Autor: dipl. ing. Milena Marković

Sastojci brašna

Sastojci pšeničnog brašna, posebno skrob, proteini, lipidi, i neskrobni polisaharidi, su u velikoj meri istraženi.

Skrob

Skrob je najprisutnija komponenta pšeničnog brašna. Nivo varira, ali u proseku čini 70% osnove suve materije. Kod svih cerealija, višak biljne energije je uskladišten u skrobu. Molekularni sastav i struktura skroba su posmatrana u odnosu na karakteristike skroba. Skrob se javlja samo u endospermu semena u vidu mikroskopskih čestica ili granula. Kod pšenice, granule su uglavnom u dva tipa veličine, tj. velike “elipsaste ” granule, i manje “okrugle” granule. Velike granule su veličine od 10 µm do 50 µm.

Male sferične granule prosečno imaju prečnik oko 10 µm. Granule skroba su zbijene (gustina 1,6 g/L) i delimično kristalizovane. Kod prekomerne količine vode oni apsorbuju oko 30% svoje težine i upiju oko 5%.

Granule skroba se sastoje iz dve klase polimera skroba: amiloze i amilopektina. Amiloza čini oko 25% skroba, ostatak od 75% čini amilopektin. Amiloza je u velikoj meri linearni polimer anhidroglukoznih jedinica povezanih α-1 → 4. Kod pšenice polimer amilaze se sastoji od oko 1000 do 2000 anhidroglukoznih jedinica (stepen polimerizacije, SP 1000 do 2000) i ima molekularnu masu od oko 160.000 do oko 320.000. Postoji mali nivo (

Amilopektin molekuli su veoma veliki (SP obično preko 600.000 i veoma razgranati polimeri. Amilopektin se takođe u većoj meri sastoji od α-1 → 4 veza sa obično oko 5% α-1 → 6 veza kao tački grananja. Molekuli amilopektina su odgovorni za kristalnost u granuli. Kristali su veoma mali i iznose oko 50 × 200 nm.

U okviru granule, i amiloza i amilopektin su uređeni pod pravim uglovima u odnosu na površinu granule. Ova uređenost daje granuli karakteristiku dvostrukog prelamanja. Kada se skrob zagreva u višku vode na oko 55 °C kristali počinju da se tope, granule bubre i dvostruko prelamanje se gubi u opsegu temperature od preko 70 °C (želatinizacija).

Međutim, gubitak dvostrukog prelamanja kod pojedinačnih granula se javlja u daleko manjem opsegu temperature, što pokazuje da je želatinizacija posebna za svaku granulu. Želatinizacija je u osnovi mnogih pekarskih proizvoda. Sadržaj amiloze i raspored dužine lanaca grane amilopektina dominantno utiču na želatinizaciju i karakteristike slepljivanja/želiranja skroba. Kod obrade većine pekarskih proizvoda voda je ograničavajući faktor. Kod ograničenih vodenih sistema, temperature na kojoj granule skroba počinju da se tope ostaje ista, sve dok skrob ne sadrži više od 30% vode. Ipak, opseg temperature na kojoj se kristali tope postaje širi. Tako je moguće da kristali nisu potpuno istopljeni i dvostruko prelamanje nije potpuno izgubljeno čak i na 100 °C.

Stoga se skrob pojavljuje u dve faze (rastvorljivi polimeri i ostaci granula) kod većine pekarskih proizvoda. Odnos rastvorljivih polimera u odnosu na ostatke granula zavisi od sadržaja vode u sistemu. Takođe je važan nivo šećera u sistemima hrane. Visoki nivoi šećera će povećati tačku topljenja kristala skroba, i tako kontrolisati temperature želatinizacije skroba.

Nakon hlađenja i skladištenja dolazi do ponovnog povezivanja lanaca skroba. U ovom kontekstu, često se koristi termin retrogradacija. On se odnosi na skrob koji “se vraća” u svoj početni, kristalni oblik. Kod neželatinizarog skroba amilopektin je delimično kristalan, a nakon hlađenja i skladištenja želatiniziranog skroba, i amilaza i amilopektin su kristalni, tako da se o kristalizaciji amilopektina govori kao o retrogradaciji, a o kristalizaciji amiloze kao takvoj. Procenjeno je da je minimalna dužina lanca za povezivanje lanca, koji uključuje dvostruku spiralnu formaciju i kristalizaciju, iznosi DP10. Skraćivanjem dužine lanca kroz delimičnu β-amilolizu, može se blokirati retrogradacija amilopektina. Retrogradacija skroba je takođe pod uticajem prisustva šećera, soli i lipida.

