Оптимизация технологии производства крекеров из дрожжевого теста
На правах рукописи
БОРИЕВА Лариса Зрамуковна
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
КРЕКЕРОВ ИЗ ДРОЖЖЕВОГО ТЕСТА
Специальность: 05.18.01. - Технология обработки, хранения и переработки злаковых,
бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет пищевых производств»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
. Черных Валерий Яковлевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Магомедов Газибег Омарович,
ГОУ ВПО Воронежская государственная
технологическая академия
доктор технических наук, профессор
Дубцов Георгий Георгиевич,
ГОУ ВПО Московский государственный
университет пищевых производств
Ведущая организация: ГНУ НИИ кондитерской промышленности
Защита состоится « 13 » ноября 2008 г. в 1130 часов в ауд. 229 на
заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций
Д 212.148.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе,
д. 11.
Автореферат размещен на сайте www.mqupp.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять Ученому секретарю Совета.
Автореферат разослан « » 2008 г.
Ученый секретарь совета
к.т.н., доц. Белявская И.Г.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Одной из важнейших задач, стоящих перед кондитерскими фабриками, является получение мучных кондитерских изделий с определенными показателями текстуры. Основные направления в решении данной задачи: корректировка технологических свойств сырья, направленное формирование реологических свойств полуфабрикатов на различных стадиях технологического процесса и установление оптимальных режимов работы оборудования, начиная с тестомесильных машин и заканчивая кондитерскими печами.
Ассортимент вырабатываемых мучных кондитерских изделий в России достаточно широк. Это: печенье, крекеры (галеты), торты, пирожные, кексы и вафли. Крекеры занимают особое место среди перечисленных мучных кондитерских изделий, благодаря своему химическому составу (большое содержание жира и пониженное содержание сахара), а также показателям текстуры – хрупкая, слоистая, пористая.
Вопросам технологии крекеров посвящены работы многих отечественных исследователей: Аксеновой Л.М., Бернштейн Т.С., Кноповой С.И., Славиной Б.Л., Попадич И.А., Умирзаковой С.Х., Скобельской З.Г., Васькиной В.А. и др.
При производстве мучных кондитерских изделий, в частности крекеров, используется хлебопекарная пшеничная мука высшего сорта с различными технологическими свойствами, что сказывается на стабильности показателей качества готовых изделий.
В технологическом регламенте производства крекеров отсутствуют четкие требования к технологическим свойствам пшеничной муки и к реологическим свойствам теста после замеса и после многослойной пластификации, когда идет формирование пласта теста перед формованием тестовых заготовок.
Формирование реологических свойств теста на стадии замеса обусловлено количеством вносимой воды и режимом протекания данной технологической операции – продолжительностью замеса и частотой вращения месильных органов, а на стадии многослойной пластификации – частотой вращения валков и зазором между ними.
Для определения оптимальной дозировки воды на стадии замеса крекерного теста необходимо знать значение интегральной условной реологической характеристики - величины крутящего момента привода месильных органов. Информация по этому вопросу отсутствует как в научной литературе, так и в практике работы кондитерских предприятий.
Поэтому оптимизация технологии производства дрожжевых крекеров, направленная на установление требований к технологическим свойствам пшеничной муки и, особенно, к режимам протекания технологических операций замеса и многослойной пластификации, обуславливающих реологические свойства теста перед формованием и показатели качества готовых изделий, является актуальной задачей для кондитерской промышленности Российской Федерации
Цель и задачи исследования. Цель настоящих исследований -совершенствование технологии дрожжевых крекеров, на основе оптимизации технологических свойств муки и режимов ведения технологических операций, направленных на стабилизацию текстуры получаемых готовых изделий.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
• разработать современный способ контроля реологических характеристик крекеров;
• разработать способ контроля процесса вальцевания теста при его многослойной пластификации;
• исследовать влияние влажности теста на его реологические свойства и качество готовых крекеров;
• оптимизация процесса приготовления пшеничного теста для производства крекеров;
• исследовать влияние технологических свойств пшеничной муки на реологические свойства теста и качество крекеров;
• исследовать влияние режима многослойного вальцевания теста на его реологические характеристики и показатели качества крекеров;
• исследовать влияние режима выпечки крекеров на его реологические характеристики и показатели качества;
• апробировать результаты исследований в производственных условиях.
Научная новизна. На основе системного подхода проведены комплексные исследования технологических операций производства дрожжевых крекеров, направленные на оптимизацию реологических свойств теста на стадии замеса, созревания и многослойной пластификации, а также режимов работы технологического оборудования.
Установлена динамика и кинетика изменения реологических свойств теста при протекании технологических операций замеса, созревания и пластификации дрожжевого теста при производстве крекеров.
Установлена динамика изменения количества механической энергии, затрачиваемой на многослойную пластификацию теста для крекеров в зависимости от частоты вращения валков и зазора между ними, позволяющий определять оптимальный режим вальцевания.
