Skład chemiczny mąki w dużym stopniu wpływa na właściwości wypiekowe. Mąka pod względem chemicznym nie jest materiałem jednolitym, ale mieszaniną różnych związków chemicznych zarówno organicznych jak i nieorganicznych. Związki te maja różny wpływ na jakości wypiekowe mąki.

Do związków organicznych zalicza się:

• Węglowodany
• Białka
• Tłuszcze
• Witaminy
• Kwasy organiczne

Do związków nieorganicznych zalicza się:

• Wodę
• Makroelementy
• Mikroelementy

Skład chemiczny mąki zależy zarówno od składu chemicznego mąki jak i od wyciągu mąki. Tylko przy przemiale razowym skład chemiczny maki odpowiada w przybliżeniu składowi chemicznemu ziarna. Mąki niskowyciągowe, pochodzące ze środka bielma, mają skład chemiczny, bardzo zbliżony do składu chemicznego bielma środkowego- zawierają dużo skrobi, mało białek, tłuszczów oraz soli mineralnych. Mąki wysokowyciągowe zawierają oprócz składników bielma środkowego również część składników warstwy aleuronowej i pewną ilość składników okrywy owocowo- nasiennej, na skutek, czego ich skład chemiczny różni się od składu chemicznego mąki niskowyciągowej

Węglowodany

Węglowodany zwane inaczej cukrami to grupa związków chemicznych zbudowanych z węgla, wodoru oraz tlenu. Nieliczne cukry zawierają w swojej cząsteczce atom azotu. Cukry stanowią do 90% z substancji chemicznych wchodzących w skład roślin. Są one głównym składnikiem odżywczym oraz materiałem budulcowym komórek i tkanek roślinnych.

Niektóre cukry charakteryzują się zdolnością do fermentacji oraz pęcznienia w wodzie, zjawiska te wykorzystywane są w procesie wytwarzania ciast  i przetwarzania go na różnych etapach produkcji. Fermentacji ulegają cukry proste natomiast w wodzie pęcznieją cukry złożone.

Monocukry

Wśród węglowodanów prostych obecnych w mące, najważniejszą rolę w technologii odgrywają heksozy- glukoza i fruktoza. Cukry te fermentują w obecności drożdży i ulegają przemianie na alkohol oraz dwutlenek węgla.

Do cukrów prostych zalicza się również pentozy, do których należy m. in arabinoza oraz ksyloza. Odgrywają one ważną rolę w technologii ciasta żytniego. Arabinoza i ksyloza nie fermentują pod wpływem drożdży stosowanych w piekarnictwie.

Disacharydy

Najbardziej rozpowszechnionym cukrem  występującym w liściach, łodygach, nasionach owocach korzeniach oraz bulwach jest sacharoza. Jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie  i odznacza się silnie słodkim smakiem. Pod wpływem drożdży sacharoza ulega fermentacji. W wyniku ogrzewania w obecności kwasu solnego sacharoza rozpada się na glukozę i fruktozę. W ziarnach rozpad sacharozy zachodzi pod wpływem enzymu inwertazy. Sacharoza fermentuje pośrednio, bowiem dopiero glukoza i fruktoza ulegają przemianie do alkoholu i dwutlenku węgla.

Maltoza- cukier słodowy występuje w formie przejściowej w czasie kiełkowania wielu nasion zbóż. Wzrost zawartości maltozy w ziarnie świadczy o porośnięciu  zboża, gdyż  maltoza powstaje przez rozpad skrobi, co ma duże znaczenie w piekarstwie. Już niewielkie ilości maltozy, które tworzą się podczas porastania pszenicy i żyta mają duży wpływ na obniżenie właściwości wypiekowych mąki, zwłaszcza żytniej, ciasto żytnie wyprodukowane z takiej mąki przechodzi intensywniejsza fermentację jednocześnie staje się bardziej rozpływane.

W niektórych przypadkach zawartość maltozy w cieście może być pożądana. Dotyczy to ciasta, które zawiera zbyt małą ilość cukrów ulegających fermentacji. Maltoza w obecności glukozy ulega fermentacji pod wpływem drożdży.

Polisacharydy

Spośród najważniejszych polisacharydów znajdujących się w ziarnie zbożowym wyróżnia się skrobię i błonnik.

