/или ржи, эти два сорта часто называют зернами хлеба, причем рис, кукуруза, просо, овес и ячмень отнесены к категории не хлебных зерен. Однако это различие упрощает ситуацию, поскольку большинство последних находят своё место в некоторых менее распространенных хлебных изделиях в мире.

            1.1. Пшеница

            В случае пшеницы хлеб и почти все другие хлебобулочные изделия производятся исключительно из мягкой пшеницы (Triticum aestivum). В Германии (27.8 млн тонн, 2014) фермеры сажают в основном озимую пшеницу. Фактическое разнообразие доступных сортов пшеницы является почти невообразимым для среднего непрофессионала; каждый год фермер сталкивается с выбором соответствующего сорта, принимая во внимание особенно климатические факторы, почвенные условия, устойчивость в отношении вероятных вредителей и текущую экономическую ситуацию.

Пшениця м'яка або звичайна (Triticum aestivum L.) використовується як основний компонент хлібних виробів. Пшениця тверда (Triticum durum Desf.) використовується для виготовлення макаронного тіста та для покращення звичайних хлібних виробів.  Вікіпедія
В Україні в помітних кількостях вирощуються такі види пшениці, як полба (Triticum dicoccum — використовується для виготовлення крупи), пшениця карликова (Triticum compactum — використовується для вироблення розсипчастої випічки), пшениця спельта (Triticum spelta), пшениця польська (Triticum polonicum), пшениця англійська, або тургідум (Triticum turgidum). В Україні рекомендовано близько 70 сортів пшениці, серед яких до 80% — сорти озимої пшениці й лише 20% — ярої.

У 2015 році в Україні було вирощено 26-27 млн тонн пшениці, у Вінницькій області було вирощено найбільше — 2,2 млн тонн. Близько 15 млн тонн пішло на експорт, Україна останні роки входить до десятки найбільших експортерів пшениці у світі. Найбільшим покупцем української пшениці є Єгипет, далі Таїланд, Індонезія, Судан, Південна та Північна Кореї. Під пшеницю відведено 6,7 млн га земель (22% всіх сільськогосподарських земель), середня врожайність 3,9 т з гектара (для порівняння в Європі найвищі врожаї в Ірландії — 10 т, а рекорд у 2010 в Новій Зеландії 13 т, при чому у Венесуелі врожайність лише 0,3 т з га). Усього в 2016 буде вирощено у світі близько 708 млн т.

1.2 Рожь

            Рожь принадлежит к роду Secale. На ней растут длинные колосья (Рис. 1), и это растение менее требовательно, чем пшеница по отношению к климату и качеству почвы, по этой причине она более предпочитаемая культура в Северной Германии, Польше, России, и Скандинавии. Тем не менее, принимая Германию в целом, пшеница остается доминирующей: в 2012 году здесь было собрано 22,4 млн тонн мягкой пшеницы, по сравнению с 3,8 млн тонн ржи.

    • Рис. 1. Пшеница (слева) и рожь (справа), созрели для сбора урожая.

2. Ядро пшеницы

Ядро пшеницы – сложный орган, не только по своей анатомической структуре (Рис. 2, Tab. 1), но и химически. Различные компоненты, такие как жиры, белки, углеводы, минералы, витамины, и не перевариваемые волокна распределены очень неоднородно. В зародыше пшеницы содержится 25% от общего количества протеина в растении, и относительно высокая доля клетчатки, она представляет только 2-3% от общего веса стержня. Отруби, между тем, особенно богаты минералами и не перевариваемыми волокнами, а в эндосперме (90% по весу) встречаются почти все крахмалы, также в них содержится небольшое количество белка (клейковины) и минералов [5].

 

    • Рис. 2. Структура ядра пшеницы [4].

Таблица 1. Состав ядра пшеницы [4].

             Оболочка Зародыш Эндосперма
Крахмал 0 0 100
Липиды 30 20 50
Полисахариды 87 5 8
Минералы 54 15 31
  1. Измельчение и Мельница

Механическое измельчение ядер зерна – сложный и трудоемкий процесс. Даже после введения римлянами мельницы, тонкая белая мука веками оставалась роскошью, доступной для богатых. Только после изобретения в 1800-х вальцовой мельницы, в которой ядра измельчаются между стальными валками, появилась возможность получения недорогой белой муки.