Разработана реологическая модель теста после вальцевания и установлено влияние режима многослойной пластификации на изменение коэффициентов полученной модели.
Установлена кинетика скорости изменения давления диоксида углерода, образующегося в процессе брожения теста, позволяющая определять оптимальную продолжительность его отлежки (созревания).
Установлено влияние режима выпечки (сушки) крекера на изменение его реологических свойств.
Практическая значимость. На основании проведенных исследований сформулирован технологический регламент процесса производства дрожжевых крекеров из пшеничной муки высшего сорта, позволяющий получать готовые изделия с определенными свойствами.
Разработан способ контроля процесса вальцевания теста при многослойной его пластификации перед формованием тестовых заготовок.
Разработан способ контроля прочностных характеристик крекеров, основанный на определении предельного усилия нагружения, кинетика скорости изменения которого составляет 8 г/с.
Установлено оптимальное значение амилолитической активности (по «числу падения») пшеничной муки высшего сорта, позволяющее получать готовые крекеры с наилучшими показателями качества.
В условиях кондитерской фабрики ООО «Нальчик-Сладость» проведена апробация способа регулирования реологических свойств пшеничного теста при производстве крекеров «Нежность» путем внесения пшеничного солода и ферментного препарата «Нейтраза» и метода контроля реологических характеристик готовых изделий.
Апробация работы. Результаты исследований, выполненных автором, были представлены:
- на V Международной конференции «Торты и пирожные – 2006» М.: МПА.- 27февраля – 2 марта 2006г.);
- на III Международной конференции «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий» М.: МПА.- 5 -7 декабря 2006г);
- на V Международной конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (М.: МГУПП.- 2007- с.127-132).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 печатные работы, в том числе в центральных журналах: «Хранение и переработка сельхозсырья», «Хлебопродукты», «Агрожурнал» МГАУ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 159 страницах основного текста, содержит 66 рисунков и 29 таблиц; состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка литературы (122 источников отечественных и зарубежных авторов), приложений.
1. Обзор литературы
В обзоре научно-технической литературы систематизированы общие вопросы, связанные с производством мучных кондитерских изделий, и частные вопросы, касающиеся производства дрожжевых крекеров. В этом разделе рассмотрены технологические факторы, влияющие на свойства полуфабрикатов и качество готовых изделий, начиная с технологических свойств пшеничной муки и заканчивая формованием тестовых заготовок и их выпечкой. На основании анализа научно-технической литературы выявлена необходимость и целесообразность проведения комплексных исследований протекания технологических операций процесса производства дрожжевого крекера с учетом различных регулирующих факторов, направленных на оптимизацию реологических свойств теста и стабилизацию качества готовых изделий.
2. Экспериментальная часть
Исследования проводили в лаборатории кафедры «Технологии хлебопекарного и макаронного производств» Московского государственного университета пищевых производств и лаборатории кафедры «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии.
Производственные испытания проводили на кондитерской фабрике ООО «Нальчик-Сладость» г. Нальчика.
2.1 Сырье, применяемое при проведении исследований
при проведении исследований использовали:
- 4 пробы пшеничной муки высшего сорта;
- дрожжи прессованные хлебопекарные (ОАО «Московский дрожжевой завод «Дербеневка» (г.Москва) и ОАО «Котляревский спиртодрожжевой завод» (г. Майский);
- маргарин «Россиянка» (ОАО «Московский жировой комбинат»);
- солод пивоваренный пшеничный (ТУ 10-05031531-48394);
- протеолитический ферментный препарат «Нейтраза» («Новозаймс А/С», Дания);
- соль поваренную пищевую, соду пищевую и воду питьевую.
2.2 Методы исследований, применявшиеся в работе
Для исследования процесса замеса теста и его вальцевания применялся прибор «Do-Corder DCЕ-330» (фирма «Brabender», Германия); реологические свойства пшеничного теста для крекера, а также реологические свойства готового крекера определяли на приборе «Структурометр СТ-1М» (фирма «НПФ - Радиус», Россия); скорость изменения давления диоксида углерода, образующегося при брожении теста контролировали с помощью прибора «Rheofermentometer F-3» (фирма «Chopin», Франция).
Тесто готовили безопарным способом из пшеничной муки высшего сорта по рецептуре крекеров «Нежность» (см. таблицу 1).
