автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Прогрессивная технология вафель

од

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

БЫСТРОВА ТАТЬЯНА ВАЛЕНТИНОВНА

ПРОГРЕССИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВАФЕЛЬ

Специальность: 05.18.01. - Технология хлебопекарных.

макаронных и кондитерских продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НИИ КОНДИТЕРСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Научный руководитель

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Научный консультант

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

главный технолог акционерного общества открытого типа, кондитерской Фабрики "Красный Октябрь", кандидат технических наук

Ведущая организация:

Акционерное общество закрытого типа "Рот-Фронт"

Л.М.Аксенова

Г.А.Маршалкин

Т.Б.Цыганова

И.А.Кондакова

/4

Зашита диссертации состоится " 7 " декабря 1995 г. в ' часов

на заседании специализированного Совета Д. 063.51.01 Московской Государственной Академии Пищевых Производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПП

АВТОРЕФЕРАТ разослан

1995 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, к.т.н., доцент

И.В.АРЖАНОВА

общая характеристика работы

Актуальность темы. В последние годы наметилась тенденция к увеличению выпуска ряда мучных кондитерских изделий, в том числе и вафель - на Фоне общего спада производства кондитерской продукции. Это Еыэвано тем, что для изготовления вафельных изделий используется в основном отечественное сырье.

Вкусовые достоинства вафельных изделий, в первую очередь, определяются специфическими хрустящими свойствами вафельного листа. Между тем, при существующем производстве лист характеризуется нестабильностью качественных показателей.

Основными препятствиями повышения качества вафель и, прежде всего, вафельного листа являются:

- отсутствие современного методологического подхода к анализу технологического потока получения вафельных изделий и вафельного листа;

- разработка технологии листа без достаточно глубоких, научно обоснованных комплексных исследований:

- использование лабораторных методов контроля, которые не позволяют объективно и комплексно оценить качественное состояние объекта переработки;

- неоправданно большое количество рецептур вафельного листа с резко отличающимся набором сырьевых компонентов;

- использование различных машинно-аппаратурных схем. выбор которых часто носил случайный характер.

Поэтому работа по повышению потребительских свойств вафель является актуальной и данная проблема требует решения .

Цель работа - создание прогрессивной технологии вафель.

Залами исследований. Для достижения этой цели требуется:

разработка научных основ получения теста и листа со стабильными и заданными свойствами и структурой;

- коренное усовершенствование существующей и создание новой прогрессивной технологии вафельного листа со стабильными качественными показателями;

- обоснование возможности управления технологической системой получения теста в процессе формирования его структуры;

- создание рациональной рецептуры вафельного листа;

разработка рекомендаций по совершенствованию машинно-аппаратурных схем для реализации прогрессивной технологии.

Научная кониапц^я рявотм. Развитие технологии вафель с целью повышения их качества и стабилизации процесса.

Науцные положения:

- обоснован принцип создания ресурсосберегающей прогрессивной технологии вафельного листа;

- обоснован принцип системного подхода в области производства вафель.

Научная новизна:

дана комплексная оценка технологического процесса по показателям вязкости теста, хрупкости и прочности вафельного листа как критериев стабильности данного технологического потока;

установлены зависимости вязкости теста, хрупкости и прочности вафельного листа от последовательности и способа подачи сырья, от продолжительности процесса тестоприготовления;

- установлено, что стабилизация показателей качества вафельного листа и его технологии обеспечивается путем разделения сложного процесса тестообразования на простые операции, поддающиеся управлению;

- на основании диагностики технологического процесса получения вафельного листа показано, что путем повышения целостности системы и снижения уровня стохастичности связей повышается стабильность системы;

- получено уравнение регрессии вафельного теста, на основании которого разработана рациональная рецептура вафельного листа.

Комплексные исследования всего технологического цикла, всестороннее изучение структуры, связей и элементов системы и ее диагностика позволили разработать прогрессивную ресурсосберегающую технологию вафельного листа.

Разработана рациональная рецептура на лист с заданными свойствами и структурой, что позволило обеспечить повышение технико-экономических показателей производства.

Для промышленного использования новой технологии разработана и утверждена технологическая инструкция получения теста и листа.

Обоснована необходимость исключения повторного добавления в тесто возвратных отходов в1 виде оттеков с целью предотвращения увеличения его вязкости. Для исследования качества листа модернизированы приборы по определению хрупкости и прочности.

Новая прогрессивная технология испытана в производственных условиях и внедрена на Подольской и Сергиев-Посаяской (Загорской) кондитерских фабриках (предприятия малой мощности - с одной вафельной печью), в кондитерском цехе хлебозавода N 15 г. Москвы (предприятие средней мощности - с двумя вафельными печами), АООТ "Большевик", АО "Рот-Фронт" и Бакинской бисквитной фабрике (предприятия большой мощности) и на ряде других предприятий.

Для реализации технологии создана принципиально новая машинно-аппаратурная схема и на ее основе механизированные станции непрерывного и периодического приготовления вафельного теста.

Станция непрерывного получения вафельного теста предъявлена приемочной комиссии и принята в промышленную эксплуатацию на хлебозаводе N 15 г. Москвы. ЗОК НИИКП осуществлен серийный выпуск этих станций.

