ماژول ۹ – غلات و فرآورده‌های غلات

۲۲ – اجزای تشکیل‌دهنده آرد غلات (پروتئین، لیپید، کربوهیدرات و ویتامین‌ها) و نقش آن‌ها در تهیه خمیر

---

۲۲.۱. 

غلات و فرآورده‌های غلات از مهم‌ترین مواد غذایی اصلی انسان هستند.

• در کشورهای صنعتی، مصرف نان حدود ۵۰٪ نیاز روزانه کربوهیدرات، یک‌سوم پروتئین‌ها و ۵۰–۶۰٪ ویتامین B را تأمین می‌کند.
• همچنین منبع خوبی از مواد معدنی و عناصر کم‌مقدار هستند.
• غلات مهم: گندم، چاودار، برنج، جو، ارزن و جو دوسر.
• تنها گندم و چاودار برای نان مناسب‌اند.
• همه غلات متعلق به خانواده‌ی گیاهان علفی وحشی هستند.

---

۲۲.۲. ساختار دانه غلات

۱. جنین (Embryo/Germ):

• بخش کوچک متصل به پایه‌ی دانه.
• منبع تشکیل ریشه و برگ گیاه جدید.
• غنی از چربی‌ها، نیتروژن و خاکستر.

۲. اندوسپرم (Endosperm):

• بزرگ‌ترین بخش دانه.
• ذخیره غذایی برای جوانه‌زنی.
• حاوی نشاسته به صورت گرانول‌های کروی در ماتریکس پروتئینی.
• منبع اصلی آرد سفید و سمولینا.

3. سبوس (Bran):
   • لایه خارجی تیره‌رنگ، شامل فیبر زیاد.
   • لایه‌ی اطراف اندوسپرم (آلرون) همراه سبوس جدا می‌شود.
   • سرشار از فیبر خام (سلولز، همی‌سلولز، لیگنین).

---

۲۲.۳. ترکیب شیمیایی دانه غلات

• ۸۰٪ ماده خشک = کربوهیدرات‌ها (نشاسته و فیبر).
• ۱۰–۱۲٪ پروتئین (کمبود لیزین و متیونین).
• ۱–۲٪ لیپید در گندم و برنج؛ ۳٪ در ذرت؛ جو دوسر تا ۵.۷٪.
• اسید چرب غالب = اسید لینولئیک.
• مواد معدنی عمدتاً فسفات‌ها و سولفات‌های پتاسیم و منیزیم.
• منابع فقیر از کلسیم و آهن.
• غلات کامل = منبع خوب ویتامین‌های B (ولی با سبوس‌گیری کاهش می‌یابد).
• آنزیم‌های مهم: آمیلازها، پروتئازها، لیپازها، اکسیدوردوکتازها.

---

۲۲.۴. اجزای اصلی گندم و نقش آن‌ها در پخت نان

۲۲.۴.۱. پروتئین‌ها

طبقه‌بندی اوزبورن (۱۹۰۷):

• آلبومین (۱۴.۷٪)
• گلوبولین (۷٪)
• پرولامین = گلیادین (۳۲.۶٪)
• گلوتلین = گلوتنین (۴۵.۷٪)

✅ گلوتن = ترکیب گلیادین + گلوتنین

• گلیادین → ایجاد ویسکوزیته
• گلوتنین → ایجاد الاستیسیته
• نتیجه: خمیر ویسکوالاستیک، قادر به نگهداری گاز تخمیر.

مکانیزم تشکیل خمیر و گلوتن:

• با افزودن آب و ورز دادن، پروتئین‌ها باز شده و برهمکنش‌های هیدروفوبیک، پیوند هیدروژنی و دی‌سولفیدی ایجاد می‌شود.
• زنجیره‌های پروتئینی به‌صورت شبکه‌ای به هم متصل می‌شوند → فیلمی که گاز را به دام می‌اندازد.