Oštećeni skrob. Oštećenje skroba se javlja kao rezultat mlevenja valjcima kada su granule skroba podvrgnute sečenju. Takvo sečenje može razoriti kristale u okviru granule skroba. Kao rezultat razaranja kristala granule skroba će nabubriti u vodi, na sobnoj temperature , i biće odmah hidrolizovane α-amilazom.

Obim sečenja kojem su podvrgnute granule zavisi od brojnih faktora. Verovatno da je najvažniji od njih čvrstoća zrna pšenice. Što je čvršća pšenica, više će se seći tokom mlevenja i zato se proizvodi više oštećenog skroba. To su i prednosti i mane proizvođenja oštećenog skroba tokom mlevenja. Kod čvrste pšenice koja se melje u brašno za hleb, oštećeni skrob je prednost. On povećava upijanje vode od strane brašna i time daje veći prinos testa. Više testa je direktno povezano sa više hleba. Tako, od iste količine brašna, pekar dobija veću količinu pekarskih proizvoda. Prilikom pravljenja hleba, oštećeni skrob bubri i počinje da se rastvara tokom mešanja testa. Potencijalno, bubrenje skroba i solubilizacija, zajedno sa interakcijom skroba i glutena, povećavaju jačinu testa. Njegova veća jačina otežava testu da se širi, zbog gasova koji nastaju tokom fermentacije.

Zato je oštećeni skrob koji je bio koristan kod mešenja, kako bi se povećala apsorpcija vode, štetan na kraju fermentacije. Dodavanje α-amilaze, bilo kao slada, ili amilaze koja potiče od mikroorganizama, je uobičajeno kod mlevenja. Predloženo je da se amilaza dodaje kako bi se proizveli šećeri za kvasac. Međutim, ovo se ne čini logičnim pošto se u mnogim formulama za pravljenje hleba dodaje odredjena količina šećera.

Stvarni razlog zašto se ovi enzimi dodaju je da se smanji oštećenje skroba, koji je brzo dostupan substrat za amilaze. Uništavanje oštećenog skroba je praćeno smanjenjem jačine testa, i omogućava testu da se daleko lakše širi tokom dizanja i pečenja. Rezultat je povećani obim pekarskog proizvoda, dobijenog dodavanjem amilaze. Kod mnogih proizvoda koji se tradicionalno prave od pekanog brašna pšenice, kao što je većina kolača, oštećeni skrob predstavlja jako štetan faktor. Kod kolača raspoređenih u pećnici, tokom pečenja, brašno sme sadržati vrlo malo oštećenog skroba.

Proteini

Sadržaj proteina pšenice varira u prilično širokom opsegu (6 do 18%), u zavisnosti od okruženja i od genetskih faktora. Generalno, kako se povećava sadržaj proteina, sadržaj skroba pada. Pšenično brašno obično sadrži 1% manje proteina nego samlevena pšenica. Stoga, da bi se proizvelo pšenično brašno sa 12% proteina mora se koristiti oko 13% proteina kao početni material. U skladu sa klasičnom Ozbornovom procedurom frakcionisanja, proteini zrna žitarica se mogu klasifikovati u četiri grupe, na osnovu njihove ekstrakcije i rastvorljivosti u seriji rastvarača: vodi (albumini), vodenom rastvoru soli (globulini), mešavini alkohol-voda (prolamini), i rastvorenim kiselinama ili alkalima (glutelini).

Kod pšeničnog brašna je oko 15% proteina rastvorljivo u vodi ili vodenim rastvorima soli (albumini ili globulini), a preostalih 85% predstavlja uskladišteni protein (prolamini i glutelini). Uskladišteni proteini u pšenici formiraju gluten. Zato se protein pšenice sastoji od dve klase proteina, prolamina koji se zovu gliadin, i glutelina koji se zove glutenin. Protein glutena je u najvećoj meri odgovoran što pšenično brašno proizvodi viskoelastično testo koje zadržava gas tokom fermentacije, što daje veknu hleba od kiselog testa. Iako postoje izvesne varijacije, gluten se obično sastoji od 52% glijadina, i od 48% glutenina. Obe ove klase su komplikovane mešavine pojedinačnih proteina.

Gliadin proteini su relativno mali molekuli sa prosečnom molekularnom masom od oko 44 000. Identifikovano je više od 50 pojedinačnih proteina u gliadinu, iako ih je samo 30, ili otprilike toliko, otkriveno u svim vrstama pšenice. Gliadin proteini se sastoje od jednog polipeptidnog lanca, i zato će sve disulfidne veze biti utrašnje (odnosno, međumolekularno disulfidno povezivanje). Iako je mešavina hidratizovanog gliadina viskozna, lepljiva, i ima malo karkateristika elastičnosti, hidratizovani glutenin ima jake elastične osobine.

