Principalele metode de investigare a proprietăţilor de panificaţie a grâului şi făinii

În vederea identificării şi caracterizării principalelor componente implicate în determinarea calităţilor de panificaţie a grâului şi făinii, au fost folosite de-a lungul timpului un număr impresionat de tehnici, utilizând principii dintre cele mai diverse.

Primele tehnici au încercat separarea fracţiilor proteice ale grâului şi făinii, pe baza diferenţelor de solubilitate a acestora într-o serie de solvenţi ca: etanol 70 %, acid acetic 0,1 N, acid acetic + clorură mercurică, acid acetic + uree, bromură de hexadeciltrimetilamoniu, 2 – mercaptoetanol, dodecil sulfat de sodiu, stearat de sodiu, guanidină în acid clorhidric, sulfoxid de metil etc. Ulterior, s-a reuşit analiza funcţională (solubilitate, capacitate de spumare şi emulsionare) a unor fracţii ale gluteninei, obţinute în urma hidrolizei acesteia cu proteaze fungice (Larré ş.a., 1996).

Un alt grup de tehnici utilizat în studiul acestor componente au fost cele cromatografice (cromatografia de adsorbţie, de repartiţie, prin schimb ionic, cromatografia de excludere), cele electroforetice (electroforeza în gel de amidon, poliacrilamidă, focalizarea izoelectrică, izotacoforeza) şi spectroecopice (bazate pe IR şi Electron Spin Resonance). Relativ recent, Singh ş.a (1990), Khan ş.a. (1994), au folosit pentru dezagregarea gluteninei, tehnici de ultrasonare. Kolster şi Gelder (1991) au reuşit identificarea, respectiv cuantificarea unor subunităţi ale gluteninelor cu masă moleculară mare, folosind scanarea densitometrică cu laser, iar Kersting ş.a. (1996) a folosit pentru analiza anumitor componente structurale ale unor proteine izolate din mixturi proteice, calorimetria diferenţiată.

Din punct de vedere tehnologic prezintă interes tehnicile de evaluare a comportamentului făinurilor în faza de aluat. La nivelul acestei faze se exprimă toate proprietăţile intrinseci ale făinii, comportamentul aluatului constituind o sinteză a tuturor interacţiunilor care au loc între diversele componente ale făinii.

Iniţial, s-a considerat că cel mai elocvent parametru calitativ al făinii de grâu este reprezentat de cantitatea de gluten umed (STAS 90-88). Ulterior, s-a constatat că gradul de separare a proteinelor, prin spălare cu soluţie de clorură de sodiu 2 %, depinde de o serie de factori precum: timpul de repaos al aluatului, capacitatea de hidratare, temperatura soluţiei de spălare, pH, prezenţa electroliţilor sau a aditivilor. Pentru eliminarea variaţiilor determinate de factorul personal s-a recurs la spălarea mecanică a glutenului cu diferite aparate: Berliner-Ruter (1936), Theby (1957), Glutomatic (1975). Pentru aprecierea calităţii glutenului separat prin spălare mecanică, se utilizează indicatorul gluten-index. Acesta reprezintă raportul dintre cantitatea de gluten separată prin centrifugare şi rămasă pe sită şi cantitatea totală de gluten umed. Cu cât glutenul este mai tenace şi mai elastic, cu atât cantitatea de gluten care trece prin sită în timpul centrifugării este mai mică şi gluten-index-ul este mai ridicat. Pentru utilizarea făinurilor în panificatie, optimul valorilor gluten-index este cuprins între 65 – 80. Valorile gluten-index de peste 80 indică un gluten tenace, foarte elastic, iar sub 65 indică un gluten care nu este capabil să formeze structura miezului pâinii.

Tot ca o apreciere calitativă a glutenului este folosit şi indicele de deformare a glutenului, care se obţine prin menţinerea unei sfere de 5 grame de gluten umed, separat în urma spălării mecanice sau manuale, timp de 1 h, la temperatura de 30° C şi măsurarea deformării acesteia (în plan orizontal), prin calcularea diferenţei dintre diametrul initial şi final. Deformarea glutenului indică activitatea proteolitică a făinurilor. Deformarea glutenului este mare dacă depăşeşte 15 mm. Dacă deformarea glutenului este sub 5 mm, activitatea proteolitică este foarte mică, glutenul este foarte elastic şi făina necesită ameliorare cu enzime proteolitice sau reducători.