Новая технология получения теста вошла составной частью в лицензионное соглашение N 7311/043602, проданное фирме "ЮВЯС ХЮВЯ" (Финляндия).

Новизна научных разработок и прогрессивная технология производства вафельного листа защищены авторскими свидетельствами N 1351562. N 1438030. N 1438031.

Публикация. Основные результаты исследований опубликованы в 13 печатных, работах, в том числе в двух брошюрах. в трех авторских свидетельствах и в лицензии.

Апробация равоты. Результаты работы докладывались на конференции молодых ученых НИИКП (1990 г.), на секции научно-технической конференции при Московском городском правлении НТО пищевой промышленности, на Ученых советах НИИКП (19Э1, 1992, 1994 г.г. ).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 233 страницах, включает 20 таблиц и 30 рисунков.Список использованной литературы включает 137 наименований работ. в том числе 27 зарубежных авторов.

оодернание работы

Введение. Приводится анализ состояния производства вафельных изделий в Российской Федерации и за рубежом.

Обосновывается цель и актуальность постановки работы и основных этапов исследований, а также конкретизируется научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В ппсвой гдяуя приведен обзор существующих технологий производства вафельного теста и листа, реализуемых с использованием различных машинно-аппаратурных схем.

Проведена качественная оценка сырья, используемого при производстве вафель. Проведенный анализ показал, что ряд технологических просчетов и недостатков в существующих технологиях не позволят получать изделия со стабильными качественными показателями и препятствуют созданию более совершенной технологии.

С целью реализации поставленных настоящей работой задач в результате использования методологических положений системного анализа стало возможным расчленить технологический поток производства вафель на простые составляющие части с целью поэтапного всестороннего его изучения.

Разработанная операторная модель технологической системы производства вафельных изделий (рис.1) позволяет четко разделить и одновременно взаимоувязать функции, выполняемые системой, а также выделить центральную подсистему "3^" - получение вафельного листа, в которой наиболее полно проявляются реологические свойства объекта переработки.

В свою очередь операторная модель производства листа (рис.2) позволяет оценить уровень организованности данного

технологического потока и определить направление его развития. Стержнем потока, его центром является подсистема "В2 " - ПРЛУЧекиа Х££ХЗ. В этой подсистеме протекают наиболее сложные процессы, связанные с изменением структурно-механических свойств теста, которые в наибольшей степени влияют на качество вафельного листа.

Важнейшее место в настоящей работе отводится диагностике технологического потока, которая позволяет оценить стабильность Функционирования отдельных подсистем и уровень организованности всей системы. За счет этого возможно сосредоточить усилия на совершенствовании наиболее уязвимых и нестабильно работающих подсистем.

В работе обоснованы пути и методы снижения чувствительности и обеспечения стабилизации технологического потока.

Одним из путей являтся повышение уровня целостности процесса получения теста за счет:

Рис. 2. Операторная модель технологической системы произвдства вафельных листов

5,0 4,5

4,0

3,5

3,0 2,5 2,0

\ V чМ V \

N К 4Л4 к ч. \ »V >

1 ^ч. в 1Л с

[ •ч. ► гЦ «

В I ----с

1__

Рис. 3. Зависимость вязкости теста, приготовленного по различным рецептурам (1,2,3,4 таблица I при двух- и одноразовой подач муки от градиента скорости:

тесто, приготовленное при одноразовой подаче муки;

тесто, приготовленное при подаче муки в два приема

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 6,с."1

- выделения самостоятельных простых операций в рамках одной подсистемы вместо совокупности сложных процессов (растворение, смешивание. коллоидные процессы и ряд других >, осуществляемых практически одновременно в одной месильной машине;

- установления основных закономерностей образования теста в процессе переработки сырья;

- обеспечения высокой однородности распределения рецептурных компонентов в условиях минимальной вязкости на всех стадиях приготовления теста;

- получения из сырья с различным Фазовым составом (за исключением муки) - двухфазной эмульсии;

- управления структурно-механическими свойствами в условиях простых операций на протяжении всего технологического цикла.

Классическая реология, значение которой сводилось к оценке структурно-механических свойств исследуемого объекта, а настоящей работе выступает в роли "управляющей реологии", обеспечивающей получение теста и листа с определенными, заранее заданными свойствами. При атом реологические свойства сырья, полуфабрикатов и готовых изделий являются важнейшими среди совокупности физических свойств дисперсных систем, так как они наиболее показательны по диапазону возможных изменений и по исключительной их чувствительности к различным видам воздействий.

Вторым направлением достижения стабилизации и снижения чувствительности всей системы является проведение комплексных исследований стохастичности связей между подсистемами. Оценка уровня стохастичности связей позволяет путем ранжирования выявить наиболее значимые факторы, оказывающие наибольшее влияние на качество теста и листа.

В заключительной части главы сформулированы задачи, подлежащие решению и намечены этапы исследований.

ВкгЕаа_СДава посвящена разработке методологических принципов проведения комплексных исследований технологического потока получения вафельного листа.

С целью изыскания резервов повышения эффективности производства проводится диагностика технологической системы получения теста и листа с использованием количественных методов оценки направлений развития системы.

