FERMENTAREA ALUATULUI

Bazele stiintifice ale fermentarii aluatului

Scopul tehnologic al fermentarii

Procesul de fermentare incepe din momentul framantarii semifabricatelor si continua in cursul tuturor operatiilor tehnologice ulterioare si in prima parte a coacerii.

In practica, prin fermentarea aluatului (in cuve, in vrac) se intelege perioada de fermentare din momentul framantarii pana la divizare. Ea are loc in cuva in care a fost framantat si in tremia masinii de divizat.

Scopul fermentarii semifabricatelor este maturizarea aluatului. Prin maturizarea aluatului se intelege starea in care este adus acesta in urma proceselor care-l fac in timpul fermentarii si care aduc optim pentru divizare si coacere.

Pentru maturizarea aluatului este caracteristica modificarea proprietatilor reologice ale coloizilor acestuia si in principal a substantelor proteice.

La sfarsitul fermentarii, aluatul trebuie sa aiba urmatoarele proprietati:

a)  Capacitate buna de retinere a gazelor Proprietatile reologice obtinute la sfarsitul fermentarii trebuie sa permita aluatului o retinere buna a gazelor de fermentare care continua sa se formeze la fermentarea finala si in prima parte a coacerii.

Modificarile proteinelor la fermentare fac ca proprietatea de retinere a gazelor sa se modifice continuu. Aluatul obtinut imediat dupa framantare are elasticitate si rezistenta la intindere mare si nu retine suficiente gaze, necesare obtinerii unui produs afanat. Transformarile suferite de gluten in timpul fermentarii confera aluatului elasticitate mai redusa si extensibilitate mai mare si ca urmare capacitatea de retinere a gazelor creste. Acesta este de fapt scopul tehnologic principal al fermentarii aluatului.

b) Capacitate mare de formare a gazelor Aluatul matur trebuie sa aiba capacitate mare de formare a gazelor, astfel incat in perioada de fermentare finala, aluatul sa ajunga la volumul sau final.

c)  Sa contina substante formate in timpul fermentatiilor alcoolice si acide, care conditioneaza gustul si aroma specifica painii. Afanarea aluatului, in vederea obtinerii unei paini crescute, cu miez poros ramane in seama fermentarii finale si a primei perioade de coacere.

Procese care au loc la fermentarea aluatului

In timpul fermentarii in aluat si in general in semifabricatele supuse fermentarii se desfasoara un complex de procese biochimice, microbiologice, coloidale, in urma carora aluatul se maturizeaza.

Procese biochimice

Procesele biochimice sunt catalizate de enzimele din aluat (aduse in principal de faina), care actioneaza asupra componentelor fainii.

In aluat actioneaza enzime din clasa hidrolazelor si din clasa oxido-reductazelor. Hidrolazele catalizeaza procesele de hidroliza ale componentilor macromoleculari, amidonul, proteinele, pentozanii si a alti componenti, cum sunt lipidele, compusii fitinici. Ele sunt procese de degradare, de simplificare a componentilor fainii si sunt insotite de formarea de produse mai simple.

Oxido-reductazele catalizeaza procesele de oxidare /reducere a componentelor fainii cum sunt proteinele, pigmentii.

Amiloliza este procesul de hidroliza a amidonului sub actiunea α- si β-amilazei, care are ca produsi finali maltoza si dextrinele. Ea asigura necesarul de glucide fermentescibile pentru procesele fermentative pe toata durata procesului tehnologic, inclusiv in fazele finale ale acestuia, dospirea si coacerea, decisive pentru calitatea painii.

Glucidele fermentescibile proprii ale fainii sunt insuficiente pentru a sustine nevoile energetice ale drojdiei in sistemul aluat. Prin hidroliza amidonului este completat necesarul de glucide fermentescibile, de aceea, amidonul este considerat sursa principala de glucide din aluat.

Amiloliza este o reactie complexa. Ea este influentata de o serie de factori:

activitatea α-amilazei;

starea suprafetei granulei de amidon, gradul ei de deteriorare;

mobilitatea substratului, a enzimelor si a produsilor de hidroliza.

Amiloliza este rezultatul actiunii comune a α- si β-amilazei. Prezenta chiar a urmelor de α-amilaza pe langa β-amilaza determina o hidroliza mai rapida si mai pronuntata a amidonului decat o cantitate echivalenta de β-amilaza singura. In acest caz se formeaza o cantitate de glucide fermentescibile mai mare decat suma contributiei fiecarei enzime actionand separat. Comparativ cu α -amilaza, β-amilaza produce aproximativ de 10 ori mai multe glucide fermentescibile.

In actiunea comuna a celor doua amilaze rolul principal se atribuie α -amilazei, ea fiind singura enzima capabila sa initieze hidroliza granulei de amidon, sa o corodeze si sa o sensibilizeze fata de β-amilaza. In conditiile din aluat, la temperatura de 30 . 35°C, granula de amidon crud, in stare nativa, este putin hidratata si umflata neinsemnat. In aceasta stare, singura α -amilaza poate provoca o anumita dezorganizare a granulei, dar cu viteza foarte mica. Actiunea α-amilazei este limitanta pentru ca ea creeaza prin hidroliza amidonului noi extremitati nereducatoare, care constituie substrat pentru β-amilaza. De aceea, activitatea α-amilazei este controlata in mod curent si unde este cazul este corectata.

β-Amilaza este incapabila sa actioneze asupra granulei de amidon intacte. Ea actioneaza numai asupra granulelor de amidon deteriorate mecanic si asupra celor atacate de α -amilaza, abilitatea amilazelor de a hidroliza amidonul depinzand de capacitatea lor de a penetra, de a difuza in interiorul granulei de amidon.