Таблица 1 _ Рецептура теста для дрожжевых крекеров «Нежность»
Наименование сырья | Количество сырья, кг |
Пшеничная мука, высшего сорта | 100,0 |
Дрожжи хлебопекарные прессованные | 0,25 |
Маргарин столовый | 14,0 |
Соль поваренная пищевая | 1,5 |
Сода пищевая | 0,75 |
Вода | По расчету, исходя из влажности теста |
Замес теста осуществляли до готовности, которую фиксировали по экстремальному минимальному значению величины крутящего момента на приводе месильных органов. Продолжительность созревания теста (отлежки) определяли по кривой скорости изменения давления образующегося диоксида углерода при брожении теста. В процессе вальцевания за величину, характеризующую реологические свойства пласта теста, принимали максимальный крутящий момент, возникающий в процессе однократной прокатки. После вальцевания теста и получения тестовой ленты толщиной 2,5-3,0 мм с помощью лабораторного штампа были отформованы тестовые заготовки.
Выпекали изделия в лабораторной хлебопекарной печи Мiwe-Сondo (фирмы «Miwe», Германия) с использованием информационно-измерительной системы контроля температуры крекера в процессе выпечки, разработанной на кафедре «Технологии хлебопекарного и макаронного производств» МГУПП.
Охлаждение готовых изделий осуществляли естественным путем при комнатной температуре.
Оценку качества готовых изделий проводили по органолептическим и физико-химических показателям, приведенным в ГОСТ 14033 - 96, а также по их реологическим характеристикам.
2.3 Характеристика сырья, применявшегося в исследованиях
Все сырье по своим характеристикам соответствовало требованиям действующей нормативно-технической документации.
Показатели качества проб муки высшего сорта приведены в таблице 2.;
Таблица 2 _ Показатели качества пшеничной муки высшего сорта
Показатель | Значения показателей | |||
Проба 1 | Проба 2 | Проба 3 | Проба 4 | |
Содержание влаги, % | 14,0 | 14,0 | 14,0 | 13,0 |
Кислотность, град. | 2,4 | 2,3 | 2,4 | 2,4 |
Содержание сырой клейковины,% | 28 | 30 | 30 | 30 |
Общая деформация, ед. приб. ИДК | 68 | 75 | 80 | 65 |
Белизна муки, ед. приб. Р3-БПЛ | 57 | 56 | 56 | 56 |
Число падения, с | 270 | 298 | 270 | 258 |
Структурная схема исследований приведена на рис. 1.
Оптимизация технологии производства крекеров из дрожжевого теста
Исследование влияния
технологических свойств
пшеничной муки в.с. на
реологические свойства
теста и качество крекеров
Промышленная апробация
Рис. 1 - Структурная схема исследований
2.4 Результаты исследований и их анализ
Раздел 2.4.1 посвящен разработке метода контроля операции замеса пшеничного теста для дрожжевого крекера.
При проведении исследований продолжительность замеса теста для крекера составляла 120; 240; 420; 620 и 1300с.
В тесте с разной продолжительностью замеса (после его вальцевания) определяли условные реологические характеристики, проводили пробные выпечки и оценивали показатели качества крекеров.
На рис. 2 показана характерная кривая изменения величины крутящего момента на приводе месильных органов тестомесильной машины в процессе замеса теста.
Рис. 2 - Характерная кривая изменения величины крутящего момента на приводе месильных органов в процессе замеса пшеничного теста для крекеров.
Исходя из концептуальных представлений протекания операции замеса теста для крекеров, нами было сделано предположение, что оптимальная продолжительность замеса может характеризоваться точкой В, находящейся на кривой изменения крутящего момента. Экстремум max – точка А не может быть показателем готовности теста, так как это наблюдается при замесе хлебопекарного теста более высокой влажности, чем тесто для крекеров. При низкой влажности теста для крекера в точке А образуется неоднородная масса с наличием конгломератов разного размера, которые желательно разбить и сделать их более однородными по химическому составу и с меньшим среднеэквивалентным размером. Такое состояние как раз и характеризует экстремум min, т.е. точка В.
Таким образом, максимальное значение Мкр в точке А в отличие от хлебопекарного теста здесь не является показателем готовности, так как к этому моменту тесто представляет собой крошкообразную массу, состоящую из гранул и комков различного размера, а также частичек нативной муки. При дальнейшем замесе происходит разбиение крупных комков, части которых, взаимодействуя с сухой мукой, передают ей часть влаги с образованием более мелких гранул. Поэтому участок А-В можно рассматривать как интервал времени, в течение которого происходит выравнивание гранулометрического состава крошкообразной массы и равномерное распределение влаги между ними. Дальнейший замес приводит к слипанию комочков теста (за счет нагрева) в сплошную массу, обуславливающую увеличение крутящего момента привода месильного органа.
На рис. 3 показана динамика изменения усилия нагружения на цилиндрический индентор при его внедрении в пласт теста на одинаковую глубину (1/3 толщины пласта), в зависимости от продолжительности его замеса.
Рис. 3 - Изменение усилия нагружения индентора при внедрении его в пласт теста в зависимости от продолжительности замеса теста.
Как видно из рисунка 3, максимальное усилие нагружения пласта теста соответствует продолжительности замеса теста - 420 с, что в свою очередь соответствует точке В на кривой изменения величины крутящего момента привода месильного органа.