Skrobia stanowi materiał zapasowy dla roślin oraz gromadzi się w nasionach kłączach i bulwach. Występuje w postaci charakterystycznych ziarn o barwie białej. Wielkość ziarna skrobi pszennej wynosi od 11 do 50µm. Zawartość skrobi w pszenicy wynosi 62,2-71%, natomiast w życie 66,5-73,2% zawartość skrobi w ziemniakach wynosi średnio 21%.

Skrobia wykazuje zdolność do wiązania wody przy tworzeniu ciasta i zatrzymuje ją podczas wypieku. Podczas wypieku ziarenka skrobi ulegają pęknięciu w wyniku czego tworzy się kleista masa. Zjawisko to ułatwia działanie enzymów trawiennych i zapewnia dobrą przyswajalność gotowego produktu.

Skrobia w obecności jodu zmienia zabarwienie na niebieskofioletowe. Do najważniejszych właściwości skrobi zalicza się zdolność do pęcznienia pod wpływem wody.

Błonnik zwany również celulozą jest złożonym związkiem chemicznym charakteryzującym się dużą wytrzymałością na urazy mechaniczne, zmiany warunków atmosferycznych oraz działanie enzymów. Nie wykazuje zdolności do rozpuszczania się w wodzie. Nie rozpuszcza się także w rozcieńczonych kwasach i ługach, ani w alkoholu i eterze. Wchodzi w skład okrywy ziarna zbóż oraz błony komórkowych ziarna. Do mąki błonnik przechodzi w postaci rozdrobnionych błon komórkowych ziarna oraz w postaci otrąb. Im mąka ma ciemniejsza barwę tym więcej zawiera błonnika, soli mineralnych oraz witamin.

Zmniejszenie się zawartości celulozy w mące jest równoznaczne ze zmniejszeniem się zawartości węglowodanów. Zawartość celulozy w mące podobnie jak innych węglowodanów jest zróżnicowana, i zależy od warunków atmosferycznych panujących w czasie dojrzewania ziarna a także od rodzaju zboża.

Hemicelulozy są nierozpuszczalne w wodzie, spełniają rolę materiału budulcowego a także zapasowego służącego do odżywiania zarodka.

Pentozany stanowią główny składnik gum i śluzów- czyli substancji należących do polisacharydów, występujących w okrywie ziarna. Pentozany dają się rozłożyć do pentoz w procesie hydrolizy kwasowej. Ogrzewanie z kwasem solnym dają furfural, co wykorzystywane jest do ich ilościowego oznaczenia w mące. Zawartość pentozanów w mące żytniej jest większa niż w mące pszennej (ziarno żyta zawiera ich 8,5-10,2%, ziarno pszenicy 4,9-7,5%).

Głównym składnikiem śluzów mąki pszennej i żytniej są pentozany, które stanowią 94% występujących w śluzach polisacharydów. Śluzy wykazują zdolność do wchłanianie dużej ilości wody, pęcznieją przy tym i dają roztwory charakteryzujące się dużą lepkością. Śluzy również mają zdolność do obniżanie stopnia pęcznienia białka i skrobi mąki. Zawartość śluzów w mące zależy od jej wyciągu. W mące żytniej śluzy stanowi średnio około 2,8% w mące pszennej – około 0,5%.

Funkcje śluzów:

• Wpływają na lepkość ciasta
• Łącza skrobię, białko i inne składniki mąki w jedną całość
• Obniżają zdolność pęcznienia białek oraz skrobi dopiero podczas wzrostu kwasowości ciasta

Białka

Białka zbudowane są z aminokwasów. Ponad dwadzieścia aminokwasów w różnych połączeniach daje nieograniczoną ilość białek.

Białka dzielą się na:

• Rozpuszczalne
• Nierozpuszczalne

Białkami rozpuszczalnymi są albuminy występuje w organizmach zwierząt. Z białek rozpuszczalnych w wodzie i występujących w ziarnach zbóż wyróżnia się leukozynę. W technologii piekarniczej największe znaczenie mają białka nierozpuszczalne w wodzie i roztworach soli, a rozpuszczalne w roztworach kwasów i zasad. Zalicza się do nich:

• Gluteina
• Gliadyna, występujące w dużych ilościach w ziarnie zbóż, głównie w pszenicy i życie

Glutenina i gliadyna w największych ilościach znajduje się pod okrywą ziarna. W środkowej części ziarna ilości te są znacznie mniejsze. W wyniku działania zimnej wody, gliadyna i gluteina ulegają zlepieniu i tworzą lepką oraz elastyczną masę zwana glutenem. Gluten w roztworach wodnych ulega pęcznieniu, co jest bardzo ważną jego właściwością. Najłatwiej uzyskać gluten przez wymywanie go z ciasta wytworzonego z jasnej mąki.