---

۲۲.۴.۲. لیپیدها

• چربی‌ها در جنین و سبوس بیشترند.
• در آرد گندم: ۱.۵ تا ۲.۵٪ (بسته به میزان سبوس‌گیری).
• ۷۵٪ لیپیدها غیربستۀ نشاسته و ۲۵٪ بسته به نشاسته هستند.
• لیپیدها در طی خمیرگیری با گلوتن پیوند می‌خورند → ایجاد ماتریکس نشاسته-پروتئین-لیپید.

نقش:

• لیپیدهای قطبی → افزایش ظرفیت نگهداری گاز و حجم نان.
• لیپیدهای غیرقطبی → تأثیر منفی بر کیفیت نان.
• لیپیدهای متصل به نشاسته → افزایش دمای ژلاتینه شدن نشاسته.

---

۲۲.۴.۳. کربوهیدرات‌ها

۱. نشاسته:

• ۲۵٪ آمیلوز + ۷۵٪ آمیلوپکتین.
• در طی حرارت، متورم و ژلاتینه می‌شود.
• در ترکیب با گلوتن → ساختار نیمه‌سفت نان.

2. پلی‌ساکاریدهای دیگر: همی‌سلولز، پنتوزان‌ها، سلولز، بتا-گلوکان‌ها.
3. پنتوزان‌ها (۲–۳٪):
   • فرم محلول = جذب ۲۵ برابر آب → ایجاد ویسکوزیته.
   • فرم نامحلول = افزایش آبداری و جویدن‌پذیری نان.
   • در تشکیل گلوتن نیز نقش دارند.
4. β-گلوکان‌ها (۰.۵–۲٪):
   • پلی‌ساکاریدهای خطی → افزایش ویسکوزیته.
5. قندها:
   • مقدار کم ولی ضروری برای تخمیر با مخمر.

---

۲۲.۴.۴. آنزیم‌ها

• آمیلازها: (α و β) → تجزیه نشاسته، تأمین قند برای مخمر.
• پروتئازها: شکستن پیوندهای گلوتن → نرم کردن خمیر.
• لیپازها: آزادسازی اسیدهای چرب طی نگهداری.
• اکسیدوردوکتازها: نقش در پایداری خمیر.

---

۲۲.۵. ترکیب شیمیایی برخی غلات (٪)

محصول	رطوبت	پروتئین	چربی	کربوهیدرات	فیبر خام	مواد معدنی
گندم کامل	۱۲.۸	۱۱.۸	۱.۵	۷۱.۲	۱.۲	۱.۵
آرد کامل	۱۲.۲	۱۲.۱	۱.۷	۶۹.۴	۱.۹	۲.۷
آرد سفید	۱۳.۳	۱۱.۰	۰.۹	۷۳.۹	۰.۳	۰.۶
نان قهوه‌ای	۳۹.۰	۸.۸	۱.۴	۴۹.۰	۱.۲	–
نان سفید	۳۹.۰	۷.۸	۰.۷	۵۱.۹	۰.۷	–
برنج سفید (خام)	۱۳.۷	۶.۸	۰.۵	۷۸.۲	۰.۲	۰.۶
ذرت	۱۴.۹	۱۱.۱	۳.۶	۶۶.۲	۲.۷	۱.۵
جو دوسر	۱۳.۱	۷.۳	۱.۳	۷۲.۰	۳.۶	۲.۷

(منبع: مؤسسه ملی تغذیه هند، ICMR، ۱۹۹۴)

---

✅ خلاصه:

• پروتئین‌ها (گلوتن) = عامل اصلی ساختار خمیر.
• لیپیدها = تأثیر مستقیم بر کیفیت نان (گازگیری، حجم، بافت).
• کربوهیدرات‌ها (نشاسته + پلی‌ساکاریدها) = تأمین انرژی، بافت و ساختار نان.
• آنزیم‌ها = نقش کلیدی در فرآیند تخمیر و پخت.

---

۲۳ – انواع آرد برای نان و شیرینی‌پزی و تأثیر افزودنی‌ها

---

۲۳.۱. 