На рис. 4 приведена диаграмма изменения предела прочности готовых крекеров в зависимости от продолжительности замеса теста.
Рис. 4 - Изменение предела прочности крекеров в зависимости от продолжительности замеса теста
Используя аппроксимацию полиномом третьей степени можно выделить явный экстремум, значение которого соответствует продолжительности замеса теста, 420 с. Как видно из рисунков 3 и 4 максимальные значения функций соответствуют одному и тому же значению аргумента – продолжительности замеса 420 с.
Таким образом, на основании проведенных исследований был разработан метод определения оптимальной продолжительности замеса теста для крекеров, заключающийся в установлении точки В на кривой изменения величины крутящего момента на приводе месильного органа тестомесильной машины.
Раздел 2.4.2 посвящен разработке метода контроля многослойной пластификации теста при вальцевании перед формованием тестовых заготовок для крекеров.
Исследования процесса вальцевания проводили на приборе «Do- Corder DCE-330» с помощью » насадки для вальцевания в виде пары валков (рис. 5).
Рис. 5 - Информационно-измерительная система для исследования процесса
вальцевания теста.
Исходя из того, что конечная толщина пласта теста должна быть 3-5 мм величину зазора и количество прокаток подбирали опытным путем, используя технологические инструкции приготовления крекеров. Операция вальцевания состояла из 12-кратной прокатки между валками с последовательным уменьшением зазора между валками от 6 до 1мм. Для придания изделиям слоистой структуры пласт теста складывали вдвое и прокатывали при одном и том же зазоре 2 раза подряд. Контроль операции вальцевания осуществляли по изменению величины крутящего момента привода валков прокаточной машины.
На рис. 6 представлены характерные кривые изменения величины крутящего момента на приводе валков в процессе однократной прокатки тестовой крошкообразной массы и 12-кратной прокатки пласта теста соответственно.
В процессе вальцевания реологические свойства пласта теста, оценивали по максимальному крутящему моменту, возникающему на приводе валков в процессе соответствующей прокатки, а после вальцевания – по общей, пластической и упругой деформациям, модулю упругости, скорости релаксации механических напряжений и эффективной вязкости.
а б
Рис. 6 - Изменение крутящего момента на приводе валков в процессе вальцевания тестовой массы: (а) - первая прокатка и (б)- двенадцатая прокатка пласта теста
Раздел 2.4.3 посвящен разработке метода контроля прочностных характеристик крекера на приборе «Структурометр СТ-1М».
При разработке метода контроля показателей прочности и твердости крекера использовали готовую продукцию, вырабатываемую ОАО «Крекер» (г. Москва).
При проведении исследований расстояние между опорами столика изменяли от 10 до 40 мм, с шагом 5 мм. Вариация скорости нагружения составляла от 5 до 12 г/с, с шагом 1г/с. За критерий, позволяющий устанавливать оптимальные значения изменяемых параметров было выбрано минимальное среднеквадратичное отклонение предельного усилия нагружения крекера от его среднего значения при определении прочности.
Результаты исследований представлены на рис. 7 и 8.
а б
Рис. 7 - Изменение среднеквадратичного отклонения предельного усилия нагружения крекера в зависимости от скорости его нагружения:
(а)- для крекера с сыром; (б) - для крекера с солью.
Зная величину предельного усилия нагружения (условную реологическую характеристику), размеры поперечного сечения образца и расстояние между опорами столика, была определена классическая реологическая характеристика крекера – предел прочности.
а б
Рис. 8 - Изменение среднеквадратичного отклонения предельного усилия нагружения крекера в зависимости от расстояния между опорами столика: (а) - для крекера с сыром; (б)- для крекера с солью.
Таким образом, на основании проведенных исследований разработан метод контроля прочности крекера, заключающийся в установлении расстояния между опорами столика, равном 25 мм, на который помещается крекер и после касания его индентором с усилием 5г, скорость изменения усилия нагружения 8 г/с в процессе измерения поддерживается Структорометром посредством индентора, вплоть до разрушения изделия.
Раздел 2.4.4. посвящен изучению влияния технологических свойств пшеничной муки, моделируемых с помощью дозировки пшеничного солода и протеолитического ферментного препарата «Нейтраза» на реологические свойства теста для крекеров и показатели их качества.
Интегральной характеристикой, отражающей состояние углеводно-амилазного комплекса пшеничной муки с учетом активности собственных её амилаз, является показатель «число падения» (ЧП). Поэтому на начальном этапе было изучено влияние дозировки пшеничного солода на изменение амилолитической активности пшеничной муки, определяемой по ЧП. Для проведения исследований использовали пшеничную муку высшего сорта, с автолитической активностью 298 с (проба 2). Солод вносили в виде вытяжки. Его дозировку варьировали в диапазоне от 0,2 до 2,2% с шагом 0,2%.