3.1 Очистка

Перед помолом необходимо удалить различные потенциальные загрязняющие вещества из зерна, поступающего на мельницу: гравий или камни, остатки насекомых, семена других растений, спорынью, кусочки металла, веточки и др. Начальная чистка включает отделение на основе размера и формы частицы (сортировка). Каменные сепараторы действуют специфически для того чтобы извлечь тяжелые частицы, как камни или частицы металла. В современной промышленной мельнице, каждое– буквально каждое! – ядро зерна исследуется с помощью оптического сортировочного устройства, основанного на использовании цифровой камеры, в поисках возможных цветовых отклонений. Специфические частицы с цветом, который считают неуместным после обнаружения – отбрасывают выборочно от общего потока зерна с помощью сильного потока воздуха—сразу, очень точного и обычно работающего при давлении 4 атм.

Пропускная способность современного оптического сортировщика зерна очень впечатляющая: в одну секунду более 30000 (!!) ядер зерна будут оцениваться визуально и автоматически. Этот высокий объем достигнут при помощи камеры одновременно захватывая изображения падающих стержней в каждом из 72-х валов. Благодаря параллельной работе с несколькими камерами общая пропускная способность может быть увеличена до более чем 150 000 ядер в секунду. Такие усилия оправданы, особенно в случае ржи из-за её склонности к спорынье. Фермер может в определенной степени свести к минимуму риск спорыньи через тщательный отбор семян, но всё же на образование спорыньи влияет также и погода, которая в конечном итоге определяет потенциал роста гриба.

О наличие спорыньи во ржи оповещает её более темный цвет. К счастью, это, таким образом, легко обнаружить эффективным оптическим сортировщиком зерна. Это важно: из-за своей высокой токсичности и концентрации алкалоидов, количество спорыньи в хлебе не должно превышать 0,05 %. Спорынья является озимой формой (мицелий, склероций) грибка Claviceps purpurea, который падает на землю осенью, зимует там, а весной становится источником грибковых спор, которые разносятся ветром на цветы зерновых культур. Там они закрепляются, предотвращая плодоношение, поражённая форма может достигать до 1,5 см в длину (Рис. 3, середина).

Склероция содержит настоящий алкалоидный коктейль, основным компонентом которого является эрготамин, производное лизергиновой кислоты. Эрготамин высоко токсичен, вызывает судороги, подобные симптомы и/или мучительную боль в конечностях. В средневековье это состояние часто носило эпидемический характер, становясь известным как “огонь Святого Антония“. (см.  статью здесь)
Позже, после того, как это состояние лучше изучили, его называли просто”эрготизмом”.

    • Рис. 3. Рожь загрязненная спорыньей (справа) и чистая (слева).

Алкалоиды спорыньи не единственные токсические метаболические продукты, содержащиеся в грибках, которые могут загрязнить зерно. При высокой температуре и влажности зерна также восприимчивы в период цветения к различным формам, особенно к фузарии; в случае пшеницы, в первую очередь Фузариума. Таким образом, в 1998 году более 90% урожая пшеницы в Центральной и Северной Германии оказались заражены фузарией. В фузарии содержатся такие токсины, как DON (desoxynivalenol, также называемый вомитоксин) и ЗЕА (зеараленона), которые могут повлиять на иммунную систему, а также выступать в качестве аллергенов. ЗЕА также показывает эстрогенные и анаболические эффекты, в зерновых продуктах эти вещества также не могут превышать определенные предписанные уровни [6]. Однако в обоих случаях они оказываются менее опасными для человека, чем для сельскохозяйственных животных.

3.2 Измельчение

Измельчение зерна представляет собой многоэтапный механический процесс, с повторным чередованием между измельчением и просеиванием. Традиционные жернова сегодня находят применение только в ностальгических мельницах, эксплуатируемых в основном на благо туристов. В современном коммерческом понятии, мельница – это два стальных ролика, вращающихся в противоположных направлениях, где структура поверхности роликов гладкая и пульсирует для глубокого помола и получения качественного продукта.