Glutenin proteini su daleko veći nego gliadini, sa prosečnom molekularnom masom koja je oko 3 x 106. Neki od većih gluteinskih molekula iznose 20 × 106. Proteini imaju više lanaca i sastoje se od mnogih pod-jedinica. Postoje pod-jedinice i male, i velike, molekularne mase. Mala molekularna masa varira od 30.000 do 60.000, a velika od 65.000 do 90.000. Pod-jedinice su povezane disulfidnim vezama. Pošto ponavljajuća jedinica u unutrašnjosti pod-jedinice, u osnovi, ne sadrži amino kiseline koje sadrže sumpor, disulfidne veze i unutar – i između molekula, se javlja na krajevima pod-jedinica.

Očigledno je da samo jedna međumolekularna veza postoji između bilo koje dve pod-jedinice u testu. Tako je glutenin polimerizovan, ali ne i ukršten. Glutenin postaje ukršten tokom pečenja, i zajedno sa učvršćenim skrobom određuje reološke karakteristike mrvica hleba.

Sastav amino kiselina glutena, barem delimično objašnjava njegove karakteristike. Najzastupljenija amino kiselina u glutenu je glutamin, koji čini do oko 35% ukupnog glutena. Glutamin u polipeptidnom lancu nema naboj, priličmo je hidrofiličan, i lako formira vodonične veze. Druga najistaknutija amino kiselina je prolin (14%). Prolin sadži pirolidinsku prstenastu strukturu, i tako čine zavoj u proteinskom lancu. Ovo sprečava protein da formira dvostruku spiralu ili sličnu strukturu.

Nivo hidrofilnih aminokiselina u gluteinu iznosi oko 34%. Samo oko 28% hidrofilnih grupa se može nalaziti u centru proteina, stoga se neke od hidrofilnih grupa nalaze na spoljnoj strani molekula, i omogućavaju hidrofilne interakcije. Niski nivoi pozitivno naelektrisanih amino kiselina (koje nastaju usled visokih nivoa glutamine i prolina), kao i nedostatak negativno naelektrisanih amino kiselina, rezultiraju u proteinu sa veoma niskim nabojem. Ovo znači da se polimeri međusobno odbijaju samo malo, i stoga lako mogu reagovati jedni sa drugima.

Masti

Pšenica, poput svih cerealija, sadrži malu količinu masti ili lipidnih materija (oko 2%). Lipidi nisu uniformno distribuirani kroz seme. Klica sadrži najveći nivo lipida (oko 28%), a endosperm najniži (oko 1,5%). Lipidi se javljaju u endospermu u malim lipidnim telima. Lipidi brašna su komplikovana mešavina jedinjenja ]. Od 1,5% lipida pronađenih u brašnu jedna polovina su nepolarizovani lipidi (triacil gliceridi, masne kiseline, steroli i njegovi esteri), a druga polovina su veoma polarizovani (fosfolipidi i glikozidi). Polarizovani lipidi imaju jake površinske karakteristike, i igraju značajnu ulogu u proizvodnji pekarskih proizvoda.

Ne-skrobni polisaharidi (NSP)

NSP u pšeničnom brašnu čini ćelijske zidove endosperma. U pšeničnom brašnu se očigledno javljaju tri klase sastojaka: arabinoksilai, β-glukani sa različitim tačkama vezivanja, i glikoprotein sa udelom ugljenohidrata u vidu arabinoglaktana. Svi ti sastojci čine sastojke hranljivih vlakana. Velike varijacije u veličinama i hemijskim strukturama se mogu naći u okviru svake klase. Dok se u starijoj literaturi, glavni NSP koji su određivali funkcionalnost pšenice, nazivaju pentosanima, danas se oni uobičajeno, i preciznije, nazivaju arabinoksilanima.

U cerealijama se mogu naći i arabinoksilani koji izvlače vodu, i oni koji to ne čine. Arabinoksilani koji izvlače vodu su, u endospermu i mekinjama, prisutni u otprilike podjednakim količinama (obično 0,5%). Sadržaj arabinoksilana koji ne izvlače vodu je mnogo veći u mekinjama, nego u endospermu. Stoga, iako je nivo arabinoksilana koji izvlače vodu relativno nezavistan od brzine ekstrakcije brašna (oko 0,5%), nivoi arabinoksilana koji ne izvlače vodu u mlevenom proizvodu se povećava sa brzinom ekstrakcije brašna (oko 2,0 – 8% u mlevenim proizvodima).

Arabinoksilani koji izvlače daju viskozitet brašnu, a njihov deo koji ne izvlači vodu ima značajne kapacitete za zadržavanje vode.
Dokazano je da i arabinoksilani koji ne izvlače vodu , kao i oni koji je izvlače , reaguju sa glutenom. Oni koji izvlače vodu stabilizuju proteinsku penu , utiču na zadržavanje gasa i podležu oksidacionom gelationu. Gelation je značajan mehanizam za jačanje testa tokom fermentacije.