Результаты исследований изменения ЧП пшеничной муки высшего сорта в зависимости от дозировки пшеничного солода приведены на рис. 9.
Рис. 9 - Изменение ЧП пшеничной муки в зависимости от дозировки пшеничного солода.
Далее для установления оптимальной амилолитической активности пшеничной муки высшего сорта проводили исследования влияния ЧП на динамику и кинетику образования диоксида углерода в процессе брожения теста. Для сравнения взяли пшеничную муку высшего сорта с максимально возможным ЧП – 298 с, далее с ЧП – 236 с (которое при производстве хлебобулочных изделий считается оптимальным) и меньшим ЧП –193 с. Полученные данные представлены на рис. 10.
Рис. 10 - Влияние «числа падения» пшеничной муки высшего сорта на количество образовавшегося СО2 за 210 мин брожения теста.
На основании анализа динамики изменения общего количества образовавшегося диоксида углерода при брожении теста в зависимости от автолитической активности используемой пшеничной муки, установлено, что наибольшая газообразующая способность соответствует пробе пшеничной муки, у которой ЧП равно 236 с.
При производстве крекера на стадии созревания пшеничного теста расходуется мало сахаров, что связано с низкой влажностью и небольшой дозировкой дрожжей. Поэтому технологический эффект, обусловленный оптимальной сахаробразующей способностью пшеничной муки при числе падения 236 с важен не с точки зрения сбраживания образующихся сахаров, а с точки зрения обеспечения определенной пластичности теста за счет образования мальтозы и декстринов.
Затем исследовали влияние ферментного препарата «Нейтраза» на реологические свойства клейковины. Из отмытой и хорошо отжатой клейковины брали определенную пробу, формовали шарики и определяли их реологические свойства на приборе ИДК-1М, полученные результаты представлены на рис. 11.
Как видно из рис. 11(а), принятый диапазон дозировки препарата «Нейтраза» обеспечил увеличение общей деформации клейковины с 75 до 110 ед. приб. ИДК. Для установления оптимальной дозировки ферментного препарата «Нейтраза» пробы пшеничного теста готовили из муки высшего сорта (по рецептуре крекера «Нежность» см. табл.1), у которой автолитическая активность была равна 236 с и дозировка «Нейтразы» составляла от 0,11 до 0,18%. При этом реологические свойства получаемых проб теста определяли с помощью прибора «Структурометр СТ-1М».
а б
Рис. 11 - Влияние дозировки препарата «Нейтраза» на изменение общей деформации клейковины (а) и пластической деформации теста (б).
На основании полученных данных было установлено, что добавление «Нейтразы» существенно влияет на реологическое поведение теста, а именно на изменение его показателя пластической деформации.
Из рис. 11(б) видно, что оптимальной дозировкой «Нейтразы» является 0,15%, что обеспечивает получение максимальной пластической деформации пшеничного теста, обуславливающей необходимую технологичность протекания процесса вальцевания теста и формования тестовых заготовок. При этом установлено оптимальное значение общей деформации клейковины – около 100 ед. приб. ИДК., т.е. для производства крекеров рациональнее использовать слабую по «силе» пшеничную муку.
Рис. 12- Изменение предельного усилия нагружения крекера (показателя прочности) в зависимости от дозировки нейтразы
Рис. 13 - Изменение глубины внедрения индентора в крекер (показателя твердости) в зависимости от дозировки нейтразы
Для подтверждения данного предположения провели исследования влияния дозировки ферментного препарата – «Нейтраза» на показатели текстуры готовых крекеров, контролируемых по ранее разработанной нами методике (рис. 12 и 13).
Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что наилучшими или наиболее стабильными показателями качества обладает крекер при переработке слабой по «силе» пшеничной муки (hобщ 100 ед. приб. ИДК) с числом падения 235±15 с.
В разделе 2.4.5. приведены экспериментальные данные, посвященные исследованию влияния влажности теста на его реологические свойства и качество готового крекера.
Чрезмерно высокая или заниженная влажность теста неблагоприятно сказывается на его механической обработке, особенно при вальцевании пласта теста. В связи с этим, нами было изучено влияние влажности теста на его реологические характеристики при вальцевании и качество готовых крекеров. Для проведения экспериментов использовалась пшеничная мука высшего сорта (проба №3). Тесто для крекера готовили по рецептуре, приведенной в таблице 1. Диапазон изменения влажности теста составлял от 29 до 31%, с шагом 1%. Тесто прокатывали 12 раз по методике, описанной в разделе 2.4.2, частота вращения валков составляла 25 об/мин.
По полученным экспериментальным данным изменения количества механической энергии, затрачиваемой на вальцевание пласта теста, и изменения различных видов деформации теста построены диаграммы, приведенные на рис. 14.
