Cottura del pane e reazioni chimico – fisiche

Il processo finale che interessa il procedimento di produzione del pane, è il momento in cui l’impasto opportunamente preparato si trasforma in un prodotto leggero, facilmente digeribile, profumato e saporito, per mezzo dell’influenza derivante dal potente calore.

Durante la cottura, tutte le componenti naturali che compongono l’impasto, vengono alterate irreversibilmente da una serie di reazioni e interazioni di fisiche, chimiche e biochimiche.

Nel forno si verifica una concatenata serie di reazioni che possiamo riassumere in:

• Espansione del volume dell’impasto (conosciuto anche con la denominazione di oven spring)
• Formazione della crosta
• Disattivazione del lievito
• Disattivazione degli enzimi
• Coagulazione delle proteine ​​presenti nell’impasto
• Gelatinizzazione parziale dell’amido
• Caramellizzazione e Reazione di Maillard

Parallelamente, dal punto di vista olfattivo e gustativo, il processo di cottura si abbina a nuove sostanze che si propagano dall’interno all’esterno dell’impasto (gli zuccheri caramellati, le pirodestrine e una vasta gamma di composti aromatici).

La qualità dei prodotti da forno dopo la cottura è influenzata dalla velocità di propagazione del calore, dalla quantità, dall’umidità presente nella camera di cottura e dalla sua tempistica che può variare dai 50 minuti ai 60 minuti, a seconda della pezzatura e tipologia di pane da cuocere.

La temperatura ottimale del forno oscilla fra i 220°C e i 275°C.

[amazon_link asins=’B01MG7KLCI’ template=’ProductCarousel’ store=’pastamadrelover-21′ marketplace=’IT’ link_id=’eb8961a3-cb2f-11e7-add2-c7c90a09612c’]

Cosa succede nel forno e soprattutto, come reagisce l’impasto alle diverse temperature durante il processo di cottura?

• A 30°C, a causa della temperatura in aumento dell’impasto freddo, i gas presenti favoriscono la produzione enzimatica degli zuccheri mentre la solubilità di anidride carbonica (CO 2) diminuisce.
• A 45/50°C Il lievito muore.
• A 50/ 60°C l’amido enzimatico inizia a gelatinizzare.
• A 60/80°C, a causa della denaturazione degli enzimi presenti nell’impasto, la gelatinizzazione dell’attività enzimatica dell’amido cessa, glutine e amido iniziano ad interagire tra loro.
• A 100°C l’acqua presente nell’impasto inizia a bollire causando così la formazione di vapore acqueo con conseguente primo stadio di formazione della crosta.
• A 110/120°C le destrine nella crosta, di colore giallo pallido,  iniziano ad essere visibili.
• A 130/140°C  si verifica la formazione di destrine brune di color marrone nella crosta.
• A 140/150°C inizia la caramellizzazione con conseguente reazione di Maillard.
• A 150/200°C si forma la “crosta” e i relativi composti aromatici che terminano quando il pane è cotto.
• Oltre i 200°C non si dovrebbe procedere poiché si otterrà una carbonizzazione con relativa formazione di una crosta nera e porosa con conseguente formazione di acrillamide (composto mutageno e cancerogeno, con tossicità sistemica ma preferenziale per il sistema nervoso sia centrale che periferico e riproduttivo – Wiki).

[amazon_link asins=’B000T5I364,B07173WXT2′ template=’ProductCarousel’ store=’pastamadrelover-21′ marketplace=’IT’ link_id=’07c63b54-cb30-11e7-9000-05737c350e99′]

Durante il processo di cottura, i lati e la base del pane assorbono il calore trasmesso attraverso un graduale riscaldamento dell’impasto che raggiunge il cuore del pane. La cottura avviene quindi per conduzione e irraggiamento aumentando la temperatura del fondo e delle pareti laterali del pane o di un eventuale contenitore  di cottura (nel caso in cui il prodotto, ad esempio, venga cotto in una pentola) per essere poi trasferito, all’interno del prodotto.

La superficie dell’impasto si riscalda abbastanza rapidamente mentre l’interno, acquisisce il calore progressivamente in modo lento e stratificato perché la distanza dalla superficie al cuore dell’impasto viene raggiunta dal calore mediante l’ebollizione dell’acqua che lo ha  idratato.