In fainurile sarace in α -amilaza sau lipsite de aceasta enzima, factorul care limiteaza hidroliza amidonului este cantitatea de amidon deteriorat.

Deteriorarea amidonului are loc la macinare. Ea variaza in limite largi. Alaturi de granule intacte de amidon, faina contine granule total deteriorate sau cu diferite grade de deteriorare.

Deteriorarea amidonului este influentata de intensitatea actiunii mecanice din timpul macinarii si de gradul de compactizare a materiilor in bob. Cu cat actiunea mecanica de macinare a graului si sticlozitatea graului sunt mai mari, cu atat gradul de deteriorare este mai mare. De aceea, fainurile din grane sticloase au, in general, capacitate buna de formare a glucidelor fermentescibile. Fainurile din grane moi, fainoase, au amidon cu grad redus de deteriorare si in consecinta cu atacabilitate enzimatica mica. Fainurile din aceste grane, care au si grad de extractie mic, mai sarace in α -amilaza, au capacitate redusa de a hidroliza amidonul. Pentru o gama larga de soiuri de grau pentru panificatie, in faina s-a gasit un continut de amidon deteriorat de 6,7-10,5%, iar in faina din grane moi, un continut de 2-4%. Pentru panificatie optim este o deteriorare a amidonului de 6-9%.

In urma amilolizei, in aluat se formeaza maltoza. Se asigura astfel aluatului capacitate de a forma gaze.

Proteoliza Este procesul de hidroliza a proteinelor sub actiunea enzimelor proteolitice. Ele hidrolizeaza legaturile peptidice din structura proteinelor, preferential la nivelul aminoacizilor incarcati pozitiv.

Intensitatea proteolizei este in functie de continutul de enzime, dar mai ales de calitatea proteinelor, de accesibilitatea lor fata de enzime.

La fermentare, atacabilitatea enzimatica a proteinelor si activitatea enzimelor proteolitice cresc, datorita modificarii potentialului de oxidoreducere in urma activitatii drojdiei, in sensul cresterii proprietatilor reducatoare, si datorita prezentei reducatorilor (glutationul).

Fainurile de grau au o activitate proteinazica, capabila sa produca inmuierea glutenului (endopeptidazica, care hidrolizeaza legaturile peptidice din interiorul lantului polipeptidic)si o activitate peptidazica, capabila sa produca azot solubil (exopeptidazica care hidrolizeaza legaturile peptidice de la capetele lanturilor polipeptidice). Dintre acestea, in faina de grau si in aluaturile obtinute din aceasta, predomina activitatea proteinazica.

Datorita prezentei in faina a enzimelor proteolitice de tip proteinazic si de tip peptidazic, in aluat au loc doua feluri de degradari biochimice ale substantelor proteice. Una, care modifica proprietatile reologice ale aluatului, elasticitatea, vascozitatea, umflarea si peptizarea, si alta care are ca rezultat formarea de aminoacizi.

Activitatea proteinazica, rupand legaturile peptidice indepartate de capetele lantului proteic, modifica gradul de agregare, de complecsare al glutenului si ca urmare acesta isi slabeste proprietatile reologice. Intensitatea actiunii si deci rezultatul final depind de starea de agregare a glutenului, de calitatea lui, de susceptibilitatea de a fi hidrolizat si de activitatea enzimatica.

Activitatea peptidazica conduce la formarea de aminoacizi. Ea nu are efecte insemnate asupra proprietatilor reologice ale aluatului, dar influenteaza activitatea drojdiilor prin furnizarea de compusi cu azot asimilabili, formarea substantelor de aroma si culoarea cojii.

Problema rolului proteinazelor endogene, aduse de faina, ramane controversat. Multi cercetatori considera ca ele au un rol minor in modificarile suferite de proteinele glutenice la prepararea aluatului. Datorita faptului ca enzimele sunt prezente in stare activa in cantitati mici, au pH-ul optim 3,8, diferit de cel din aluat (5-5,7), iar la cresterea pH-ului peste aceasta valoare activitatea lor scade rapid, cantitatea de gluten hidrolizata este mica. Este cert ca scaderea consistentei si elasticitatii aluatului si cresterea extensibilitatii lui in timpul fermentarii se datoreaza cel putin partial, proteolizei. S-a observat o relatie liniara intre scaderea consistentei aluatului si activitatea proteolitica a aluatului.

Cantitatea de enzime proteolitice in stare activa creste si proteoliza este mult activata in aluaturile preparate din fainuri obtinute din grane degradate prin intepare de plosnita graului, dar si prin incoltirea graului.

Alaturi de enzimele proteolitice ale fainii, la proteoliza din aluat participa si enzimele proteolotice ale bacteriilor lactice (peptidaze). Proteazele drojdiei sunt de tip endocelular si nu joaca vreun rol in proteoliza din aluat.

Proteoliza mai este influentata de temperatura si continutul de sare a aluatului. Cu cresterea temperaturii aluatului proteoliza se accelereaza, in timp ce prezenta sarii o diminueaza, efectul ei fiind explicat prin actiunea de intarire a glutenului. De asemenea, este influentata de reducatori si oxidanti.

Reducatorii au proprietatea de a trece proteazele aflate in stare legata inactiva in stare activa. Aceste enzime sunt fixate pe o proteina (E-S-S-Pr) si in prezenta reducatorilor legatura enzima /proteina se rupe eliberand enzima activa (E-SH).