Уровень целостности системы ® определяется формулой (2.1):

e + -з (2I)

СВ, В. А С В /С В. /СБ А/С В В. ' 2 1 z <2 г *

Условия стабильности подсистем ^ рассчитываются по формуле

количественной изменчивости (2.2): 7г = 1 - Н /Н__ , (2.2),

i max

где: Н^ - энтропия, состояния подсистем, т.е.

степень их беспорядка и хаотичности;

Hmajt - максимально возможная энтропия: Hmaj. = 1 бит.

Количественно для случая с двумя возможными исходами Н определяется по формуле (2.3):

Н. = - P. log_ Р. - (1 - P.) log, (1 - Р.), (2.3).

L 1- £ 1. Li L

где: Р^ - вероятность любого из равновероятных исходов опыта.

Степень воздействия внешних и внутренних факторов оценивается уровнем стохастичности связей критерием Пирсона ( > по Формуле (2.4): Уэксп. = m (К - 1)Н, (2.4),

где: в - число специалистов, К - количество факторов. Степень согласованности результатов ранжирования определяется при помощи коэффициента конкордации V).

Для качественной оценки реакции технологической системы на изменение ее управляющих параметров и, в первую очередь, структуро-механических свойств сырья, вафельного теста и выпеченного листа использовали одну из основных реологических характеристик - эффективную вязкость, являющуюся итоговой характеристикой, описывающей равновесное состояние между разрушением и восстановлением структуры . Для исследований

вязкостных свойств теста использовали методы количественного анализа, основанные на определении сдвига внутри исследуемой системы при сохранении постоянных поверхностей соприкосновения прибора с системой.

Впервые в отрасли при проведении исследований для комплексной характеристики листа разработаны методы объективной оценки его качества по показателям хрупкости и прочности как критериев стабильности технологической системы.

Хрупкость листов характеризуется ударной вязкостью, так как этот показатель является основным для оценки качества листа. Сопротивляемость листа разрушению (его хрупкость) оценивается Формулой (2.5): £1= р- > Дж/м2, (2.5)

где: А - работа, затрачиваемая на разрушение образца, F - площадь поперечного сечения образца

Для количественного определения хрупкости был модернизирован

маятниковый копер типа А2-ЩКФ.

Для снятия прочностных характеристик был модернизирован прибор Каминского - нсравноплечные рычажные весы. Показатель прочности листа определяется по величине усилия резания, при котором происходит разрушение.

В качестве объектов исследований используется сырье, отвечающее показателям нормативно-технической документации: концентрированная и разбавленная эмульсии; вафельное тесто и лист.

Представление объекта как системы позволяет широко использовать моделирование его строения для отражения закономерностей функционирования и взаимодействия частей системы. В связи с этим обоснована необходимость проведения "активного" многофакторного эксперимента, являющегося основой для составления уравнения регрессии, на основании которого создана рациональная рецептура на вафельный лист.

Многофакторный эксперимент позволяет с помощью уравнения

регрессии определить чувствительность элементов технологической

системы, найти числовые значения его коэффициентов (в , в. , в.: )

о

и оптимизировать основную центральную подсистему В2.

Анализ математической модели заключается в определении поля рассеивания исследуемых показателей качества листа как одного из способа оценки его свойств. Проверяется адекватность модели, оценивается среднее арифметическое и квадратичное отклонения, определяется коэффициент изменчивости (вариационный коэффициент) К (в %) и его обратная величина - коэффициент равномерности распределения - Р (в %). Кинетика снижения неоднородности теста в процессе приготовления рассматривается как процесс, подчиняющийся экспоненциальной зависимости.

В третьей главе приведены результаты диагностики существующих технологий получения вафельного листа и теста на Сергиев-Посадской кондитерской Фабрике (предприятие малой мощности), хлебозаводе N 15 (средней мощности) и Бакинской бисквитной фабрике (крупное предприятие).

Выход подсистемы С (рис. 2) характеризовали количеством нерастворенных частей сыпучих добавок (хлористого натрия и бикарбоната натрия), подсистемы Вг - коэффициентом равномерности распределения компонентов и величиной вязкости теста, выход подсистем и А - показателями прочности и хрупкости листа. Так

как выход этих подсистем квалифицируется рядом значимых параметров,обобщенную величину энтропии выхода определяли по

закону математической статистики с учетом коэффициента весомости каждого показателя.

Стабильность функционирования отдельных подсистем и уровень целостности всей технологической системы оценивали Формулой <2.1) при работе в течение минуты, часа и смены:

= 0-Ю + 0И2 + 0,38 + 0,21 - 3 = - 1,89

мин.

8 = 0,05 + 0,23 + 0,15 + 0,13 - 3 = - 2,44

6 = 0,01 + 0,13 + 0,06 + 0.06 - 3 = - 2,74

смену

Ввиду того, что уровень целостности системы весьма низок ('& < 0 ) и значительно понижается на протяжении смены - требуется коренной пересмотр рецептур, существующих технологий и машинно-аппаратурных схем.

Рассматривая данные подсистемы С, видно, что сыпучие компоненты за время, предусмотренное технологической интрукцией (30 сек.), практически не растворяются.