اصطلاح «پخت» معمولاً به غذاهای مبتنی بر آرد (مانند گندم، جو دوسر، ذرت و سورگوم) اطلاق می‌شود.

• هدف اصلی پخت: تغییر کیفیت خوردنی غلات و افزودن تنوع به رژیم غذایی.
• همچنین روشی برای افزایش ماندگاری است (با کاهش رطوبت و مهار آنزیم‌ها و باکتری‌ها).
• ماندگاری پس از پخت: نان و شیرینی ۲–۵ روز؛ بیسکویت‌ها و بعضی کیک‌ها چندین ماه (در صورت بسته‌بندی صحیح).
• در فر: حرارت از طریق هوای داغ، سطح خشک می‌شود و پوسته تشکیل می‌شود.
• بیسکویت: حرارت ملایم‌تر → خروج رطوبت از داخل محصول.

محصولات پخته از خمیر یا مایه تهیه می‌شوند (مخلوط آرد و آب با ورز دادن یا هم‌زدن). مواد اولیه مختلف روش فرآوری و محصول نهایی را تعیین می‌کند. آرد گندم پایه اصلی است ولی افزودنی‌های دیگر کیفیت را تغییر می‌دهند.

---

۲۳.۲. آرد

• آرد = پودر حاصل از آسیاب دانه غلات.
• آرد گندم‌ها بر اساس پروتئین متغیرند:
  • آردهای سخت (سخت‌دانه): پروتئین بالا (۱۲–۱۴٪)، مناسب برای نان. آرد زبر، خمیر الاستیک و مقاوم → نان حجیم و بافت خوب.
  • آرد نرم (نرم‌دانه): پروتئین پایین (<۱۰٪)، مناسب کیک و بیسکویت. خمیر نرم‌تر و قابل‌کش‌تر → نان کم‌حجم و بافت درشت.

ویژگی آرد کیک خوب:

• پروتئین پایین (۷–۹٪)، نرم، نشاسته سالم و بدون پروتئین چسبیده.
• فعالیت آمیلازی پایین.
• ساختار نرم و ترد در کیک ایجاد می‌کند.
• در کیک‌های پرشکر → نیاز به آرد کلره.
• کیفیت نهایی آرد وابسته به:
  1. نوع و شرایط رشد گندم
  2. روش آسیاب (جداسازی سبوس و اندازه ذرات)
  3. افزودنی‌ها و تیمارهای خاص آسیاب

---

۲۳.۳. مخمر (Yeast)

• گونه رایج: Saccharomyces cerevisiae.
• شرایط مناسب: pH = ۴–۶ و دما = ۳۰°C.
• فعالیت: تبدیل نشاسته → قند + الکل + CO₂.
• CO₂ باعث ورآمدن خمیر می‌شود.
• ورز دادن = توزیع یکنواخت حباب‌ها.
• اگر زیاد بماند → طعم ترش (به علت اکسیداسیون الکل به اسید).

---

۲۳.۴. مواد شیمیایی ورآورنده (Leavening Agents)

• پودر بیکینگ (Baking Powder): مخلوط جوش‌شیرین (NaHCO₃) + اسید ضعیف (مانند تارتاریک اسید، فسفات اسیدی کلسیم).
• واکنش: تولید CO₂ → افزایش حجم خمیر.
• برتری نسبت به جوش‌شیرین خالص: عدم ایجاد طعم تلخ-صابونی و رنگ زرد.
• آرد خودورآورنده (Self-raising flour): آرد + جوش‌شیرین + اسید آماده.
• جوش‌شیرین تنها به‌ندرت استفاده می‌شود (اثر قلیایی قوی و طعم نامطلوب).