De asemenea, reducatorii trec proteinele din starea greu atacabila (Pr-S-S-Pr) in stare usor atacabila (Pr-SH). Astfel reducatorii (glutationul, cisteina) sunt activatori ai proteolizei.

Oxidantii au actiune inversa si de aceea ei reduc proteoliza in aluat, sunt inactivatori ai proteolizei.

Activitatea oxidoreductazelor

Cea mai importanta dintre enzimele din aceasta categorie prezente in aluat este lipoxigenaza.

Se presupune ca, cel putin partial, lipoxigenaza actioneaza asupra complecsilor lipide-proteine formati la framantare, catalizand in timpul fermentarii, oxidarea lipidelor nesaturate. Lipidele legate oxidate pot afecta hidrofobicitatea gluteninei, ceea ce induce modificari de conformatie ale acesteia, insotite de modificari ale proprietatilor reologice ale aluatului.

Astfel, catalaza descompune apa oxigenata, care este un inhibitor puternic al lipoxigenazei, favorizand activitatea lipoxigenazei. Polifenoloxidaza, in oxidarea polifenolilor, concureaza pentru oxigen cu lipoxigenaza. Donatorul de hidrogen in reactia catalizata de peroxidaza este cel mai frecvent un compus polifenolic, care are proprietati antioxidante, fiind un potential inhibitor al lipoxigenazei. Este posibil ca, in reactia de oxidare a acidului ascorbic la acid dehidroascorbic, acesta sa intre in concurenta pentru oxigen cu lipoxigenaza.

Procese microbiologice

Microbiota aluatului Microbiota de fermentare a aluatului este formata din drojdii si bacterii lactice. Ele provin din microbiota proprie a fainii si din cea de insamantare, reprezentata in principal de drojdia de panificatie. Mai pot proveni din culturi starter.

Din totalitatea microorganismelor introduse in aluat, activeaza acelea pentru care conditiile din aluat (consistenta, temperatura, pH) permit desfasurarea activitatii lor vitale.

In timpul fermentarii semifabricatelor, activitatea drojdiilor si bacteriilor consta intr-un proces de multiplicare, de inmultire si intr-un proces de fermentare.

Intre celulele de drojdie si cele ale bacteriilor lactice se pot stabili relatii de concurenta pentru glucidele fermentescibile, de metabioza si simbioza. Capacitatea drojdiei de a asimila acizii lactic si acetic, formati in urma activitatii bacteriilor, poate fi considerat ca unul din factorii ce conditioneaza convietuirea lor in aluat (metabioza). Relatiile de simbioza constau in faptul ca drojdiile favorizeaza dezvoltarea bacteriilor prin punerea la dispozitia acestora a vitaminelor, care sunt factori de crestere pentru ele, precum si datorita faptului ca drojdiile in procesul de respiratie, utilizeaza oxigenul creand astfel conditii favorabile pentru bacteriile lactice, care sunt facultativ anaerobe. La randul lor, bacteriile lactice, produc acizi, care mentin in aluat un pH acid, favorizand desfasurarea normala a fermentatiei alcoolice.

Fermentatia alcoolica

Fermentatia alcoolica este produsa de drojdia de panificatie prin echipamentul sau enzimatic. Drojdia reprezinta o biomasa de celule vii din specia Saccharomyces cerevisiae, drojdie de fermentatie superioara, capabila sa produca fermentarea glucidelor din aluat cu formare de dioxid de carbon si alcool etilic, ca produse principale, si o serie de produse secundare.

Drojdia de panificatie fermenteaza toate glucidele fermentescibile din aluat: glucoza, fructoza, zaharoza, maltoza. Ele sunt formate din glucidele proprii ale fainii, maltoza formata amilolitic si cele adaugate in aluat in calitate de indulcitori (in special zaharoza).

Sistemul enzimatic al drojdiei, care produce fermentatia alcoolica, este de tip endocelular si nu difuzeaza in mediu, ramanand in interiorul celulei. El este format dintr-un complex de enzime si coenzime, care catalizeaza reactiile de esterificare ale glucidelor, transferul de grupe fosforice, oxidoreduceri, izomerizari, decarboxilari.

In acest proces, glucoza este transformata in acid piruvic pe cale glicolitica (EMP), dupa care prin decarboxilarea acestuia rezulta dioxidul de carbon, iar prin reducerea aldehidei formate, rezulta alcoolul etilic.

Ecuatia globala a fermentatiei alcoolice este:

Dinamica fermentarii glucidelor in aluat. Curbe de fermentare

Dintre glucidele prezente in aluat dupa framantare, prima este fermentata glucoza, apoi fructoza, cu o viteza mai mica decat glucoza, si la urma maltoza, desi maltoza predomina (raportul maltoza/glucoza=4/1 in prima ora si 10/1 in a doua ora de fermentare).

Dupa ce sunt fermentate monoglucidele, degajarile de dioxid de carbon inregistreaza un minim, dupa care incepe sa fermenteze maltoza si degajarile de gaze cresc pana cand in mediu apare o insuficienta de maltoza. Aceasta observatie a condus la concluzia ca enzimele implicate in transportul si fermentarea glucozei si fructozei sunt enzime constitutive ale celulei de drojdie, in timp ce, enzimele implicate in fermentarea maltozei sunt enzime induse. Pentru sinteza acestor enzime, drojdia are nevoie de un timp de adaptare, de inductie. Aceste enzime sunt permeaza maltozei, care faciliteaza patrunderea maltozei in celula de drojdie si maltaza, enzima care hidrolizeaza maltoza cu formare a doua molecule de glucoza. In sinteza acestor enzime glucoza este furnizorul de energie. Enzimele se sintetizeaza numai in prezenta substratului, adica a maltozei si dispar apoi daca substratul dispare, ele ne mai fiind necesare. Minimul degajarilor de gaze, care corespunde epuizarii glucidelor direct fermentescibile preexistente si trecerii la fermentarea maltozei, este cunoscut sub numele de pauza de maltoza. Acest minim este mai mult sau mai putin accentuat in functie de cantitatea de drojdie, puterea ei fermentativa si temperatura de fermentare.