В связи с тем, что в подсистеме В£ осуществляются процессы, которые оказывают решающее влияние на качество листа, так как на этой стадии происходят основные структурно-механические изменения стадия получения теста стала центральной в проводимых исследованиях.

Стохастичность связей оценивалась критерием Пирсона по

а

формуле (2.4):X 9КСП- 12 (20 - 1)- 0,28 = 63,84,

где: в = 12, К = 20. И = = 0.28.

Исследования показали, что Х'эксп^УСг/яа&г- (63,84 > 28,41) и при вероятности Р = 903» полученные данные достоверны. После оценки уровня стохастичности связей проведено ранжирование факторов воздействия на систему и выбраны наиболее значимые технологические приемы.

По существующим способам производства распределение рецептурных компонентов и набухание клейковины муки практически осуществляется одновременно. При этом вязкость теста возрастает с самого начала процесса и образование структуры теста протекает за довольно продолжительный период времени - до 25 мин. Равномерность распределения компонентов Р не превышает 71%.

В результате реализации нового подхода к процессу получения теста даже при получении теста по рецептурам, далеким от оптимума (таблица 1) удалось обеспечить ускорение процесса тестообразования почти в 3 - 5 раз, т.е. с 20 - 25 мин. (существующая технология) до 4 - 8 мин. (прогрессивная).

Таблица 1

Наименование сырья

Расход сырья на 1 т готовой продукции, кг. (в натуре) Рецептуры

Л 1.

N 2

N 4.

рациональная

Мука

Желток

Меланж

фосфатиды

Паста для

сбивания

Соль

Сода

Масло растительное

Итого:

1214,0 132,9

6,1

6,0

1359,0

1215,8

182,3 5,3

6,0 6.1

1415,5

1236,2

93,1 5,0

5,8 5,8

7,2 1353,1

1230,7 145,6

4.4

6,0 6,0

1392,7

1214,3

82,3 5,3

6,1 6,2

23,2 1342,4

Исследованиями показано, что диапазон изменения вязкости теста, приготовленного по различным существующим рецептурам колеблется от 3,1 до 4,6 Па.с (при £ = 4 с , который выбран с учетом аналогичного показателя механических воздействий существующего оборудования), т.е. интенсивность снижения вязкости достигает 33%. Причем нижний уровень вязкости обеспечивается при использовании рецептур, в состав которых входит сырье с повышенными антиадгезионными свойствами (растительное масло, меланж, ПАВ).

Показано, что при р Л» ^ ли л гарантируется возможность значительного увеличения скорости непрерывного сдвигового деформирования без повышения температуры теста сверх допустимых технологией пределов - не более 28° С.

Одним из важнейших Факторов интенсификации процесса получения теста и достижения высокой однородности распределения компонентов является предварительная подготовка сырья и получение раствора из сыпучих вкусовых добавок и разрыхлителей. Так, предварительное получение раствора из сыпучих добавок в подсистеме С обеспечивает возможность подведения к системе интенсивных механических воздействия (п = 25 1/с) и, как следствие, достижение однородности раствора Р порядка 99% вместо Р = 46% по существующим технологиям. Продолжительность данной операции увеличина до 5-8 мин. (вместо рекомендуемых инструкцией 30 сек.). Но на общую продолжительность процесса это не оказывает своего влияния, т.к. она осуществляется параллельно основному технологическому потоку.

Весьма важным Фактором стабилизации технологического процесса и качества готовых изделий является приготовление

концентрированной эмульсии из сырья с различным фазовым составом и получение двухфазной однородной (Р = 98%) стабильной системы "Т-Ж". При этом концентрированная эмульсия получалась с высокой степенью дисперсности (91% частиц твердой Фазы до 30 мкм и 3-4% не более 50 мкм) и стойкой (расслоение не наблюдалось в течение 12 часов). Показано, что при минимальном количестве воды (до 5%) достигается полное растворение сыпучих добавок (что характеризуется Л. = 1), создаются условия для достижения уровня вязкости порядка 1,6 - 1,9 Па. с и становится возможным значительно повысить частоту вращения месильных органов (до п = 20-24 1/с).

Работой установлено, что одним из эффективных способов снижения вязкости и управления этой реологической характеристикой является порядок и длительность подачи муки на замес. Сравнительные исследования показали, что минимальные вязкостные свойства теста достигаются путем одноразовой подачи муки в течение 60 сек. (рис. 3). По действующей инструкции подачу муки осуществляют в два приема, т.е. вторая порция подается через 3 мин. после окончания подачи первой порции муки. При получении листа по различным рецептурам при подаче муки в два приема интенсивность снижения вязкости достигает 30% (с 4,5 до 3,2 Па.с), при одноразовой - более 42% (с 4,35 до 2,55 Па.с).

Выявлена весьма существенная закономерность: чем ниже вязкость системы, т.е. чем активнее подвижность частиц твердой фазы, тем труднее разрушить систему и необходимо прикладывать более интенсивные механические воздействия. Так для снижения вязкости теста с 5,0 до 3,9 Па. с интенсивность воздействий возрастает на 19%. При снижении вязкости с 2,9 до 2,4 Па.с приходится увеличивать интенсивность механических воздействий на 29% (рис. 3). В то же время, меняя характер контактных взаимодействий оптимальным набором сырьевых компонентов и используя рациональное ведение технологического процесса (стадийность, порядок и длительность загрузки), можно снизить вязкость теста более чем в 1,7 раз.