а б
Рис. 14 – Изменение количества механической энергии, затраченной на вальцевание теста (а) и изменение различных видов деформации теста (б) в зависимости от влажности теста.
В результате проведенных исследований, было установлено, что с увеличением влажности теста от 29 до 31% консистенция получаемого после вальцевания пласта изменялась от крепкого несвязанного состояния (при влажности теста 28-29% невозможно было получить однородный пласт после вальцевания), вследствие явного недостатка влаги до получения «слабой» консистенции теста при влажности более 31%. Для этих значений влажности было определено количество механической энергии, затраченной на вальцевание пласта теста. При этом было установлено, что влажность теста– 31%, обеспечивала соотношение упругой и пластической деформации теста, как 2:1, и получение готовых изделий наилучшего качества.
При этом была определена величина крутящего момента на приводе месильных органов, равная 0,9 Н·м (точка В), которая позволяет устанавливать оптимальную влажность теста с учетом водопоглотительной способности муки, а также было установлено количество механической энергии затрачиваемой на формирование гранулированной структуры теста при замесе и при его многослойной пластификации, равное соответственно 3,84 и 36 кДж/кг.
В разделе 2.4.6. приведены экспериментальные данные влияния дозировки маргарина «Россиянка» на вальцевание теста.
Важным технологическим фактором (кроме влаги), обуславливающим реологические свойства теста в процессе приготовления и качество готовых изделий, является дозировка маргарина. В данном разделе были проведены исследования влияния дозировки жирового продукта на реологические свойства теста после многослойной пластификации и качество готового крекера.
Тесто готовили также по рецептуре, приведенной в таблице 2 и дозировка маргарина варьировалась в диапазоне от 11 до 20% с шагом 1%. Многослойную пластификацию теста проводили после его (отлежки) созревания.
На рис. 15 приведены экспериментальные данные: (а) – значения крутящего момента в процессе вальцевания теста и усилия нагружения цилиндрического индентора для проб теста с различной дозировкой маргарина; (б) - значения предельного усилия нагружения для готового крекера с этими же дозировками маргарина, а на рис. 16 – значения коэффициента намокаемости крекера.
а б
Рис. 15 - Изменение реологических свойств теста (а) и готового
крекера (б) в зависимости от дозировки маргарина(Gм).
Рис.16-Изменение намокаемости
крекера в зависимости от
дозировки маргарина
На основании проведенных исследований определено влияние жирового продукта на изменение реологических свойств теста. Установлено, что наиболее стабильными показателями качества обладали готовые изделия, у которых дозировка маргарина составляла от 14 до 18%.
Раздел 2.4.7 посвящен исследованию протекания процесса созревания теста для крекера и установлению влияния продолжительности брожения полуфабриката на кинетику образования диоксида углерода, а также на изменение реологических свойств теста и качество готового крекера. При проведении экспериментов использовали пшеничную муку высшего сорта (проба 4).
После замеса контролировали на приборе «Rheofermentometer F3» процесс брожения теста по скорости изменения давления образующегося диоксида углерода. Для получения классической кривой газообразования в тесте для крекера на первоначальном этапе продолжительность брожения составляла 24 ч (Рис. 17, а).
Как видно из рисунка 17(а), максимальное значение скорости изменения давления образующегося диоксида углерода наступает при брожении в течение 6ч.19мин. Поэтому в дальнейшем при проведении исследований продолжительность брожения теста не превышала 7 ч. (Рис. 17,б).
а б
Рис. 17 – Скорость изменения давления образующегося диоксида углерода при созревании теста в течение: а) 24 ч; б) 7 ч.
Были рассчитаны затраты сухих веществ (сахаров), расходуемых на брожение теста при продолжительности его созревания 24 и 7 ч
которые соответственно составили 1,3 и 0,94 %. Если предположить, что оптимальной продолжительностью созревания теста является точка max, находящаяся на кривой скорости изменения давления образующегося диоксида углерода (это чуть больше 6ч), то затраты сухих веществ не превышают 1,0%. В связи с этим как минимум около 5% оставшихся сахаров будут обеспечивать необходимую пластичность теста после вальцевания.
Поэтому для изучения влияния продолжительности созревания теста на изменение его реологических характеристик и качество готового крекера, формовали тестовые заготовки из проб теста с продолжительностью созревания 30; 60; 120; 180; 240 и 300 мин. и выпекали их в печи «Miwe-Condo». Для каждой пробы теста после вальцевания определяли реологические характеристики пласта теста.
На рис. 18 представлены диаграмма изменения модуля упругости теста после его вальцевания и диаграмма прочности готового крекера в зависимости от продолжительности созревания теста.
а б
Рис. 18 – Изменение модуля упругости теста (а) и прочности крекера (б) в зависимости от продолжительности созревания теста.