 Pepeo (minerali)

Tipična pšenica ima sadržaj pepela (minerala) koji se kreće u opsegu od 1,5 do 2%. Međutim, pepeo nije uniformno raspoređen. Endosperm ima relativno mali sadržaj pepela (0,3%), dok mekinje imaju veći sadržaj minerala i mogu ih sadržati u čak 7%. Stoga sadržaj minerala predstavlja prikladan i odgovarajući uzorak prisustvu mekinja u brašnu, pošto je utvrđivanje prisustva minerala relative jednostavno i lako se ponavlja.

Međutim, pšenica varira u nivou minerala koji se prirodno nalaze u endospermu, is toga male varijacije u sadržaju minerala ne ukazuju neophodno na prisustvo različitih koncentracija mekinja u brašnu. Uopšteno, minerali sami po sebi ne utiču na karakteristike brašna, i stoga se može raspravljati o tome da sadržaj brašna sam po sebi nema značaj. Međutim, visok sadržaj minerala ukazuje na prisustvo mekinja u brašnu, a mekinje sadrže jedinjenja koja generalno utiču na kvalitet pravljenja hleba.

Hemijsko tretiranje brašna

Brašno prolazi kroz veći broj tretmana u mlinu. Izbeljivanje je prilično uobičajeno u pojedinim državama. Za hleb, i brašna za sve namene, najuobičajeniji izbeljivački agens je dibenzoil peroksid, koji se dodaje u vidu praška, i za dva dana daje brašnu belu boju. On samo izbeljuje pigmente brašna i nema uticaj na pekarske karakteristike. U državama u kojima je dozvoljeno, kao što su to SAD, brašno za kolače se tretira sa hlorom u gasnom stanju. Gas uništava (izbeljuje) pigmente i daje brašno izrazito bele boje. On takođe značajno utiče na funkcionalne karakteristike brašna.

Primena hlora je štetna po hlebno brašno, ali ima pozitivne efekte na brašno za kolače. “Zasićeni” kolači (oni koji sadrže više šećera nego brašna) ne mogu biti napravljeni bez tretmana hlornim gasom. U državama u kojima izbeljivanje hlorom nije dozvoljeno, ovi kolači se ne prave. Hlor reaguje sa skoro svim sastojcima brašna, i tako utiče na njihove funkcionalne karakteristike. Brzina reakcije je veoma velika kod brašna, i mnogo sporija kod skroba. Međutim, istraživanja frakcionisanja i rekonsituisanja su pokazala da je reagcija sa skrobom odgovorna za poboljšanje pekarskih karakteristika. Količina hlornog gasa koji se koristi je ključna. Kada hlor reaguje sa organskim materijalom, obično nastaje hlorovodonična kiselina. Stoga pH brašna obično predstavlja dobar pokazatelj obima reakcije, a samim tim i količine dodatog hlora.

Završne vrednosti pH od 4,7-4,9 su poželjne za većinu “zasićenih” kolača. Stvarni uticaj hlora izgleda predstvlja njegova reakcija sa skrobom, usled koje nastaje modifikovani (oksidusani) skrob, koji može narasti više od netretiranog skroba. Ovo daje viskoznije testo, na istoj temperature, nego kada se koristi neoksidisano brašno. Povećana viskoznost testa čuva kolač od deformisanja u pećnici i, do izvesne mere, nakon što je izvađen iz pećnice. Zato za brašno za kolače hlor predstavlja i izbeljivač i sredstvo za poboljšanje. Mlinovi u Velikoj Britaniji su proizveli posebno brašno za kolače i biskvit, od posebnih vrsta nisko-proteinske pšenice koje su hlorisane kako bi pH iznosio 4,5-5,5. Međutim, po EC pravilima, hlorizacija nije više dozvoljena, a zamena za hlor bi tek trebalo da bude pronađena.

Hlebno brašno takođe prolazi kroz starenje ili zrenje, i istovremeno poboljšanje pekarskih performansi tokom skladištenja. Postoji pretpostavka da zrenje predstavlja oksidacioni proces. Ako je nakon mlevenja brašno uskladišteno dovoljno dugo, ono polako bledi, verovatno zbog oksidacije na vazduhu. Interesantno, “zasićeni” kolači mogu biti napravljeni od netretiranog brašna za kolače, ako je uskladišteno tokom osam meseci. Izveštaji ukazuju da su u procesu zrenja pšenice i pšeničnog brašna, prisutni i drugi mehanizmi. Na primer, razlaganje lipidnih tela u endospermu se povezuje sa fenomenom zrenja.