In cazul tulpinilor de drojdie care contin o maltopermeaza si o maltaza constitutive, minimul degajarilor de dioxid de carbon este putin vizibil, adaptarea la fermentarea maltozei facandu-se rapid, spre deosebire de cele care nu contin aceste enzime, care se adapteaza lent.

Alura curbei degajarilor de dioxid de carbon in aluatul preparat direct o are si curba degajarilor in prospatura sau in maiaua preparata fara prospatura (fig.4.15.)

In maiaua preparata cu prospatura, curba degajarilor de dioxid de carbon inregistreaza un minim, dar mai putin accentuat decat la prospatura, pentru ca drojdia adusa de prospatura este deja adaptata la fermentarea maltozei, ramanand ca in faza de maia sa se adapteze drojdia introdusa in aceasta faza. In aluat, desi faina introdusa la prepararea acestuia aduce noi cantitati de monoglucide si tot aici se introduc si glucidele de indulcire, deoarece maiaua aduce drojdie adaptata la fermentarea maltozei, toate glucidele din aluat fermenteaza concomitent, fara sa se inregistreze vreun minim in formarea gazelor.

Fig 4.15. Curba degajarilor de gaze in prospatura, maia, aluat

A-minimul degajarilor

In drojdiile lichide sau in prefermentii cu faina, drojdia se adapteaza la fermentarea maltozei, astfel ca in aluatul sau maiaua preparate cu acestea, degajarile de gaze au loc fara a inregistra vreun minim.

Cand drojdia este in cantitate suficienta, formarea gazelor este limitata de maltoza formata amilolitic. Astfel maltoza constituie factorul cel mai important in formarea gazelor in aluat, glucidele preexistente in faina fiind consumate in prima parte a procesului de fermentare.

Drojdia de panificatie mai fermenteaza mici cantitati de polimeri inferiori ai glucozei, izomaltoza si maltotrioza, dar nu beneficiaza de prezenta dextrinelor si a amidonului, deoarece nu le poate hidroliza pentru a forma monoglucide.

Variatia de volum

In timpul fermentarii semifabricatele isi maresc volumul pe seama formarii si retinerii gazelor de fermentare.

Gazele de fermentare sunt formate aproape exclusiv din dioxidul de carbon, care se formeaza in procesul de fermentatie alcoolica. Mici cantitati de gaze se formeaza si in fermentatia heterolactica, dar ele au un rol minor in afanarea aluatului..

Produse secundare formate la fermentare

In fermentatia alcoolica a glucidelor, in aluat, pe langa alcool si dioxid de carbon, care sunt produsele principale ale fermentatiei, se mai formeaza o serie de produse secundare: alcooli superiori, acizi (lactic, acetic, succinic, citric), combinatii carbonilice (aldehida acetica, acetoina). Aceste produse intra in buchetul de aroma, specific painii obtinute din aluat fermentat.

Factori care influenteaza fermentatia alcoolica in aluat

In aluat, fermentatia alcoolica este influentata de conditiile de mediu, temperatura, pH, umiditate, precum si de prezenta unor compusi necesari activitatii vitale a drojdiei.

Temperatura optima pentru activitatea fermentativa a drojdiei este 35°C, de aceea aluatul pentru paine se prepara cu temperatura de 30-35°C.

Reactia acida a mediului corespunzatoare pH-ului de 4-6 este optima, atat pentru fermentare cat si pentru respiratia drojdiei, ceea ce inseamna ca aluatul, al carui pH in timpul fermentarii se deplaseaza de obicei de la pH 5,8 la pH 5 ofera conditii optime din acest punct de vedere pentru drojdie.

Continutul de sare La concentratii obisnuite pentru panificatie sarea are un efect de inhibare a fermentatiei alcoolice. Pentru concentratii sub 1,5% in raport cu faina efectul de inhibare este mic, dar el creste vizibil pentru concentratii mai mari.

Continutul de zahar.La concentratii mici de glucide, pana la 3-4%, fermentatia alcoolica in aluat este stimulata.

Consistenta semifabricatelor. In maiele consistente si aluaturi provenite din acestea se degaja o cantitate mai mare de gaze comparativ cu cea din maiele fluide si aluaturile lor.

Vitamine. Activitatea fermentativa a drojdiei este stimulata de vitaminele din grupul B, in special vitamina B6 (piridoxina) si vitamina PP (niacina).

Compusi cu azot asimilabili Azotul aminic care se acumuleaza in aluat, ca urmare a actiunii peptidazelor asupra proteinelor, serveste ca sursa de nutritie azotoasa pentru drojdie. Aceasta se gaseste in cantitate suficienta in aluaturile preparate din fainuri de extractie mare. Dintre aminoacizii prezenti in mediul aluat sunt metabolizati de drojdie in special aminoacizii aromatici, hidroxilici, leucina, izoleucina, valina.

Substante minerale Pentru activitatea drojdiei in aluat sunt necesari ioni de K, Mn, NH4, sulfat, fosfat. Deosebit de importanti sunt fosfatii care participa la formarea esterilor glucozei. Acestia sunt preluati din faina si din apa. Intr-o serie de tari se prepara asa-numita 'hrana pentru drojdie' care se adauga in aluat. Hrana pentru drojdie se obtine in mai multe variante , dar in principiu consta dintr-un amestec de saruri minerale cum sunt: clorura de amoniu, sulfatul de amoniu, sulfatul de calciu, fosfatul monocalcic.