Cantitatea de gluten umed şi indicele de deformare sunt influenţate în mare măsură de factori de mediu (Tianu s.a., 1995; 1996). Conţinutul de gluten umed al făinii se corelează pozitiv cu conţinutul de proteine, însă studiile efectuate au arătat că cei mai puternici coeficienţi de corelaţie se obţin atunci când se utilizează cantitatea de gluten uscat (obţinută prin uscarea la 1300 C a glutenului, separat prin spălare).

Calitatea glutenului se poate determina şi prin măsurarea directă a proprietăţilor de fluaj, elasticitate, extensibilitate, capacitate de umflare. Pentru determinarea proprietăţilor reologice ale aluaturilor sunt folosite diferite tehnici şi aparate bazate pe diverse principii (Bloksma, A.H., 1972, 1988, 1990): comportamentul la malaxare: malaxorul, farinograful, extrudograful, mixograful, valorigraful, reograful; comportamentul la întindere: extensograful, alveograful, extensometrul, glutograful; comportamentul la fermentare: fermentograful, maturograful, cabinetul cu microclimat, zimotachigraful, reofermentometrul; determinări de vâscozitate şi penetraţie: amilograful, vâscograful, reotronul, consistometrul, penetrometrul, vâscozimetrul; evaluarea produsului finit obţinut în urma probei de coacere etc.

Indicele de cădere Hagberg

Indicele de cădere Hagberg măsoară indirect activitatea amilazelor, prin gelifierea rapidă a unei suspensii apoase de şrot integral de grâu sau de făină, într-o baie de apă la fierbere, şi măsurarea lichefierii produse de a-amilază gelului de amidon conţinut în probă (Perten, H., 1985). Acest indicator se exprimă în secunde şi valorile optime se încadrează între 220 şi 280 secunde (Iorga ş.a. 2002). Valori de peste 280 secunde indică făinuri cu activitate amilolitică scăzută, iar cele sub 220 secunde, făinuri cu activitate amilolitică intensă.

Amilograful

Amilograful măsoară activitatea amilolitică a unei suspensii de făină şi apă, după un principiu similar celui folosit la determinarea indicelui de cădere. În acest caz se înregistrează grafic evoluţia vâscozităţii suspensiei în timp, pe măsura creşterii temperaturii acesteia până la atingerea vâscozităţii maxime. Maximul de vâscozitate depinde de capacitatea de gelatinizare a amidonului şi de activitatea α – amilazei din făină (Sebecic, B., 1989). În funcţie de valoarea vâscozităţii maxime (exprimată în unităţi amilografice), făinurile se clasifică astfel:

– sub 200 U.A., făină bogată în α – amilază, slab panificabilă;

– 200 – 500 U.A., făină normală;

– peste 500 U.A., făină hipodiastazică, slab panificabilă;

Metoda farinografică

Metoda farinografică foloseşte pentru evaluarea calităţii făinii, farinograful, inventat de savantul ungur Jenö von Hankcózy împreună cu inginerul C. W. Brabender. Principiul metodei presupune măsurarea unor parametri la frământare, ai aluatului format din 300 de grame făină şi apă. Metoda farinografică investighează calitatea făinii pe seama principalelor caracteristici ale farinogramei: timp de dezvoltare, stabilitate, înmuiere, indice de toleranţă (tabelul 6). Farinograma reprezintă filmul evoluţiei aluatului în condiţii specifice de frământare, după ce acesta a fost adus la o consistenţă standard de 500 U.B (Grogg, B., Caldwell, E. F., 1958). Această metodă permite determinarea capacităţii de hidratare a făinii, considerată a fi cantitatea de apă necesară acesteia pentru a forma un aluat de consistenţă standard (500 U.B.). Timpul de dezvoltare reprezintă intervalul de timp necesar aluatului pentru atingerea consistenţei standard şi arată cât de repede se formează aluatul sau reţeaua glutenică. Stabilitatea exprimă timpul cât aluatul îşi păstrează consistenţa maximă, arătând toleranţa aluatului la frământare. Înmuierea arată diferenţa dintre consistenţa maximă şi consistenţa după 12 minute de frământare a aluatului, măsurate din momentul sfârşitului dezvoltării acestuia (Kunerth, W.H., D’Appolonia, B.L., 1985 ; Tanaka, K., Tipples, K.H., 1969).