Aminokwasami ograniczającymi dla białek poszczególnych mąk są:

• lizyna
• tryptofan
• metionina

Ponadto dla pszenicy, obok lizyny-treonina, a dla żyta – izoleucyna tryptofan. W celu podwyższenia wartości biologicznej białek zbożowych, przetwory zbożowe powinny być spożyte w połączeniu z produktami zawierającymi białko innych gatunków roślin lub białko zwierzęce.

Tłuszcze

Tłuszcz zmagazynowany jest w nasionach roślin. Największe jego ilości znajdują się w nasionach roślin oleistych takich jak:

• Mak
• Rzepak
• Soja
• Słonecznik

Pewne ilości tłuszczu zgromadzone są również w zarodkach oraz łupinie owocowo-nasiennej ziarn zbożowych. Mączyste bielmo zbóż zawiera tylko minimalne ilości tłuszczów.

Tłuszczom właściwym mąki towarzyszą tłuszczowce złożone, np. fosfolipidy (fosfatydy: lecytyny i kefaliny) oraz niewielkie ilości skrobi.

Tłuszcz, który został wyciśnięty z zarodków zbożowych ma konsystencje ciekłą. Pszenica i żyto zawierają około 2% tłuszczu. Najwięcej tłuszczu zgromadzone jest w częściach przywierających bezpośrednio do mączystego bielma czyli w zarodku i warstwie alerunowej- 10% tłuszczu. W zarodku stosunek nienasyconych kwasów tłuszczowych do nasyconych wynosi 84:16. W zależności od wyciągu mąką zawiera 0,2-0,3% lecytyny, a ogólna zawartość fosfatydów w ziarnie zbóż wynosi 0,65% dla pszenicy i 0,57% dla Zyta w przeliczeniu na suchą substancję

Zawartość tłuszczu w mace zależy przede wszystkim od jej rodzaju , wyciągu oraz dojrzałości. Mąki ciemne są bogatsze w tłuszcz, dlatego są mniej trwałe podczas magazynowania. Podczas dłuższego przechowywania następuje rozkład tłuszczów na kwasy tłuszczowe zwłaszcza nienasycone (linolowy i linolenowy) ulegają utlenieniu do nadtlenków, które w dalszym ciągu rozkładane są do aldehydów oraz niższych kwasów tłuszczowych, które dają nieprzyjemny zapach zjełczałego tłuszczu, charakterystyczny dla zepsutej mąki. Wraz ze wzrostem ilości wolnych kwasów tłuszczowych w mące wzrasta jej kwasowość.

Witaminy

Najmniej witamin zawiera łupina przywierająca do mączystego bielma, najwięcej natomiast witamin występuje w zarodku ziarna. Pszenica i żyto zawierają dużo witaminy PP, natomiast mniej witamin grupy B oraz witaminy E. Witamina C powstaje w zarodku ziarna podczas kiełkowania. W mące nie występuje. W niewielkich ilościach występują również witaminy: A, B₂ i D.

Zawartość witamin w zbożu jest zmienna. Do ubytków witamin dochodzi podczas:

• Przemiału zboża
• Magazynowania mąki

Najmniejszą ilością witamin charakteryzuje się mąka jasna, pozbawiona otrąb i zarodków. Najbogatsza w witaminy jest mąka z pełnego ziarna. Ziarno żyta zawiera przeciętnie 0,35 mg tiaminy w 100 g ziarna i 0,48 mg w ziarnie pszenicy, przy czym w bielmie żyta jest tylko 5% ogólnej zawartości tej witaminy, w bielmie pszenicy tylko 3%. Najwięcej tej witaminy zlokalizowane jest w tarczce zarodkowej. Tarczka przy produkcji mąki jasnej w całości przechodzi do otrąb, zubożając mąkę w witaminy. Należy pamiętać, że witaminy podczas fermentacji są ważnym czynnikiem wzrostowym zarówno dla drożdży jak i bakterii.