Cantitatea de drojdie Intre cantitatea de drojdie din aluat si cantitatea de gaze formate exista o anumita proportionalitate. Cu cat cantitatea de drojdie este mai mare, cu atat viteza de formare a gazelor creste si momentul degajarilor maxime se atinge mai repede.

Inmultirea drojdiei

Procesul de inmultire a drojdiei are loc, in mod practic, in fazele prealabile aluatului, prospatura si maia, si in mica masura in faza de aluat, datorita timpului scurt de fermentare al acestuia.

Cresterea numarului de celule de drojdie accelereaza viteza de fermentare si creeaza premizele reducerii consumului de drojdie.

In aluatul preparat direct are loc o crestere mica a numarului de celule inmugurite, dar la dospire numarul lor creste pana la aproape 40%, in timp ce in aluatul cu zahar, care contine 6% drojdie, numarul de celule inmugurite practic nu se modifica. Acest lucru se datoreaza, intre altele, concentratiei mari de drojdie in aluat.

Factori care influenteaza inmultirea drojdiei

Inmultirea celulelor de drojdie in mediu-aluat este influentata de o serie de factori:

continutul initial de drojdie in semifabricat;

temperatura si consistenta semifabricatului;

gradul de aerare;

durata de fermentare.

Fermentatia lactica

Fermentatia lactica este produsa in aluat de bacteriile lactice datorita echipamentului lor enzimatic. Bacteriile din maia si aluat sunt sub forma de bacili si sub forma de coci. Bacteriile sub forma de bacili sunt preponderente si apartin genului Lactobacillus (L. plantarum, L brevis, L. fermenti, L. casei, L. delbrüecki ). Bacteriile sub forma de coci apartin genurilor Leuconostoc (L. mezenteroides), Pediococcus (P.lactiacidi ), Streptococcus (S.cremoris), Lactococcus.

Bacteriile lactice fermenteaza anaerob toate glucidele fermentescibile din aluat cu formarea ca produs principal al acidului lactic. Ele fermenteaza pentozele (arabinoza, xiloza,) hexozele (glucoza, fructoza, galactoza, manoza) si dizaharidele (zaharoza, lactoza, maltoza). Pentozele sunt fermentate de bacteriile heterofermentative si mai rar de cele homofermentative. Monoglucidele sunt fermentate direct, iar diglucidele numai dupa hidroliza lor prealabila la monoglucide. Lactoza, care nu este fermentata de drojdia de panificatie, este fermentata de majoritatea bacteriilor lactice din aluat.

Dupa sistemul lor enzimatic, bacteriile lactice din aluat se impart in:

bacterii homofermentative (bacterii lactice adevarate), care fermenteaza monoglucidele aproape complet la acid lactic (aproximativ 90%) si mici cantitati de acizi volatili (acid acetic si acid formic). Ele produc fermentatia pe calea glicolitica (Embden-Mayerhof-Parnas) pana la acid piruvic, dupa care, datorita faptului ca nu contin enzima decarboxilaza, acidul piruvic este redus enzimatic (cu participarea enzimei lactatdehidrogenaza) la acid lactic.

Ecuatia globala a fermentatiei homolactice este:

C₆H₁₂O₆ 2CH₃- CHOH-COOH + 75 Kj

glucoza acid lactic

Pentru a fi fermentate, glucidele patrund in celula bacteriana printr-un sistem activ, enzimele implicate in proces fiind de tip endocelular.

Bacteriile homolactice reprezinta circa 55% din microbiota bacteriana a maielelor. Dintre acestea fac parte: L. plantarum, L. casei, L. acidophilus, L. delbruecki.

bacterii heterofermentative (pseudobacterii lactice), care fermenteaza monoglucidele pe calea pentoz-fosfatului formand acid lactic, acizi volatili, alcool si gaze, in special dioxid de carbon.

Bacteriile lactice heterofermentative reprezinta aproximativ 45% din bacteriile lactice ale maielei si sunt formate din: L. brevis, L. fermenti, L. büchneri.

Produsii finali ai fermentatiei heterolactice depind de specia de bacterii care actioneaza.

Ecuatia generala a fermentatiei heterolactice este:

pentru Lactobacillus brevis

C₆H₁₂O₆ CH₃-CHOH- COOH + CH₃-COOH + CO₂

glucoza acid lactic acid acetic dioxid de carbon

pentru Leuconostoc mesenteroides

C₆H₁₂O₆ CH₃-CHOH- COOH + CH₃-CH₂OH + CO₂

glucoza acid lactic alcool etilic dioxid de carbon

Dupa temperatura optima de activitate bacteriile din maia si aluat se impart in: mezofile si termofile.

Bacteriile mezofile au optimul de activitate la temperatura de 25-35°C si formeaza partea dominanta a bacteriilor aluatului, iar bacteriile termofile au optimul de activitate la 48-54°C si cuprind bacteriile L. delbruecki. Dintre bacteriile mezofile fac parte: L. plantarum, L. casei, L. fermenti, L. brevis, L. acidophilus.

La temperatura de preparare a aluatului de 25-32°C, rolul principal in formarea aciditatii in semifabricate il au bacteriile mezofile. Bacteriile termofile de tipul L. delrüecki, care au optimul de temperatura pentru activitatea lor la 48-54°C, nu pot juca un rol important la temperatura obisnuita a maielei si aluatului.