---

۲۳.۵. چربی (Fat)

• عملکردها:
  • ضعیف‌کردن شبکه گلوتن → نرمی و تردی بافت.
  • به دام انداختن هوا → ساختار اسفنجی (کیک).
  • در شیرینی‌های لایه‌ای (پاف پاستری): جدا کردن لایه‌ها.
  • معمولاً بی‌بو انتخاب می‌شود، اما گاهی طعم‌دار (کره، چربی خوک).
  • باید توانایی تشکیل امولسیون با خمیر/مایه را داشته باشد.

---

۲۳.۶. شکر (Sugar)

• شیرین‌کننده اصلی، اما نقش‌های دیگر:
  • قهوه‌ای‌شدن و تشکیل پوسته (واکنش میلارد + کاراملیزاسیون).
  • تقویت تخمیر (۰.۵–۰.۷۵٪ → تسریع رشد مخمر).
  • در بیسکویت: بهبود ماندگاری و بافت.

---

۲۳.۷. اسید اسکوربیک (ویتامین C)

• افزودن ≤۱۰۰ppm → تسریع عمل‌آوری خمیر.
• مکانیسم: کاتالیز اتصالات عرضی گلوتن → شبکه قوی‌تر و الاستیک‌تر.

---

۲۳.۸. تخم‌مرغ (Eggs)

• نقش‌ها:
  • سبک‌سازی و ایجاد بافت هوادار (سفیده زده‌شده مثل بیکینگ‌پودر).
  • امولسیفایر طبیعی، مرطوب‌کننده.
  • منبع چربی و اسیدهای آمینه ضروری.
  • بهبود بافت و ساختار سلولی محصول، کاهش از دست‌دادن رطوبت.

---

۲۳.۹. نمک (Salt)

• بهبود طعم نان و کیک.
• تقویت ساختار خمیر (سفت کردن مخلوط چربی و شکر).
• کند کردن تخمیر مخمر → کنترل حجم و جلوگیری از چسبندگی زیاد خمیر.

---

✅ خلاصه:
کیفیت نان و شیرینی‌ها به شدت تحت تأثیر نوع آرد (سخت یا نرم) و افزودنی‌هایی مانند مخمر، چربی، شکر، ویتامین C، تخم‌مرغ و نمک است. ترکیب صحیح این عوامل منجر به ایجاد محصولی با بافت، طعم و ماندگاری مطلوب می‌شود.

۲۴ – تغییرات فیزیکی و شیمیایی در طول پخت و تعیین مقدار گلوتن و نشاسته در آرد

---

۲۴.۱. 

چندین مرحله در فرآیند تبدیل خمیر به محصول پخته قابل‌تشخیص است:

• مرحله فعالیت آنزیمی (۳۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد)
• مرحله ژلاتینه شدن نشاسته (۵۵ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد)
• مرحله تبخیر آب
• مرحله قهوه‌ای شدن و تشکیل عطر

این تغییرات در سطح بیرونی خمیر و داخل مغز نان متفاوت هستند زیرا انتقال حرارت در خمیر به کندی صورت می‌گیرد و اختلاف دمای زیادی بین پوسته و مرکز وجود دارد.

---

۲۴.۲. تغییرات فیزیکی و شیمیایی

1. پس از قرار گرفتن خمیر در فر، تا دمای ۵۰°C مخمر به سرعت CO₂ و اتانول تولید می‌کند. گرانروی خمیر تا حدود ۶۰°C کاهش یافته و سپس دوباره افزایش می‌یابد. در این زمان حجم نان به‌طور ناگهانی زیاد می‌شود (پدیده Oven Spring).
2. با افزایش دما به بالای ۳۷°C فعالیت مخمر کاهش یافته و در ۵۴°C غیرفعال می‌شود. همزمان در بالای ۶۰°C نشاسته متورم شده، آمیلازها فعال می‌شوند و پروتئین‌ها دناتوره می‌گردند. در ۶۵°C نشاسته ژلاتینه می‌شود و در حدود ۷۴°C آنزیم‌ها غیرفعال می‌شوند. در همین دما، شبکه پایدار خمیر (ترکیب پروتئین و نشاسته متورم) شکل می‌گیرد.
3. در دمای ۹۳–۱۰۰°C، خمیر سفت و ساختار نهایی مغز نان تشکیل می‌شود. سطح پوسته در حضور رطوبت فر لعاب براق پیدا می‌کند.
4. در پوسته، دما به ۱۱۰–۲۰۰°C می‌رسد:
   • ۱۱۰–۱۴۰°C: نشاسته به دکسترین و قندهای ساده تجزیه می‌شود.
   • ۱۴۰–۱۵۰°C: کاراملیزاسیون و قهوه‌ای شدن غیرآنزیمی → ایجاد رنگ و شیرینی.
   • ۱۵۰–۲۰۰°C: تشکیل ترکیبات معطر (پیرولین، پیریدین، فورانون، متیونال، دیاستیل) → طعم برشته، مالت و کاراملی.