În vederea cuantificării comportamentului aluatului la suprafrământare se poate folosi indicele de toleranţă, care reprezintă diferenţa dintre consistenţa maximă a aluatului şi valoarea consistenţei acestuia după un timp determinat (5’, 10’, 20’).

Calitatea făinii în funcţie de valoarea caracteristicilor curbei farinografice (după I.C.A.)

CARACTERISTICI	CALITATEA FĂINII
	Slabă	Medie	Puternică
Timp de dezvoltare (min)	1 – 2	3 – 8	8 – 15
Stabilitate (min)	0 – 1	4 – 5	10 – 15
Înmuiere (U.B.)	peste 200	40 – 50	20 – 30

Clasificarea făinurilor de panificaţie în funcţie de puterea făinii determinată farinografic (după I.C.A.)Pentru evaluarea sincretică a tuturor acestor caracteristici se poate utiliza indicele cunoscut sub numele de “puterea făinii”, determinat cu ajutorul riglei volumetrice. În funcţie de acest indice,făinurile se clasifică conform tabelului de mai jos :

CLASIFICARE	PUTEREA FĂINII	CLASIFICARE	PUTEREA FĂINII
Grâne foarte tari	85 – 100	Grâne bune	50 – 65
Grâne tari	75 – 85	Grâne slabe	35 – 50
Grâne foarte bune	65 – 75	Grâne foarte slabe	17 – 35

O altă metodă care măsoară caracteristicile la frământare ale aluatului este cea care foloseşte mixograful. Acesta a fost construit după un pricipiu de frământare diferit de cel al farinografului, ca urmare a necorelării rezultatelor farinografice cu comportamentul la coacere a făinurilor provenite din grâne dure (aşa cum sunt grânele americane şi cele canadiene).

Metoda alveografică

Metoda alveografică se bazează pe măsurarea rezistenţei la întinderea biaxială, sub presiunea aerului, a unei foi de aluat preparată în condiţii standard. Metoda presupune realizarea a cinci probe consecutive, rezultatul ei fiind considerat media celor cinci probe (Bettge, A., Rubenthaler, G.L., Pomeranz, Y., 1989; Chen, J., D’Appolonia, B.L., 1985).

Comportamentul aluatului sub presiunea aerului este extrapolat grafic sub forma unor curbe a căror caracteristici geometrice constituie parametri aluatului (Chopin, M., 1927). Astfel, alveograful înregistrează: înălţimea maximă a curbei (H), a cărei multiplicare cu un coeficient standard (1,1) reprezintă rezistenţa (P) aluatului la extensie; lungimea curbei (L), exprimată în milimetri care descrie extensibilitatea aluatului; indicele de extensibilitate (G) a cărei valoare se calculează pe baza lungimii curbei (L) prin formula G = 2.226√L; suprafaţa curbei (S), a cărei valoare permite calcularea cantităţii totale de energie absorbită de aluat la întindere (W), după una dintre formulele (1,32∙G∙S)/L sau 6,54∙S∙103. Exprimarea rezultatelor se realizează în 10-4/Jouli/gram aluat; indicele de elasticitate a aluatului (Ie), calculat ca raport între rezistenţa aluatului la 40 mm de la începutul curbei (P200) şi rezistenţa maximă (P); raportul P/L, arată în ce măsură aluatul este mai extensibil sau mai rezistent şi se calculează ca raport al celor doi parametri ai aluatului (Addo ş.a. 1990).

După Banu şi colab (2000) caracteristicile unei alveograme pentru o făină de panificaţie trebuie să se încadreze în următoarele intervale de variaţie: P [65 – 70 mm], L [130 – 150 mm], G [25 – 30], P/L [0,55 – 0,65], W > 200 cm2.