In aluatul preparat cu drojdie comprimata acidul lactic reprezinta aproximativ 2/3 din aciditatea formata, acizii volatili, acetic si formic (din care 86% acid acetic si 14% acid formic) reprezinta aproape 1/3 din aciditatea totala, iar ceilalti acizi apar in proportie de aproximativ 10% (acizii citric, malic, succinic).

Datorita formarii si acumularii acizilor in semifabricatele de panificatie, aciditatea acestora creste iar pH-ul se deplaseaza spre valori mai acide (de exemplu, in aluatul preparat din faina alba pH-ul scade de la 6 la 5).

Curbe de fermentare

Studiul variatiei aciditatii in semifabricate a condus la obtinerea curbelor din fig. 4.16.

Fig. 4.16. Variatia aciditatii semifabricatelor la fermentare

In prospatura, aciditatea creste la inceput lent, apoi pe masura ce bacteriile acidogene devin active, viteza de formare a aciditatii creste, iar catre sfarsit se reduce din cauza autoinhibarii.

In maia, datorita folosirii prospaturii, aciditatea initiala este mai mare decat aciditatea initiala a prospaturii. De asemenea, deoarece prospatura introduce in maia bacterii acidogene active, viteza de crestere a aciditatii acesteia este mai constanta decat in prospatura. Timpul de fermentare a maielei fiind mai scurt decat al prospaturii, aciditatea finala a maielei va fi mai mica decat aciditatea finala a prospaturii.

In aluat, aciditatea initiala a acestuia este mai mica decat aciditatea finala a maielei, datorita diluarii acesteia prin introducerea de noi cantitati de faina si apa, dar mai mare decat aciditatea initiala a maielei. Din cauza timpului de fermentare scurt, aciditatea finala a aluatului este mai mica decat aciditatea finala a maielei.

Valorile initiale si finale ale aciditatii semifabricatelor se gasesc in urmatoarea relatie:

a_{i prospat} < a_{i maia} < a_{i aluat}  a_i - aciditate initiala

a_{f prospat} > a_{f maia} >a_{f aluat}    a_f - aciditate finala

Valorile initiale si finale ale aciditatii diferitelor faze de preparare a aluatului depind de extractia fainii, de raportul prospatura/maia si maia /aluat, de timpul si temperatura de fermentare. Cresterea raportului prospatura /maia si maia /aluat, a temperaturii si duratei de fermentare accelereaza formarea aciditatii. Experimental s-a constatat ca in aluatul preparat cu maia, continutul de acid lactic este de 2-3 ori mai mare decat in aluatul preparat direct si ajunge la 0,4%.

Modificarea pH-ului la modificarea aciditatii semifabricatelor este influentata de extractia fainii (tabel 4.6.) si de natura acizilor formati la fermentare. Fainurile de extractii mari contin cantitati mai mari de substante minerale si compusi cu fosfor, precum si proteine solubile, care exercita o actiune de tamponare a pH-ului, din care cauza dau aluaturi in care pH-ul variaza in mai mica masura cu aciditatea decat in aluaturile preparate din fainuri de extractii mici, care contin cantitati mai mici de saruri minerale si proteine solubile si deci au capacitate de tamponare mai mica. Asa se explica de ce aluaturile preparate din fainuri negre, pentru aceeasi aciditate, au un pH mai mare decat aluaturile provenite din fainuri albe.

Tabel 4.6. Variatia pH-ului cu aciditatea in aluaturi preparate din fainuri de extractii diferite

De asemenea, fainurile de extractii diferite pot avea o componenta diferita a microbiotei bacteriene, ceea ce poate influenta natura acizilor formati la fermentare. Aceasta din urma mai depinde de parametri tehnologici, consistenta si temperatura.

Factori care influenteaza fermentatia lactica in aluat

Temperatura Cu cat temperatura semifabricatelor este mai apropiata de 35°C, cu atat conditiile de temperatura sunt mai favorabile pentru activitatea bacteriilor lactice si aciditatea creste mai repede.

Variind temperatura maielei si aluatului, tinand seama de calitatea fainii, se poate interveni pentru a mari sau micsora viteza de fermentatie.

Pe langa dezvoltarea bacteriilor, temperatura influenteaza si corelatia dintre speciile de bacterii ce actioneaza in aluat. Experimente efectuate pe maiele din faina de secara au aratat ca la 34°C predomina L. casei si L. fermenti, in timp ce la 30°C predomina L. plantarum si L. brevis. La temperaturi mai joase, de 26-27°C, L. casei si L. fermenti se dezvolta slab si predomina L. plantarum. Acest lucru face ca la modificarea temperaturii sa se modifice raportul acid lactic/acid acetic. Astfel la cresterea temperaturii, de la 25 la 35° creste cantitatea de acid lactic, in timp ce cantitatea de acid acetic ramane aproape constanta

Extractia fainii Influenteaza aciditatea initiala si finala a semifabricatelor si viteza de crestere a acesteia. Cu cat faina este de extractie mai mare cu atat aciditatea initiala este mai mare si viteza de acumulare a aciditatii si aciditatea finala sunt mai mari, ca urmare a unui continut mai mare de bacterii acidogene si de substante nutritive.

Continutul de sare Sarea este un inhibitor al bacteriilor producatoare de aciditate. Cu cat continutul de sare este mai mare cu atat activitatea lor este mai slaba. La 4% sare bacteriile heterofermentative sunt inhibate complet.

Importanta fermentatiei lactice

Produsii fermentatiei lactice sunt metaboliti necesari pentru maturizarea aluatului si pentru obtinerea gustului, aromei si texturii produselor.