После каждого из приблизительно 8-12 последовательных измельчительных движений, зерно отделяют по плотности и размеру. Необходимый скрининг продолжается с помощью огромных, электрически управляемых просеивателей, в каждом из которых комплект больших сеток (100-1000 µm), расположенных как вертикальный блок, эффективно сортирует свежо-смолотый материал в муку, грубую муку, манную крупу, и грубые отруби (Fig. 4). Конечный результат, после стольких этапов, представляет весь ряд стандартно доступных коммерчески типов муки (табл. 2).

    • Рис.4. Сырьевой входной материал (выше) вместе с типичными продуктами (ниже) из мельницы. Ядра пшеницы после очистки (а) измельчаются на нескольких стадиях измельчения (помол). Первый этап предполагает отделение шелухи (отрубей) (в) и зародышей (с). Остаточный эндосперм, с кусочками шелухи все еще связан, многократно измельчается дальше, с соблюдением отделения на каждой стадии шелухи (D, E), пока тот, что в конечном счете, не станет тонкой белой мукой (F).

Таблица 2. Виды муки

Зерно (Немецкое) Число типов муки Концентрация минералов Стандартное применение
Зерновая мука 405 0,4 Кондитерские изделия
  550 0,55 Лёгкий универсальный белый хлеб
  812 0,8 Светлый ржаной хлеб
  1050 1,1 Сытная домашняя выпечка, пшенично-ржаной хлеб
  1600 1,6 Тёмный пшенично-ржаной хлеб
Ржаная мука 815 0,8 Ржаные булочки
  997 1 Светлый ржаной хлеб

 

  1150 1,2 «Graubrot» (немецкий лёгкий ржаной хлеб)
  1370 1,4 Тёмный ржаной хлеб
  1750 1,7 Стандартная «пекарская мука» для сытной пшенично-ржаной выпечки

Таблица 2. Виды муки иногда определяются на основе минерального содержания, устанавливаемого путем озоления. Содержание минералов отражает уровень остаточного материала шелухи, поскольку их получают в основном из слоев кожуры. Кроме того, чем ниже содержание шелухи, тем светлее оттенок муки.

Свежесмолотая мука, в силу своей природы содержит пигменты (ксантофилл), поэтому имеет слегка желтый оттенок. При хранении зерна пигмент окисляется Кислородом воздуха и зерно заметно светлеет. Помимо этого, оптические изменения, “созревания” муки также способствуют высвобождению SH-групп в белках и окисляются до бисульфитных мостиков, образуя в результате поперечные сшивки. Это в свою очередь улучшает хлебопекарные свойства муки.

Список литературы:

[1] M. Balter, Science 2007, 316, 1830. DOI: 10.1126/science.316.5833.1830
[2] J. Dubcovsky, J. Dvorak, Science 2007, 316, 1862. DOI: 10.1126/science.1143986
[4] W. Ternes, Naturwissenschaftliche Grundlagen der Lebensmittelzubereitung, Behr’s Verlag, Hamburg, Germany, 1990. ISBN: 978-3-89947-422-0
[5] H. McGee, On Food and Cooking, Scribner, New York, USA, 2004. ISBN: 978-0-68480-001-1
[6] B. Niesing, Fraunhofer Magazin 2004, 4, 15. Link

Prof. Klaus Roth

Freie Universität Berlin, Germany.
The article has been published in German in:
Chem. Unserer Zeit 2007, 41(5), 400–409.
DOI: 10.1002/ciuz.200700438
and was translated by W. E. Russey.
DOI: 10.1002/chemv.201300016

Our Daily Bread — Part 1
Author: Klaus Roth
Published Date: 05 February 2013
Source / Publisher: Chemie in unserer Zeit/Wiley-VCH
Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

[/nk_awb]

Переклад з англійської: Діана Мочерняк ©2018
Редакція та дизайн – Майстерний Хімік™ ©2018