Исследованиями установлено, что одноразовая подача муки должна осуществляться в течение 60 сек., когда взаимное перераспределение компонентов происходит в основном до начала активных коллоидных процессов. Стабилизация свойств теста и высокая однородность (Р = 73%) достигается значительно быстрее по сравнению с другими способами подачи муки (рис. 4).

Рис. 4. Влияние продолжительности непрерывной подачи муки на равномерность распределения компонентов в тесте I - при подаче муки за 60 с; 2 - 90 с; 3 - 120 с; 4 - ISO с; 5 - 240 с.

Рис, 5. Диаграмма изменения количества получаемых оттеков от способа подачи порции муки при различных рецептурах: А - одноразовая подача до I минуты; Б - двухразовая подача;

В - трехразовая подача Рецептуры согласно

таблицы

Е22 - Ml

ГТТТ7Т1 _ ю

ШЗ - №4

Кроме того, при повышении однородности теста с 52% до 73% (рис. 4) увеличивается равномерность распределения прочностных свойств листа с 58% до 72%. При этом количество возвратных отходов в виде лома снижается с 4,4% до 0,5%.

Чятнертпя ГЛАШП посвяшена оптимизации подсистемы В^ -получения выпеченного листа.

. Одной из характеристик эффективности технологического потока является количество оттеков, которые образуются по периметру листа в процессе его выпечки.

Для установления влияния реологических свойств теста на качество листа и количество получаемых оттеков в процессе выпечки предложена методика косвенной оценки влияния вязкости теста на требуемое количество подаваемого теста на формы печи.

Исследованиями показано, что для равномерного заполнения форм вафельных печей и получения листа с ровными краями вязкость теста должна быть на более 3.6 Па.с. При этом количество получаемых оттеков в основном не превышает допустимый норматив потерь сухих веществ только при одноразовой подаче муки в течение 60 с (рис. 5).

Результатами исследования доказала необходимость полного исключения вторичного введения оттеков в тесто. В противном случае реологические показатели резко ухудшаются на 44-60% в зависимости от выбранной рецептуры. Объясняется это тем, что при введении оттеков тесто получается неоднородным с большим количеством белково-крахмальных агрегатов различных размеров.

Увеличение вязкости теста приводит к повышению плотности листа до 400 кг/м. При этом равномерность распределения прочностных показателей листа по всей поверхности не превышает 54% и наблюдается появление в листе так называемой "стекловидности". Это в свою очередь приводит к снижению стабильности последующих операций (намазка листа начинкой, образование пласта и его резка). Работой рекомендованы потери сухих веществ при осуществлении технологических операций - 2,1% и количество не используемых в вафельном производстве отходов в виде оттеков - не более 9,5 X (ранее подразделение на технологические потери и потери в виде оттеков не предусматривалось).

В работе выявлен ряд факторов, которые вызывают повышение чувствительности рассматриваемой технологической операции. Исследованиями доказана необходимость: усовершенствования дозирующего устройства в печи; обеспечения переменной и

регулируемой подачи теста на формы печи; разработки системы управления и регулирования режима выпечки в зависимости от реологических свойств теста.

Пятая глава посвящена исследованию степени влияния основных видов сырья, обладающих поверхностной активностью, на снижение уровня вязкости теста.

Работой показана прямая зависимость потребительских свойств вафель от прочности и хрупкости листа. Выявлено влияние прочностных свойств листа на качество Формирования пласта и стабилизацию геометрических размеров готовых вафельных изделий.

Установлено, что оптимальная прочность листа обеспечивается

тестом с вязкостью от 2,85 до 3,6 Па.с и находится в границах:

р

- при намазке на трехвалковой машине: 320-370 кг/м ;

- при намазке на машине контактного типа: 340-370 кг/м ;

- при намазке ручным способом можно использовать лист с нижним пределом прочности до 280 кг/м . Верхний предел прочности указывает на появление "стекловидности" и снижение вкусовых достоинств листа. Нижний предел - является границей надежности выполнения операции формирования пласта.

г г

Показатель ударной вязкости в пределах (1,3-1,8)• 10 Дж/м характеризует проявление специфических хрустящих свойств листа. Превышение верхнего предела указывает на потерю хрустящих свойств и ухудшение качества листа. Нижний предел является границей стабильности проведения последующих технологических операций.

На рис. 6 графически представлены экспериментальные данные по определению зависимости интенсивности изменения вязкости теста от количественного состава рецептурных компонентов, обладающих поверхностной активностью.

Растительное масло. В процессе исследования установлено преобладающее влияние растительного масла на снижение вязкостных свойств теста. Эффективность воздействия растительного масла проявляется как в количественном отношении по сравнению с другим сырьем - яйцепродуктами (масла требуется почти в 3,7-4 раза меньше),так и по интенсивности воздействия с начала процесса.

При увеличении количества масла в рецептуре сверх оптимального - удлиняется процесс выпечки, т.к. масло.действуя адсорбционно на границе раздела фаз, затрудняет выход влаги из листа.