Składniki mineralne

Spośród składników mineralnych na uwagę zasługuję zawartość związków magnezu, wapnia, fosforu oraz potasu. Mąki zawierają niewielkie ilości sodu, miedzi, żelaza i innych. Mąki wysoko wyciągowe bogatym źródłem składników mineralnych w przeciwieństwie do niewyciągowych.

Enzymy

Enzymy podobnie jak witaminy zlokalizowane są w zarodku ziarna. Na skutek działalności enzymów następuje rozpad skrobi, białek oraz tłuszczów. Każdy enzym działa na właściwe mu podłoże co oznacza, że enzymy rozkładające węglowodany nie posiadają zdolności do rozłożenia białek oraz tłuszczów. Podobnie enzymy rozkładające białka nie działają na tłuszcze i węglowodany.

Enzymy zawarte w zbożu i w mące można podzielić według ich specyfiki działania na 2 zasadnicze grupy, a mianowicie:

Hydrolazy powodujące hydrolizę złożonych związków na związki prostsze do hydrolaz należą- karbohydrolazy hydrolizujące węglowodany, proteazy hydrolizujące białka, esterazy hydrolizujące tłuszcze i fosforany organiczne

Enzymy systemu oksydo-redukcyjnego, powodujące takie reakcje, jak utlenianie, redukcja, rozbijanie wiązań węglowych (bez przyłączania wody albo tlenu; jest to bardzo liczna grupa enzymów, z których najliczniej spotykanymi w zbożu są: lipoksydaza, tyrozynaza, katalaza i glikozooksydaza.

Największa ilość enzymów zgromadzona jest w ziarnie kiełkującym, dlatego też porośnięte ziarno zawiera więcej enzymów niż nie porośnięte. Zbyt duże ilości enzymów w mące szczególnie amylolitycznych (α i β- amylaza) i proteolitycznych utrudnia w znacznym stopniu prowadzenie procesów technologicznych. Enzymy osłabiają strukturę ciasta, jeśli występuje ich nadmiar. Bez enzymów amylolitycznych jednak rozkładających pewne cukry mąki nie byłaby możliwa fermentacja ciasta. α- amylaza katalizuje powstawanie maltozy ze skrobi mąki i ma istotny wpływ na intensywność przebiegu fermentacji. Enzymy proteolityczne wpływają na zdolność zatrzymywania gazów w cieście podczas jego fermentacji oraz na rozpływalność ciasta, a co za tym idzie – na cechy fizyczne pieczywa. Enzymy oksydoredukcyjne występujące w mące biorą udział w procesach utleniania i redukcji zachodzących w cieście podczas fermentacji, przez co wpływają na cechy fizyczne glutenu oraz zabarwienie gotowego ciasta. Cennym źródłem enzymów są drożdże, niemniej pewne ilości enzymów wytwarzają także pleśnie oraz bakterie.

Woda

Zawartość wody w ziarnie zbożowym oraz mące jest zróżnicowana i waha się zależnie od początkowej wilgotności zboża po zbiorach. Wilgotność mąki w granicach 14-15% uważana jest za prawidłową. W stosunku do wilgotności normalnej, wilgotność mąki ponad 15,5% uznawana jest za podwyższoną.

Mąka jest materiałem higroskopijnym, który zależnie od wilgotności początkowej oraz od wilgotności powietrza , może wchłaniać lub wydzielać parę wodną. Stwierdzono doświadczalnie, że najbardziej higroskopijna jest mąka o wyciągu 0-96 i 0-99%. Najbardziej higroskopijne są otręby.

Mąka, która została przeznaczona do magazynowania powinna charakteryzować się wilgotnością 11-13%. Przy wilgotności 7-9% w mąka nabiera gorzkiego smaku i nie nadaje się do magazynowania. Mąka o wilgotności w 16-17% szybko ulega pleśnieniu.

Źródło: Antoni Reński- Piekarstwo. WSiP. Warszawa; Bożena Waszkiewicz – Robak- Przetwory zbożowe. Kucharz & Gastronom. Vademecum. Wydawnictwo Rea;  Tadeusz Jakubczyk, Tadeusz Haber (red.)- Analiza zbóż i przetworów zbożowych. Skrypty Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego Akademii Rolniczej w Warszawie. Warszawa.