Metoda extensografică

Metoda extensografică măsoară rezistenţa la întindere a unui sul de aluat preparat şi menţinut la odihnă în anumite condiţii standard. Extensograful extrapolează grafic, sub forma unor curbe caracteristice, comportamentul aluatului. Parametrii măsuraţi se referă la: rezistenţa maximă sau citită la 5 cm de la începutul curbei (Rmax sau R5); extensibilitatea maximă (Emax); cantitatea totală de energie absorbită de aluat în timpul întiderii, calculată pe baza suprafeţei (S, cm2) descrise de curbă; raportul γ = R/E, care descrie sincretic, calitatea făinii. Curbele pot fi trasate pentru intervale diferite de odihnă a aluatului, în fiecare caz parametrii măsuraţi fiind însoţiţi de specificarea timpului de odihnă, ca de exemplu: R5 la 45’, Rmax la 135 etc. Valorile caracteristice ale parametrilor extensogramei pentru diferite făinuri şi calităţi sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Valoarea parametrilor extensografici pentru diferite tipuri de făină şi calităţi ale acestora (după Banu şi colab., 2000)

TIP FĂINA	PARAMETRI	CLASE DE CALITATE
		Foarte bună	Bună	Satisfăcătoare	Nesatisfăcătoare
600	R (UB)	450 – 300	400 – 200	200 – 100	< 100
	γ	4 – 2	2 – 1	1 –  0,5	< 0,5
	S (cm2)	> 60	60 – 40	40 – 20	< 20
900	R (UB)	430 – 300	300 – 200	200 – 100	< 100
	γ	4 – 2	2 – 1	1 –  0,5	< 0,5
	S (cm2)	> 60	60 – 40	40 – 20	< 20
1350	R (UB)	–	450 – 200	200 – 100	< 100
	γ	–	4 – 1	1 –  0,5	< 0,5
	S (cm2)	–	> 40	40 – 20	< 20

Proba de coacere (Baking test)

Din tabelul de mai sus, se observă că pentru făinurile bune şi foarte bune, parametrii extensografici au valori R > 200 UB, γ > 1 şi S > 40 cm2.

Proba de coacere (Baking test) constituie cea mai sensibilă metodă de evaluare a calităţii făinurilor, reprezentând în fond o simulare a comportamentului făinii pe parcursul tuturor fazelor tehnologice în care aceasta urmează să fie implicată. Calitatea făinii sau a anumitor constituenţi naturali ai acesteia aşa cum este glutenul este dedusă din indicatorii senzoriali şi fizico – chimici ai pâinii obţinute (volum, formă, culoarea şi aspectul cojii, culoarea miezului, structura şi textura miezului, porozitate, elasticitatea miezului, gustul, aroma, raportul înălţime/ diametru etc). Metoda permite evaluarea calităţii de panificaţie a făinii încă din faza de aluat, pe baza unor caracteristici organoleptice ale acestuia, aşa cum este lipiciozitatea sau pe baza comportamentului aluatului la dospire.

Întrucât s-a considerat că volumul pâinii obţinute la proba de coacere depinde de calitatea proteinei (Finney şi Barmore, 1948; Bell, P. M., Simmonds, D. H., 1963; Dexter, J.E., Matsuo, R.R., Preston, K.R., Kilborn, R.H., 1981), diversele analize statistice au condus la propunerea unor indicatori care să caracterizeze valoarea calitativă a grânelor şi făinurilor pe baza volumului pâinii (V) şi a cantităţii de proteină din făină (P %):

– indexul volumului pâinii (LVI) =[ V/ (P • masa probei de făină)]• 200

– volumul pe unitatea de proteină (VPU) = (V/P)•200

Pe baza unei analize statistice a datelor provenite de la grânele româneşti aflate în prezent în cultură, a putut fi investigată corelaţia dintre conţinutul în proteină şi volumul pâinii (Sîrbu, 2000). S-a constatat că volumul pâinii nu se corelează întotdeauna cu cantitatea de proteină din făină, probabil datorită proporţiei mai mari pe care o au proteinele neglutenice în cantitatea totală de proteină. Ca urmare, indicatorii prezentaţi mai sus nu pot fi folosiţi în cazul făinurilor provenite din grâne româneşti, decât după verificarea existenţei corelaţiei: cantitate de proteină din făină – volum pâine.