Анализ экспериментальных данных (см. рисунки 18, а,б) изменения модуля упругости теста и предела прочности крекера совместно с органолептической оценкой состояния тестовых заготовок после формования и показателей качества готовых крекеров показал, что пласт теста с наилучшими реологическими свойствами был получен при продолжительности созревания теста, равной 120 мин.
При этом затраты сухих веществ на созревание теста не превышали 1%.
Раздел 2.4.8. посвящен изучению влияния режима вальцевания теста на его реологические характеристики и качество готовых крекеров.
В соответствии с поставленной задачей, на первом этапе были проведены исследования влияния частоты вращения валков на изменение количества механической энергии затрачиваемой на протекание вальцевания пласта теста (рис. 19).
Рис. 19 - Изменение количества механической энергии, затраченной на вальцевание пласта теста в зависимости от частоты вращения валков.
Анализ полученных данных показал, что увеличение частоты вращения валков приводило к увеличению количества энергии, затраченной на вальцевание теста для крекера. При этом на кривой наблюдается плато-фаза, отражающая меньшую чувствительность изменения Ауд в зависимости от частоты вращения валков. Это говорит о том, что в данном диапазоне идет формирование особых реологических или структурно-механических свойств теста. Было сделано предположение, что середина плато-фазы соответствует оптимальной частоте вращения валков – 25 ± 5 об/мин.
Для подтверждения данного предположения были проведены исследования влияния частоты вращения валков в процессе многослойной пластификации теста на изменение его общей, пластической и упругой деформаций и модуля упругости, а также на изменение показателей качества готового крекера. Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 20 и 21.
а б
Рис. 20 - Диаграмма изменения различных видов деформации теста (а) кривые изменения модулей упругости теста (б) в зависимости от частоты вращения валков.
а б
Рис. 21 - Кривая изменения предела прочности крекера (а) и диаграмма изменения намокаемости крекера (б) в зависимости от частоты вращения валков.
Анализ полученных данных позволил окончательно сделать вывод о том, что оптимальной частотой вращения валков при вальцевании пласта теста, является частота вращения, 25 ± 5 об/мин.
При исследовании влияния величины зазора между валками на протекание операции вальцевания, начальное его значение составляло 6 мм, а конечное – 1 мм, при этом шаг между каждой прокаткой составлял 1мм. На основании проведенных исследований установлен характер изменения количества механической энергии, затраченной на вальцевание пласта теста, в зависимости от величины зазора между валками и изменения его реологических характеристик (рис. 22 и 23).
Рис. 22 - Кривая изменения энергии, затраченной на вальцевание теста, в зависимости от величины зазора между валками.
Рис. 23 - Изменение общей, пластической и упругой дефор-маций теста, в зависимости от начальной величины зазора между валками.
На основании проведенных исследований был отработан алгоритм вальцевания пласта теста, заключающийся в определении конечной толщины пласта теста, равной 2,5 мм. При этом конечная величина зазора между валками составляла 2 мм. Из анализа полученных диаграмм, можно сделать предположение, что оптимальной начальной величиной зазора между валками при вальцевании является 6 мм, так как затраченная удельная работа при этом зазоре была наименьшей 0,82 кДж/кг. Установлено, что при начальной величине зазора между валками (6 мм)соотношение пластической и упругой деформации теста составляло приблизительно 77:23 (рис. 23).
Правильность выбора оптимального режима была подтверждена качеством готовых крекеров. При скорости вращения валков 25 об/мин, начальном зазоре между валками 6мм и конечном – 2 мм крекеры имели наибольшее значение предельного усилия нагружения – 2650 г. При этом влажность крекеров составила 7,4%, а намокаемость 156% – лучшая из всех образцов. По органолептической оценке эти крекеры имели лучшие показатели качества.
При проведении исследований влияния режима вальцевания теста на его свойства и качество готовых крекеров была разработана реологическая модель пласта теста после вальцевания посредством математического описания кривой релаксации механических напряжений (см. рис. 24) и установлены значения коэффициентов полученной модели в зависимости от частоты вращения валков и зазора между ними.
Рис. 24 – Изменение релаксации механических напряжений в тесте для крекеров
Из экспоненциального уравнения (1), описывающего кривую релаксации механических напряжений (см. рис.24)
() = [ 1exp(–1·1) + 2exp(–2·2)+ 3]·, (1)
с использованием программы Mic.Origin были определены численные значения коэффициентов математической модели реологического поведения теста – модулей упругости (Е1, Е2, Е3), коэффициентов динамической вязкости (1, 2), времени релаксации напряжений (t1. t2), скорости релаксации напряжений (1, 2).
Реологические характеристики теста при различных режимах его вальцевания представлены в таблицах, приведенных в диссертации.
Раздел 2.4.9 посвящен исследованию влияния режима выпечки крекеров на изменение его физико-химических и органолептических показателей качества.