Наиболее ярко влияние адсорбционных свойств растительного масла на изменение реологических характеристик теста начинает

Па-с.

5,0

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0

Рис. 6.

кг7 л Р, 'м?

400

390 380

370

360

350

340

330

320

310 300

Ю п ,кг.

Зависимость вязкости теста от количества сырья:

I - меланж; 2 - фосфатвды; 3 - растительное масло; 4 - Паста для сбивания

П, КГ.

Рис. 7. Зависимость прочности листа от количества сырья:

I - меланж; 2 - растительное масло; 3 - фосфатиды; 4 - Паста для сбивания

проявляться в диапазоне изменения его количества от 5 кг (рис.6, кривая 3). Однако только комплексные исследования теста и листа позволили установить оптимальные количественные границы вводимого масла (рис. 7).

р

Необходимые прочностные характеристики листа (320-370 кг/м ) обеспечиваются наличием в рецептуре от 17 до 40 кг масла (соответственно вязкость теста снижается с 3,6 до 2.7 Па.с).

Границы изменения ударной вязкости находятся в пределе (1,3 - 1,8) • 10 Дж/м . Причем чем ниже показатель ударной вязкости, тем выше вкусовые достоинства листа.

Яйиепродуктм. Данный вид сырья применяется в большинстве существующих рецептур. При этом из-за высокой влажности (до 74%) наряду с адсорбционным воздействием яйцепродукты взаимодействуют с частицами муки осмотически. Поэтому поверхностная активность яйцепродуктов проявляется при введении большого их количества -свыше 90 кг. При этом вязкость теста снижается на 10-15% менее эффективно, чем при использовании масла (рис. 6, кривая 1).

Таким образом. данный сырьевой компонент является экономически не выгодным и менее эффективным для производства.

Поверхнрстно-аядгинные вешяст^д. С целью снижения вязкости в ряде рецептур (таблица 1) предусмотрены фосфатиды. Однако выбор фосфатидов и их количественный состав часто определялся интуитивно, без достаточно глубоких исследований.

В настоящей работе установлено влияние фосфатидов на изменение структурно-механических свойств вафельного теста и листа.

Используемые в рзботе фосфатиды представляют собой смесь из 40% растительного масла и 60% поверхностно-активных веществ, в основном лецитина. Баланс молекул лецитина сдвинут в сторону липофильности. Поэтому только часть молекул фосфатидов проявляет поверхностную активность и интенсивность их влияния на реологические свойства теста и листа значительно слабее, чем у рассмотренных выше сырьевых компонентов (рис. 6, кривая 2).

В процессе комплексных исследований установлена следующая закономерность: прочность листа повышается при увеличении количества вводимых фосфатидов (рис. 7, кривая 3) в отличие от характера изменения прочности при использовании растительного масла и яйцепродуктов.

Аналогичная картина и с показателем хрупкости листа.С увеличением количества вводимых фосфатидов ударная вязкость

г г

повышается (от 1,6 до 2,8)-10 Дж/м , т.е. почти на 75%, заметно превышая рекомендуемые границы.

На ряде предприятий вафли вырабатываются по рецептурам,содержащим "Пасту для сбивания" в качестве поверхностно-активных веществ. При использовании вместо фосфатидов такого же количества "Пасты для сбивания" прочность вафельного листа значительно снижается (рис. 7, кривая 4).

В то же время в отличие от других видов сырья, обладающих поверхностной активностью и способствующих снижению вязкости теста "Паста для сбивания", наоборот, содействует повышению его вязкости с 4,05 до 5,4 Па.с. Обладая способностью удерживать на поверхности раздела фаз значительное количество воздуха (например, при добавлении 1,5% пасты С^ = 0,135%), "Паста для сбивания" обеспечивает резкое повышение удельной поверхности дисперсионной среды. Расстояние между частицами твердых фаз уменьшается, создаются благоприятные условия для молекулярного сцепления и, как следствие, вязкость теста повышается (рис. 6, кривая 4).

К ограничивающим факторам следует отнести повышение продолжительности выпечки до стандартной влажности (2,5+2-1%). При этом лист предрасположен к потери хрустящих свойств ("тянущаяся" консистенция). Поэтому для проявления потребительских свойств листа требуется дополнительное снижение влажности до 1,5%, что приводит к перерасходу сухих веществ.

Таким образом, исследования показали необходимость исключения из рецептур "Пасты для сбивания" и возможность регулирования прочностными свойствами листа количеством вводимых в рецептуру фосфатидов.

С целью обеспечения оптимизации центральных подсистем Б^ и В^ и снижения их чувствительности к колебаниям входных параметров была разработана математическая модель процесса получения вафельного теста.

Проведение "активного" многофакторного эксперимента с композициями сырья, обладающих антиадгезионными свойствами стало основополагающим фактором при создании рациональной рецептуры вафельного листа.

3

Построение полного факторного эксперимента типа 2 при получении теста позволило определить значение коэффициентов множественной корреляции между результирующими функциями и факторами-аргументами. По результатам полного факторного эксперимента определили значение коэффициентов уравнения

регрессии, характеризующих линейную зависимость реологических свойств от конкретного сырьевого компонента и эффективность взаимодействия основных видов сырья, обладающих поверхностной активно стью.