Natura si raportul cantitativ intre produsele principale ale fermentatiei lactice in aluat sunt influentate de bacteriile care activeaza, natura glucidului fermentat, conditiile de preparare a aluatului.

Acizii formati in semifabricate la fermentare influenteaza procesele coloidale, umflarea si peptizarea proteinelor care se accelereaza odata cu marirea aciditatii, procesele biochimice care, in general, sunt franate de aciditate, gustul si aroma painii. Din acest motiv, aciditatea finala a maielei si aluatului este un indice a gradului de maturizare a acestora.

Acidul lactic, care este principalul component al aciditatii semifabricatelor, are actiune favorabila asupra proprietatilor reologice ale aluatului, activeaza drojdiile si le apara de pseudo-bacteriile lactice, influenteaza gustul si aroma produsului.

Pierderi la fermentare

Produsele formate prin fermentatia alcoolica a glucidelor, dioxidul de carbon si alcoolul etilic precum si unii acizi rezultati in fermentatia lactica (acizii volatili) se pierd in proportii importante in cursul urmatoarelor operatii tehnologice de preparare a painii. De aceea, acest consum de glucide este considerat ca fiind pierderi la fermentare.

Inmultirea bacteriilor lactice

In maia si aluat bacteriile lactice sufera si un proces de multiplicare, pentru care, in functie de tulpina bacteriei, temperatura optima variaza in limitele 30-40°C (tabel 6.12.) timpul de generatie scade cu cresterea temperaturii si este minim, pentru multe din bacteriile aluatului, la temperatura de 35°C.

Procese coloidale

Procesele coloidale din timpul fermentarii au ca efect modificarea proprietatilor reologice ale aluatului. Aceste modificari sunt legate de transformarile pe care le sufera glutenul si ele se refera la:

continuarea procesului de formare a structurii glutenului si relaxarea aluatului;

peptizarea proteinelor.

Continuarea procesului de formare a structurii glutenului, desavarsirea structurii lui este rezultatul actiunii mecanice exercitate de dioxidul de carbon format in procesele fermentative. Acesta mareste volumul bulelor formate in aluat la framantare in urma includerii aerului, ducand la cresterea suprafetei de separare a fazelor aluatului si a presiunii exercitate asupra peliculelor proteice. Ca urmare, acestea se extind, se deformeaza, iar moleculele proteice sufera modificari de conformatie, ceea ce face posibila continuarea interschimbului disulfid-sulfhidril intre legaturile disulfidice intramoleculare tensionate si gruparile sulfhidril ale proteinelor, care devin astfel responsabile pentru aceasta reactie. Urmarea acestor reactii de interschimb este desavarsirea structurii glutenului si relaxarea aluatului si proportional cresterea elasticitatii si rezistentei lui.

Marirea suprafetei interne a aluatului, extinderea si deformarea peliculelor de gluten presupun un consum de energie, din care cauza fermentarea aluatului se considera ca reprezinta un aport de energie, care complecteaza energia transmisa aluatului la framantare.

Din acest motiv exista o relatie intre aceste doua surse de energie, in sensul ca framantarea lenta impune o durata mai lunga de fermentare decat cea rapida sau intensiva.

Peptizarea glutenului are loc concomitent cu procesul de formare a acestuia.

Datorita proceselor biochimice si microbiologice care sunt insotite de acumulare de substante solubile (maltoza s.a.) si acizi, presiunea osmotica intermicelara din aluat creste, iar pH-ul coboara.

Cresterea aciditatii si coborarea pH-ului maresc solubilitatea proteinelor, peptizarea lor, care la randul lor maresc presiunea osmotica intermicelara. Ca urmare, scade cantitatea de apa legata osmotic de proteine (capacitatea de hidratare a glutenului scade de la 250 la 170% s.u.), se reduce, in consecinta, cantitatea de gluten umed in aluat, dar el devine mai compact, mai rezistent.

Desi proprietatile reologice ale glutenului se imbunatatesc, aluatul in general se dilueaza, scad vascozitatea si efortul de forfecare.Modificarile proteinelor la fermentare conduc la modificarea continua a celei mai importante proprietati reologice a aluatului de paine, care este capacitatea de retinere a gazelor.

2. Parametri de fermentare

Durata de fermentare este diferita pentru diferitele faze ale aluatului, prospatura, maia, aluat si variaza cu tipul si calitatea fainii, temperatura, consistenta si compozitia aluatului, cu metoda de preparare a acestuia si cantitatea de drojdie.

Prospatura fermenteaza cel mai mult 4-6 ore. Maiaua fermenteaza 90-180 min, iar aluatul 10-50 min.

Calitatea fainii are influenta cea mai mare asupra duratei de fermentare. Pentru fainurile de calitate slaba durata de fermentare se micsoreaza in scopul reducerii duratei de actiune a enzimelor proteolitice care degradeaza glutenul. Dimpotriva, in cazul fainurilor foarte bune timpul de fermentare se prelungeste in scopul reducerii tenacitatii aluatului si a elasticitatii lui si maririi extensibilitatii si in consecinta a cresterii capacitatii aluatului de a retine gazele.

Tipul fainii Cu cresterea tipului fainii, durata de fermentare scade.

Consistenta si compozitia aluatului Aluaturile cu consistenta mare si cele cu adaosuri mari de indulcitori (zahar s.a.) si grasimi (peste 5%) fermenteaza mai mult decat aluaturile simple preparate in conditii normale de temperatura si consistenta.

