Odzierając chleb z wszelkiej magii, można go zdefiniować jako końcowy produkt zmian chemicznych zapoczątkowanych w mące. Zmiany te wywołuje się za pomocą fermentacji, a następnie w procesie pieczenia.
Mąka to nic innego jak zmielone ziarna zbóż. Siedemdziesiąt pięć procent składu mąki żytniej i pszennej stanowią węglowodany, czyli cukry i to właśnie cukry są rozkładane w trakcie fermentacji.
Odkrywca fermentacji, Louis Pasteur, opisał ten proces jako „życie bez powietrza”. Fermentacja alkoholowa, masłowa czy mlekowa to najlepiej poznane procesy beztlenowego, enzymatycznego rozpadu cukrów. Zachodzą w różnorodnych mikroorganizmach i są podstawą wielu gałęzi przemysłu spożywczego (produkcji serów, winiarstwa, piwowarstwa) czy produkcji antybiotyków. Przykładem fermentacji jest również tworzenie się kwasu mlekowego w aktywnie pracujących mięśniach, gdy ilość tlenu jest niewystarczająca. Od kwasu mlekowego pochodzą potoczne „zakwasy”, chociaż to nie kwas mlekowy wywołuje nieprzyjemne bóle mięśni, a powstające w nich mikrourazy.
W tym miejscu warto przypomnieć, że dawniej enzymy nazywano fermentami. Samo słowo „enzym” pochodzi z języka greckiego, w którym „zyme” oznacza „zaczyn, zakwas”.
Zakwas to punkt wyjściowy do wypieku chleba. Do mąki należy dolać wody i po wymieszaniu zostawić w temperaturze pokojowej. Po około dwudziestu czterech godzinach rozpoczyna się proces fermentacji przy udziale bakterii kwasu mlekowego (Lactic acid bacteria). W zakwasie występuje wiele różnych gatunków i szczepów tych bakterii. Te najbardziej rozpowszechnione należą do rodzaju Lactobacillus, jak również Leuconostoc, Pediococcus i Weissella.
Pojedyncze bakterie „biorą się” w mieszaninie z mąki, powietrza a nawet skóry piekarza i zaczynają się w zakwasie rozwijać.
Zakwas trzeba codziennie dokarmiać. Dokarmianie to nic innego jak dodawanie kolejnych porcji mąki i wody. Wiele przepisów mówi o tym, by zakwas karmić sześć dni, a siódmego piec chleb. Tak naprawdę im dłużej zakwas pracuje, tym więcej w nim samorzutnie namnażających się bakterii produkujących kwasy organiczne (mlekowy, octowy). Czasem porównuje się chlebowy zakwas do perpetuum mobile, maszyny, która ma trwać w nieustającym ruchu, co zapewni osiągnięcie najlepszego smaku. Poza tym, im bardziej kwaśny zakwas, tym trwalszy i odporniejszy na pleśń upieczony z niego chleb.
W naturalnym zakwasie znajdują się również dzikie drożdże, które przekształcają cukry proste na dwutlenek węgla i alkohol etylowy. Dwutlenek węgla jest gazem. Gdy wydobywa się z ciasta na powierzchnię, spulchnia je a dzięki temu ciasto rośnie. Proces ten można przyspieszyć, dodając do mąki drożdży piekarskich.
Kolejne zmiany chemiczne, czyli pieczenie.
Wróćmy jeszcze raz do zawartości mąki. Jej wygląd i skład chemiczny zależą od rodzaju użytego zboża oraz sposobu mielenia. Według Encyklopedii Powszechnej wydawnictwa Gutenberga przeciętny skład chemiczny mąki pszennej to:
75% węglowodanów (polisacharydów, wielocukrów)
10-11% białka (w większości tzw. glutenu)
1% tłuszczu
0,3% celulozy
0,2-0,5% soli mineralnych
12% wody
Wyczytamy tam również, że dobra mąka powinna mieć najwyżej 15% wody.
Dojrzałe ziarno, fachowo nazywane ziarniakiem, składa się z trzech głównych struktur: okrywy owocowo-nasiennej (w dużym uproszczeniu można ją nazwać osłonką celulozową), zarodka, oraz bielma, czyli tkanki zapasowej bogatej w skrobię i białko.
Celuloza i skrobia to najważniejsze roślinne wielocukry. Celuloza nadaje roślinom kształt i sztywność. Skrobia jest materiałem zapasowym roślin, to znaczy, że roślina odkłada ten związek jako magazyn energii i wykorzystuje, gdy jest on jej potrzebny (na przykład podczas kiełkowania). Występuje w ziarnach zbóż, ziemniakach, kukurydzy, ryżu.
Skrobia poddana działaniu enzymów lub kwasu stopniowo ulega rozkładowi do dekstryny, czyli mieszaniny wielocukrów niskocząsteczkowych, następnie do maltozy a w końcu do glukozy. Z glukozy w procesie fermentacji mlekowej bakterie mleczne produkują kwas mlekowy, a w procesie fermentacji alkoholowej z udziałem drożdży z glukozy powstaje dwutlenek węgla i alkohol etylowy.
Do wypieku chleba wymagana jest temperatura 200-250 stopni Celsjusza. Dwutlenek węgla i parujący alkohol sprawiają, że chleb jest porowaty. Spieczona dekstryna tworzy na powierzchni chleba lśniącą i twardą skórkę. Glukoza jest również zaangażowana w reakcje „brązowienia” odpowiadające za smak i chrupiącą skórkę.
O skrobii w książce „Frytka doskonała i inne sekrety kuchni” Russ Parsons pisze tak: „Gdy po zmiękczeniu i ugotowaniu skrobia ostygnie, czasami ponownie staje się twarda. Nazywa się to retrogradacją i jest to ten sam proces, który powoduje czerstwienie chleba. Zasadniczo polega on na tym, że wszystkie składniki skrobi, które zostały uwolnione w czasie gotowania ze sztywnej sieci, ponownie zaczynają się łączyć w struktury krystaliczne. Ponowne powolne podgrzanie ryżu znów go zmiękczy (i jeśli czerstwienie chleba nie zaszło za daleko, podgrzanie także go odświeży)”. Dlatego czerstwy chleb po włożeniu do tostera znów nadaje się do jedzenia.
Głównymi białkami ziaren pszenicy są glutenina i gliadyna, zbiorczo nazywane glutenem. Gdy mąkę zmiesza się z wodą, białka glutenowe zaczynają tworzyć wiązania wodorowe i mostki dwusiarczkowe. Wyrabianie ciasta wzmacnia usieciowanie glutenu, dzięki temu pieczywo jest pulchne i niełamiące. Lepka i sprężysta struktura 3D, konsystencją przypominająca gumę do żucia, zatrzymuje wewnątrz pęcherzyki dwutlenku węgla.
Cząsteczki tłuszczu znajdujące się w mące stabilizują pęcherzyki dwutlenku węgla, zwiększając objętość chleba. Ponadto tłuszcze osłabiają sieci glutenowe, co daje chleb bardziej miękki. Właśnie z tego powodu do wypieku drożdżówek czy rogalików dodaje się masło, gdyż jest ono doskonałym środkiem zmiękczającym.
Oprócz mąki, wody i (ewentualnie), drożdży, do ciasta chlebowego dodaje się sól. Sól spowalnia proces fermentacji, wzmacnia strukturę i usieciowanie glutenu. Sprawia, że ciasto jest bardziej elastyczne a jego smak zostaje wzmocniony.