На основании статистической оценки параметров модели определялась значимость коэффициентов в уравнении регрессии и проверялась тождественность полученной абстрактной модели реальному физическому процессу. Определялась дисперсия ошибки опыта проверялась однородность дисперсии ошибок опыта и

оценивалась ошибка эксперимента. Это позволило проверить дисперсию воспроизводимости эксперимента Ьжщ. и, как следствие, оценить значимость коэффициента уравнения регрессии, а также рассчитать доверительные интервалы: А в^ = ± ^кллр ' здесь - критерий

Стьюдента, характеризующий равенство математического ожидания генеральной совокупности и - дисперсия коэффициентов).

В окончательном виде зависимость вязкости теста У от рецептурного состава сырья, обладающего поверхностной активностью, описывается линейным уравнением регрессии:

У = 2.88 - 0.09Х, -0,141Хг - 0,71Х3

где: X. , X, . Х^ - соответственно количество фосфатидов.

4 2 л

меланжа и растительного масла.

Данные настоящей главы показали возможность управления

подсистемами В и В и позволили решить одну из главных задач -£ 4

разработать рациональную рецептуру на вафельный лист (таблица 1).

Шестая улава посвящена разработке прогрессивной технологии и созданию машинно-аппаратурных схем для ее реализации.

На основании проведенных исследований разработана прогрессивная технология получения теста и листа, основанная на приготовлении гомогенной, мелкодисперсной, двухфазной

концентрированной эмульсии; на ее основе разбавленной эмульсии; однородной смеси сыпучих компонентов; одновременной и параллельной подачи смеси и эмульсии. Это обеспечивает получение однородного теста с минимально возможной вязкостью и, как следствие, листа с высокими потребительскими достоинствами, сниженным количеством возвратных отходов и уменьшенными потерями сухих веществ.

Для реализации рациональной технологии разработаны новые машинно-аппаратурные схемы приготовления вафельного теста непрерывным (рис. 8а) и периодическим способом (рис. 86).

I 9 8

Рис. 8. Принципиальная технологическая схема получения вафельных листов:

а) непрерывным способом;

б) периодическим способом

1 - охладитель воды

2 - дозатор воды

3 - смеситель

4 - емкость эмульсии

5 - насосы

6 - спецкран

7 - гомогенизатор

8 - шнек-питатель

9 - регулятор уровня 10 - вибросмеситель

11 - фильтр

12 - насосы

13 - печь

14 - охлаждающее устройство

15 - электромагнитный клапан

16 - порционный питатель

17 - весы для сыпучих компонентов

18 - питатель

19 - смеситель периодического

действия

После проведения всего комплекса исследований и практического использования полученных результатов при разработке рациональной рецептуры прогрессивной технологии и машинно-аппаратурной схемы бьша повторно проведена диагностика процесса и установлен уровень целостности прогрессивной технологической системы и стабильности ее подсистем. Для большей достоверности объем выборки составил 100 образцов.

®МИН = 1,0 1,0 + 1,0 + °'92 ~ 3 ~ °'92

®час = 1,0 + 1-0 + 0,92 + 0,92 ~ 3 = °'84 ®смену = 1,0 + 0-86 + °'86 + °'86 ~ 3 = 0,58

Полученные данные свидетельствуют о большой стабильности и целостности системы, возможности управления центральными подсистемами В£и В^ и готовности к приему средств автоматизации.

В работе приведены данные производственной проверки результатов настоящих исследований на предприятиях малой, средней и большой мощности (приложение 1). При использовании прогрессивной технологии и разработанной рациональной рецептуры по сравнению с базовыми: вязкость теста снижается на 22-29%, что способствует его лучшей растекаемости по формам печей; количество оттеков снижается на 2-4%; сокращается количество возвратных отходов в виде лома листов на 0,6-3,0%; снижается расход сырья на 60-120 кг при получении 1 т готовых вафельных листов.

В процессе длительной производственной проверки было показано, что при соблюдении оптимальных технологических параметров прочность листов находилась в требуе*«ых пределах: 325360 кг/м^ . Это способствовало повышению качества образования пластов и их резки на отдельные изделия.

общие: выводы и рекомендации

1. Анализ существующих технологий производства вафельных изделий и мащинно-аппаратурных схем для их реализации позволил обосновать первопричины, тормозящие повышение вкусовых достоинств вафель и объема их производства.

2. Применение системного подхода при создании прогрессивной технологии позволило провести диагностику процесса получения вафельного листа и оценить стабильность функционирования подсистем и уровень целостности всей системы, т.е. степень ее организованности.

3. Оценка урозня стохастичности связей позволила осуществить ранжирование факторов, оказывающих наибольшее влияние на изменение

качества теста и листа, стабилизацию и интенсификацию технологического процесса. Наиболее значимые факторы:

раздельное получение однородной смеси из сыпучих компонентов и эмульсии из остального сырья;

- порядок подачи компонентов на замес;

- набор рецептурных компонентов;

- наличие возможности управления процессом;

- уровень механизации.