Procedeul de preparare a luatului Durata totala de fermentare pentru aluatul preparat indirect este mai mare decat pentru aluatul preparat direct, iar pentru acesta este mai mare in cazul framantarii clasice fata de cel framantat intensiv.

Cantitatea de drojdie Cresterea cantitatii de drojdie in aluat scurteaza durata de fermentare.

Temperatura de fermentare Datorita faptului ca temperatura influenteaza constanta vitezei proceselor biochimice, microbiologice si de umflare osmotica a proteinelor, temperatura de fermentare a semifabricatelor va influenta durata de fermentare si proprietatile reologice ale aluatului.

Temperaturi de 28-32°C sunt considerate valori normale pentru tehnologia clasica si fainuri cu proprietati tehnologice foarte bune. Pentru fainurile slabe si hiperenzimatice se utilizeaza temperaturi mai scazute 23-27°C, care reduc intensitatea reactiilor enzimatice si a activitatii fermentative a microbiotei si maresc stabilitatea reologica a aluatului.

Pentru tehnologia cu framantare intensiva si rapida temperatura optima este 25-26°C.

In timpul operatiei de fermentare aluatul se termostateaza astfel ca pierderile de caldura in mediul inconjurator sa fie minime. Se admite o diferenta de temperatura de 4-8°C intre aluat si mediul camerei de fermentare. Datorita proceselor exoterme (fermentatia lactica si fermentatia alcoolica) temperatura semifabricatelor in timpul fermentarii creste cu 1-2°C.

Aciditatea semifabricatelor in timpul fermentarii creste pe seama acizilor formati in fermentatia provocata de bacteriile lactice aduse de faina (circa 70% din aciditatea formata) si in fermentatia provocata de bacteriile care impurifica drojdia de panificatie (circa 30% din aciditatea formata) (tabel 4.7.)

La aciditatea semifabricatelor, alaturi de aciditatea formata, contribuie aciditatea proprie a fainii, care este in functie de extractia ei si care formeaza aciditatea initiala.

Marimea aciditatii indica modul in care a decurs procesul de fermentare sub aspectul conditiilor de timp si temperatura.

Tabel 4.7. Aciditatea finala a semifabricatelor in tehnologia clasica

Controlul procesului de fermentare. Aprecierea sfarsitului fermentarii

Sfarsitul fermentarii se stabileste pe cale organoleptica si prin determinarea aciditatii.

Senzorial se apreciaza volumul, aspectul suprafetei, structura in ruptura si mirosul.

Prospatura si maiaua bine fermentate au volum mare (volumul lor creste de 2-3 ori in timpul fermentarii), suprafata care initial este bombata datorita retinerii gazelor de fermentare, incepe sa se lase devenind plana si apoi concava in urma pierderii unei parti din dioxidul de carbon format. Ele nu mai retin gazele si de aceea, cand suprafata semifabricatelor fermentate incepe sa se lase, se considera ca fermentatia a atins optimul.

In ruptura, ele au o structura poroasa, fara aspect de umed (apa vizibila) si miros puternic de dioxid de carbon si alcool.

Aluatul bine fermentat, in ruptura se intinde in fibre paralele, este elastic si nelipicios.

Aciditatea se determina titrimetric intr-o suspensie de semifabricat in apa. Se exprima in grade aciditate pentru 100 g semifabricat. Un grad aciditate reprezinta aciditatea titrata de 1 ml solutie hidroxid de sodiu 1n.

3.Instalatii de fermentare

Parametrii spatiului de fermentare

In spatiile de fermentare se asigura conditii optime de temperatura si umiditate relativa pentru desfasurarea procesului de fermentare: temperatura de 28-32°C si φ=75-85%.

De asemenea, spatiul de fermentare trebuie sa fie lipsit de curenti de aer pentru a se evita /reduce pierderile de umiditate de la suprafata semifabricatelor, precum si pierderea caldurii din masa acestuia.

Instalatii de fermentare

Dupa modul cum are loc procesul de preparare a aluatului, instalatiile de fermentare pot fi:

instalatii de fermentare discontinue;

instalatii de fermentare continue.

Instalatiile de fermentare discontinue pot fi cu deplasare manuala si cu deplasare mecanizata a cuvelor.

Instalatii de fermentare discontinue In sistemul clasic, discontinuu, aluatul este preparat in sarje. Acest lucru imprima si procesului de fermentare un caracter discontinuu, fermentarea semifabricatelor realizandu-se in cuvele in care au fost framantate.

Instalatii de fermentare cu deplasare manuala a cuvelor.In brutariile de mica capacitate (sub 5 tone/zi) nu se creeaza spatii speciale pentru fermentare, spatiul destinat procesului tehnologic si numarul de cuve fiind mici. Cuvele cu semifabricate supuse fermentarii se aseaza in spatii calde, cel mai adesea in apropierea cuptorului.

Pentru evitarea sau reducerea pierderilor de umiditate de la suprafata semifabricatelor, acestea se presara cu faina (2-3mm) sau se acopera cu o panza curata care nu permite schimbul de umiditate cu mediul ambiant.

In brutariile cu capacitate mai mare (10-30 tone/zi) exista spatii speciale pentru fermentare. Incalzirea acestora se face cu ajutorul aerului cald colectat de deasupra cuptoarelor, care este adus in spatiul de fermentare pe la partea inferioara, sau daca fabrica are centrala termica, incalzirea si umidificarea se fac prin introducerea in spatiul de fermentare, printr-o conducta perforata, a aburului de joasa presiune.

Pentru fabrici de capacitate mare (peste 60 tone/zi) camerele de fermentare sunt dotate cu instalatii proprii de conditionare a aerului, cu reglare automata.