---

۲۴.۳. تغییرات در طول نگهداری نان

• جذب رطوبت → پوسته براق و تردی خود را از دست می‌دهد.
• تبخیر ترکیبات معطر → کاهش عطر و طعم.
• تخریب ترکیبات معطر ناپایدار به دلیل اکسیداسیون.
• تغییر ساختار مغز نان → کاهش الاستیسیته و آبداری، ریزش و خرد شدن (پدیده بیات‌شدن که ناشی از رتروگراداسیون نشاسته است).

---

۲۴.۴. تعیین مقدار گلوتن در آرد

• گلوتن عامل اصلی حجم نان است (خواص چسبندگی، کشسانی و ویسکوزیته).
• مقدار مطلوب: گلوتن تر ۳۰–۳۶٪، گلوتن خشک ۱۰–۱۲٪.

روش کار:

1. ۲۵ گرم آرد + ۱۵ میلی‌لیتر آب → خمیر.
2. خمیر در آب به مدت ۱ ساعت قرار داده می‌شود.
3. شستشو تا زمانی‌که نشاسته خارج شود (عدم واکنش با ید).
4. جرم باقی‌مانده = گلوتن تر.
5. خشک کردن در آون (۱۰۰°C به مدت ۲۴ ساعت یا ۱۳۳°C به مدت ۲ ساعت).
6. توزین = گلوتن خشک.

محاسبات:

• ٪ گلوتن تر = (W₂ / W₁) × ۱۰۰
• ٪ گلوتن خشک = (W₃ / W₁) × ۱۰۰

---

۲۴.۵. تعیین مقدار نشاسته در آرد

• نشاسته مهم‌ترین جزء آرد است و در پخت باعث جذب آب و تشکیل بافت می‌شود.
• همچنین در پدیده بیات‌شدن نقش دارد (رتروگراداسیون آمیلوز و آمیلوپکتین).

اصل روش:
آرد در آب معلق می‌شود، سپس در حضور اسید هیدرولیز شده و گلوکز آزادشده با معرف فهلینگ و روش Lane-Eynon تیتر می‌شود. مقدار گلوکز × ۰.۹ → مقدار نشاسته.

مراحل اصلی:

1. ۳ گرم آرد + آب → فیلتر.
2. باقی‌مانده در اسید هیدرولیز می‌شود.
3. خنثی‌سازی با NaOH و فیلتر.
4. تیتر با فهلینگ A و B تا تشکیل رسوب قرمز اکسید مس (Cu₂O).
5. مقایسه با محلول استاندارد گلوکز → محاسبه مقدار نشاسته.

---

✅ خلاصه:
در پخت نان، تغییرات حرارتی باعث توقف فعالیت مخمر، ژلاتینه شدن نشاسته و دناتوره شدن پروتئین‌ها می‌شود. این فرآیندها به همراه کاراملیزاسیون و واکنش میلارد طعم، رنگ و بافت مطلوب نان را ایجاد می‌کنند. کیفیت آرد از طریق اندازه‌گیری مقدار گلوتن و مقدار نشاسته تعیین می‌شود.