После формования тестовые заготовки укладывали на кондитерские листы и помещали в печь с термометрами сопротивления (рис. 25,б). Тестовые заготовки выпекали при температуре пекарной камеры, которую изменяли от 240 до 290°С с шагом 10 °С. Данные изменения температуры теста-крекера в процессе выпечки выводились на персональный компьютер.
Исследования процесса выпечки при различных режимах (при разных значениях температуры пекарной камеры и продолжительности процесса) проводили с помощью информационно-измерительной системы (рис. 25, а), в состав которой входили лабораторная печь «Miwe Condo», измеритель температуры и персональный компьютер.
Анализ полученных данных показал, что при сравнительно низких температурах пекарной камеры происходит в большей степени высушивание изделий, чем их выпечка, в результате чего изделия имели неравномерную пористость с плотными прослойками.
а б
Рис. 25 - Информационно-измерительная система для исследования процесса выпечки крекеров (а) и тестовые заготовки с термометрами сопротивления (б).
При высоких температурах (280;290°С) среды пекарной камеры поверхность изделий очень быстро покрывалась корочкой, что приводило к появлению на поверхности многочисленных пузырей.
За оптимальную была принята температура среды пекарной камеры 270°С, при которой определяли изменение температуры теста-крекера в процессе выпечки–сушки в течение 15 мин. В процессе выпечки через 135; 255; 345; 435 и 555 с отбирали пробы крекера и определяли в них показатели качества.
Рис. 26 - Кривые изменения температуры крекера в процессе выпечки при 270°С.
Рис. 27- Изменение предела прочности крекера в зависимости от продолжительности выпечки
На основании проведенных исследований была установлена динамика изменения температуры теста-крекера в процессе выпечки, которая позволяет определять момент готовности изделия в процессе протекания данной технологической операции. За момент готовности принималась точка перегиба С (см. рис. 26). При продолжительности выпечки, соответствующей точке С на кривой выпечки–сушки изделия получались с наилучшими показателями качества, как по цвету, так и по показателям текстуры, определяемых как органолептическими, так инструментальными методами.
Полученные образцы готового крекера были исследованы на приборе «Структурометр СТ-1М». Показателем качества готовых изделий служил предел прочности крекера (рис. 27).
Анализ влияния продолжительности выпечки крекера на его реологические свойства и качество показал, что оптимальной продолжительностью выпечки при температуре 270°С является продолжительность, равная 435 с. При этих параметрах выпечки крекер получался наилучшим и по реологическим характеристикам (предельному усилию нагружения, пределу прочности) и по органолептическим показателям качества.
Выводы
На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы.
- Разработан технологический регламент производства дрожжевых крекеров из пшеничной муки высшего сорта, обеспечивающий оптимальное протекание всех технологических операций и получение готовых изделий наилучшего качества.
- Разработан способ контроля прочности крекера, основанный на определении предельного усилия нагружения, кинетика скорости изменения которого составляет 8г/с.
- Разработан способ контроля пластификации теста, основанный на измерении средней величины максимального крутящего момента на приводе валков в процессе многократного вальцевания пласта теста.
- Установлена кинетика изменения величины крутящего момента на приводе месильных органов при замесе теста, позволяющая устанавливать момент его готовности
- Установлено влияние дозировки протеолитического ферментного препарата «Нейтраза» на реологические свойства клейковины, позволившее установить оптимальное значение её общей деформации, равное 100±0,5 ед. ИДК.
- Установлено влияние дозировки ферментного препарата «Нейтраза» на изменение режима вальцевания теста после многослойной пластификации и его реологические свойства.
- Установлено влияние дозировки маргарина на изменение соотношения упругой и пластической деформаций теста и органолептические и физико-химические показатели качества крекеров. При дозировке маргарина, 17% затраты механической энергии на формирование структуры теста были минимальными, а готовые изделия наивысшего качества.
- Установлено влияние режимов выпечки крекеров на показатели их качества. Температура пекарной камеры 270С и продолжительность выпечки 435 с обеспечивали получение готовых изделий наилучшего качества.
- Проведена промышленная апробация технологии крекеров в условиях ООО «Сладость» г. Нальчика.
Список опубликованных работ по теме диссертации.
- Бориева Л.З. Оптимизация приготовления теста при производстве крекера // Хлебопродукты.- 2008.- №1.- с.60-61.
- Бориева Л.З. Оптимизация свойств пшеничной муки высшего сорта при производстве дрожжевого крекера. /Агрожурнал МГАУ.-2008.-№8 (Электронный ресурс [email protected]).
- БориеваЛ.З., Черных В.Я., Лебедев А.В. Оптимизация технологических операций производства крекера- //Хранение и переработка сельхозсырья.- 2008.- №6.- с.29-31.
- ЛебедевА.В., Бориева Л.З.,Черных В.Я. Разработка метода контроля прочностных характеристик крекера. //Материалы третьей международной конференции «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий» М.: Пищепромиздат.- 2006.- с.172-176.