Per cuocere un pane di pezzatura di circa 1 kg ci vogliono dai 50 agli 80 minuti.

Nella prima parte del tempo destinato alla cottura (circa un terzo del tempo totale), la superficie dell’impasto raggiungerà i 150°C circa e tenderà a ridursi lentamente a 180°C circa.

La temperatura della mollica invece, non supererà mai il punto/parametro di ebollizione dell’acqua, ovvero i 100°C (“principio di Watt“) e il “cuore” della pagnotta non potrà raggiungere la temperatura massima fino al termine della cottura.

Affinché sia possibile ottenere un pane ben cotto che presenti anche una mollica soffice, morbida e ben stabilizzata, è necessario mantenere costante il punto di ebollizione dell’acqua nella mollica per almeno ¼ del tempo della sua cottura totale. Ciò significa che è necessario mantenere costante anche la temperatura del forno. Aprire il portello del forno, prima che siano trascorsi almeno 20 minuti, significa modificare la temperatura impostata, anche se di poco, quindi sarebbe meglio evitare.

L’acqua

Il vapore acqueo che fuoriesce dal pane si dirama in tutte le direzioni a partire dalla superficie dell’impasto. Per essere più chiari, l’umidità dell’impasto, a diretto contatto con il calore, crea condensa che a sua volta riscalda progressivamente lo strato successivo dell’impasto ancora fresco, portando l’acqua a bollore.

Strato dopo strato, l’ebollizione raggiunge anche il cuore dell’impasto, che perde peso durante la cottura. La perdita può variare dal 12 al 22%, a seconda della tipologia di pane ed è dovuta soprattutto al processo di formazione della crosta che molti, erroneamente, scambiano con la perdita di umidità nella mollica.

La temperatura del forno, per l’interno del pane conta davvero poco perché all’interno dell’impasto, la temperatura, che raggiunge i 100°C, rimarrà tale fin tanto che vi sarà acqua in evaporazione.

Il grafico seguente mostra visivamente un tipico esempio di cottura del pane

Tre curve misurano la temperatura della mollica (linea nera, viola e gialla) e tre curve la temperatura del forno (linea blu, verde e rossa). Si può chiaramente osservare, come la temperatura all’interno del forno sia abbastanza uniforme, considerando che le sonde di rilevazione sono state posizionate in modo tale che la temperatura registrata fosse misurabile sia da sinistra che da destra. La settima linea rappresenta invece l’andamento dell’umidità rilevata all’interno del forno.

Il pane, entrando nel forno a vapore mostra un picco di umidità del al 100%. Tuttavia appena il pane ha oltrepassato la “zona umida”, l’umidità è scesa rapidamente al 5% circa.

L’aumento della temperatura sulla massa causa una sequenza di reazioni chimiche distinte in tre fasi. Le oscillazioni di queste diverse reazioni, nonché l’ordine con cui si svolgono, dipendono in larga misura dal “tasso di trasferimento” del calore verso l’impasto.

Se la crosta dovesse formarsi prima che venga raggiunto il “cuore” della massa, la spinta dal centro del pane potrebbe causare spaccature sulla superficie poiché il calore di quest’ultima, supera quello della base del pane.

La crosta a volte si presenta più scura perché si asciuga troppo, conseguentemente alla quasi totale evaporazione dell’acqua; la temperatura a sua volta può aumenta di ulteriori 100°C.

La velocità con la quale la crosta subisce la perdita di acqua in cottura influenza anche il colore del pane.

Il tempo di cottura del pane non dipende dalla maggiore o minore temperatura del forno bensì dalla forma fisica dell’impasto e dal suo spessore (che influenza la distanza che intercorre dalla superficie al centro (cuore) della pagnotta.

Quattro minuti in più su 20 minuti di cottura indicano un prolungamento del 20% tuttavia il pane non subisce grandi variazioni in merito alla perdita di umidità se la crosta è già ben asciutta (diventerà solo più spessa). Aumentare il contenuto di acqua nell’impasto e quindi avere un impasto più idratato non significa che il pane conterrà più umidità o che sarà più morbido e leggero.

Oven Spring o espansione del volume nel forno

L’aumento di volume dell’impasto durante la fase iniziale di cottura è chiamato “Oven spring”. Le fasi che lo caratterizzano sono tre:

1. Milioni di piccole celle di gas, espandibili ed elastiche, circondate da una rete glutinica, si espanderanno quando il calore penetrerà all’interno della massa.
2. Il calore ridurrà la solubilità dei gas presenti in modo che l’anidride carbonica (CO2) generata dal lievito venga rilasciata migrando nelle “intercapedini” (celle/alveoli) presenti. Questo fenomeno evviene quando la temperatura dell’impasto raggiungerà i 50°C provocando l’aumento della pressione interna sulle “bolle di gas” e ampliando la loro dimensione promordiale.
3. I liquidi presenti all’interno dell’impasto, con un basso punto di ebollizione muteranno il loro stato da liquido in gassoso, a partire  dal momento in cui la temperatura dell’impasto raggiungerà gli 80°C circa. Gli alveoli verranno pertanto espansi sotto la spinta della pressione ricevuta dal calore.

Il contributo complessivo della CO2 alla reazione di “Oven spring” nel forno, rappresenta più o meno il 50% della reazione chimica di espansione mentre l’evaporazione dell’etanolo, dovuto all’aumento della temperatura, è invece responsabile del restante 50%.

Durante la fase di oven spring, le piccole “bolle” di gas soggette ad una pressione maggiore precedono l’espansione delle bolle più grandi ma una volta che la pressione sulle celle supera il limite critico, le pareti improvvisamente si espandono e le bolle si ingrandiscono notevolmente. A questo punto comincia la formazione della crosta che sotto la spinta del calore nel forno si frantumerà. Le incisioni sul pane possono relativamente aiutare a trattenere l’effetto di espansione se opportunamente eseguite lievemente prima del completamento del ciclo di maturazione dell’impasto o a maturazione completamente avvenuta e lievemente superata.

Durante il raffreddamento del pane, l’evaporazione dell’umidità attraverso la crosta continuerà a fuoriuscire fino a quando il contenuto di acqua della pagnotta raggiungerà il 38% circa del peso totale.

Reazioni chimiche durante la cottura

La caramellizzazione è un processo attraverso il quale le sostanze dolci e incolori, sotto l’influenza del calore vengono trasformate in composti che variano dal colore giallo chiaro al marrone scuro (fino ad arrivare al nero nella peggiore delle ipotesi) e denotano un sapore caramellato lieve e piacevole al gusto. Se il processo di caramellizzazione però si protrae troppo, il risultato restituirà una crosta di colore marrone molto scuro e talvolta nero il cui sapore risulta amaro. E’ comunque bene tener presente che a temperature elevate avviene la formazione di acrilammide che, come è stato detto è dannosa.

Tutti i composti chimici che si formano durante la caramellizzazione non sono stati ancora ben identificati. Tuttavia i prodotti finali risultanti da queste reazioni, sono annoverabili tra i polimeri complessi insaturi.¹

Gelatinizzazione

Durante il processo di cottura, i granuli di amido iniziano a gonfiarsi ad una temperatura di circa 40°C. Le proprietà viscoelastiche dell’impasto sono sostituite dalla fluidità quando la temperatura raggiunge l’intervallo di circa 50-65°C (gelatinizzazione).

Nella fase iniziale di gelatinizzazione, i granuli di amido assorbono sia l’acqua libera che l’acqua “legata” trattenuta dall’impasto. Tuttavia una gran parte dei granuli rimane intatta fino alla fine del processo panario e questo è perché l’acqua non riesce a gelatinizzare tutto l’amido presente.

L’ampiezza della gelatinizzazione dell’amido è influenzata dall’acqua, ma anche dalla temperatura e dalla durata della sua azione/reazione sull’amido. Nel pane, il grado di gelatinizzazione dell’amido è superiore tra la mollica e la crosta anziché al centro, perché la superficie estenra è esposta maggiormente alle alte temperature.

Dentaurazione e proteine

Un’altra reazione che si verifica durante la cottura del pane è la denaturazione delle proteine ​​che formano il glutine, che legano circa il 31% dell’acqua totale assorbita dall’impasto.

Le proteine contribuiscono alla formazione della struttura portante dell’impasto fornendo la matrice in cui vengono incorporati i minuscoli granuli di amido e subiscono una denaturazione termica quando la temperatura della mollica raggiunge circa 60 – 70°C. Le proteine ​​denaturate non sono in grado di legare l’acqua all’amido (che a quel punto si trova nel pieno processo di gelatinizzazione) quando la temperatura della pasta è superiore a 75°C.

Enzimi e Amilolisi

Naturalmente anche gli enzimi appartengono alla famiglia delle proteine. Poiché l’amido gelatinizza, le amilasi accelerano la sua idrolisi. Questi enzimi tuttavia vengono disattivati rapidamente ad alte temperature di cottura. L’amilolisi dell’amido viene interrotta quando tutte le amilasi non risultano più attive.

Nella fase iniziale del processo, l’amilolisi contribuisce a distruggere la struttura iniziale dell’amido favorendo la fluidità dell’impasto e promuovendone l’espansione.
L’amido viene suddiviso in piccole molecole e il livello delle destrine e del maltosio, utile alla fermentazione provocata dal lievito, aumenta.

Insufficienti reazioni amilasiche sono spesso causa di difetti e il pane potrà non presentare grande volume e/o colore dopo la cottura. Al contrario, un’attività amilasica eccessiva produce una sovra-espansione della pagnotta e può causarne persino il collasso.

Cottura a vapore

Il vapore emanato da un forno predisposto nella fase iniziale del processo di cottura, fornisce un ambiente favorevole per la riuscita di una crosta liscia, lucida e croccante.

Durante le fasi iniziali di cottura, il forno a vapore esegue diverse funzioni necessarie:

1. Preserva l’estensibilità della superficie della pasta conferendo una piacevole lucentezza della superficie. L’amido si insinua nella condensa e forma un sottile strato sulla superficie.
2. Favorisce la penetrazione del calore nell’interno del prodotto (a differenza di un impasto cotto a secco con conseguente rapida evaporazione dell’acqua dalla superficie esposta a calore).
3. Il processo di evaporazione assorbe una notevole quantità di calore dalla superficie, riducendo in tal modo il tasso di penetrazione del calore dall’esterno all’interno della pagnotta.

Croccantezza della crosta

Numerosi studi sono stati condotti sulla croccantezza e sulla perdita di quest’ultima su pane e panini (Piazza e Masi 1997, Primo – Martin 2006, Hirte et al 2010 e 2012). I diversi studi hanno mostrato di avere una relazione tra croccante e idratazione.

A basso contenuto di acqua, l’amido gelatinizzato e le matrici del glutine sono più inclini alla frattura e il pane sembra più croccante. La croccantezza dei prodotti poco lievitati può essere preservata con un materiale di imballaggio adeguato nel mantenere costante il basso contenuto di umidità mentre per il pane questo non è possibile poiché ed è una sfida che il panettiere, purtroppo non può vincere.

Temperatura atmosferica

Se l’atmosfera attorno al pane è “secca” la crosta assorbe l’acqua dalla mollica che ovviamente presenta un contenuto più elevato di umidità rispetto alla crosta. In caso invece di condizioni climatiche piuttosto umide e/o di tempo piovoso, la crosta assorbe l’umidità dall’atmosfera causando perdita di croccantezza in poche ore.

Primo-Martin e come lui altri nell’anno 2006. ha condotto uno studio che mirava a dimostrare che un contenuto minore di umidità nella crosta si può ottenere utilizzando una farina dal contenuto proteico inferiore oppure, idrolizzando le proteine ​​negli strati superficiali dell’impasto, spruzzando una sostanza a base di proteasi sulla superficie dell’impasto (latte, caglio ecc). Al termine degli studi si è dimostrato come, a fine cottura, una minore idratazione ha permesso al pane di mantenere una maggior tenuta e croccantezza.

Fonti: Noël Haegens

Per ulteriori approfondimenti consultare anche QUESTO LINK