4. Разработаны методы получения теста и листа с заданными свойствами и структурой. К числу основных следует отнести:

- выделение самостоятельных простых технологических операций, поддающихся управлению, иэ общего сложного процесса тестообразования;

получение из сырья с различным фазовым составом (эа исключением муки) стойкой двухфазной эмульсии;

- параллельная и одновременная подача муки и эмульсии и достижение требуемого соотношения компонентов до начала процесса тестообразования.

5. Анализ существующих методов контроля вафельного теста и листа позволили разработать методику объективной, комплексной оценки качества: теста - по наиболее чувствительной и показательной реологической характеристике - эффективной вязкости, а листа - по показателям прочности и хрупкости.

6. Предложены математические модели процесса тестоприготовления и получено уравнение регрессии, описывающее зависимость вязкости теста от набора сырьевых компонентов и степени их влияния. Это преяопредилило разработку научно обоснованной рациональной ресурсосберегающей рецептуры вафельного листа, позволяющей обеспечить высокое и стабильное качество вафель.

7. Установлены оптимальные границы изменения реологических характеристик теста и листа, позволяющие осуществлять последующие операции с высокой надежностью при сохранении вкусовых достоинств вафель и снижении количества возвратных отходов.

8. Проведенные исследования и обобщение результатов теоретических и экспериментальных изысканий позволили разработать новую прогрессивную технологию вафельного листа.

9. Разработаны два способа приготовления вафельного теста:

- непрерывный - при наличии сырья стабильного или усредненного качества;

- периодический - при использовании сырья с большим разбросом качественных показателей.

Налажен серийный выпуск станций непрерывного получения вафельного теста.

10. Производственные испытания и промышленное внедрение рациональной рецептуры, новой прогрессивной технологии и станций для приготовления вафельного теста подтвердили практическую значимость работы. Новая технология получения теста периодическим способом продана фирме "ЮБЯС ХЮВЯ" (Финляндия).

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Быстрова Т.В., Талейсник И.А., Аксенова Л.М. и др. Рациональная технология непрерывного приготовления вафельного теста. - М. : Хлебопекарная и кондитерская промышленность, N б, 1984.

2. Быстрова Т.В., Аксенова Л.М., Талейсник М.А., Маршалкин Г.А. Анализ способов производства вафель. - М: Хлебопекарная и кондитерская промышленность, N 8, 1984.

3. Быстрова Т.В., Аксенова Л.М., Игнатьева Л.П., Гаврилова Г.П., Исследование теста для вафельного листа, приготовленного по различным рецептурам. - М: Хлебопекарная и кондитерская промышленность. N 9, 1984.

4. Быстрова Т.В., Аксенова Л.М., Бурых Н.И.. Талейсник М.А. Современное производство вафель. - М: ЦНИИТЭИпишепрсм. Серия 17, Кондитерская промышленность. Выпуск 4, 1985.

5. Быстрова Т.В..Аксенова Л.М.,Талейсник М.А., Бурых H.H., Гаврилова Г.П., Агальцова H.A. Новое в технике и технологии производства вафельных изделий.-М: АгроНИИТЭИпищепром. Серия 17. Кондитерская промышленность. Выпуск 7, 1985

6. ОСТ-10-61-87 "ВаФли листовые", 19S7.

7. Быстрова Т.В., Бернштейн Т.е., Кнопова С.И., Зелинская Л. А. Технологические инструкции по производству мучных кондитерских изделий. Комитет по хлебопродуктам. ВНШКП, - М. 1992.

8. Аксенова Л.М., Быстрова Т.В., Талейсник М.А.,"Диагностика технологий вафельного листа".-М; Ж."Пищевая промышленность", 1995.

9. Быстрова Т.В., Аксенова Л.М., Талейсник М.А. и др. A.c. 1351562 СССР SU А 21 Д 13/08. Способ производства начинок для вафель.

10. Быстрова Т.В., Талейсник М.А., Аксенова Л.М., Бурых Н.И. A.c. 1438030 СССР, SU А 21 Д 13/08. Способ производства вафельного листа.

11. Быстрова T.B.,Талейсник М.А., Аксенова Л.М., Грачев О С A.c. 1438031 СССР, SU А 21 Д 13/08. Способ производства теста для мучных кондитерских изделий.

12. Техническая документация на технологию производства вафель с фруктовой начинкой. Разработана ВНИИКП и АО"Рот-Фронт" Лицензионное соглашение N 7311/048602 от 13.03.8S г. между В/О "Лицензинторг" и фирмой "Ювяс Хювя", Финляндия.

13. Быстрова Т.В., Аксенова Л.М..Талейсник М.А. и др Диагностика технологических связей в линии производства вафель" ,

ВИНИ" Библиографический показатель. "Депонированные рукописи".

Flavour merits of waffle products are first of all defined by specific crunch characteristics of a waffle sheet. .

The timeliness and actuality of the present work is in searching of ways and methods for improving the quality of the sheet and ready made products together with stabilization of quality indexes and increasing of reliability and intensification of the technological process of dough producing.

We offer a new technology method of marking out of independent simple operations which can be controlled instead of a number of difficult processes in dough making which take place practically simultaniously. It predetermined the creation of new progressive technology.

The structural and mechanical characterictics of the system under research are chosen to be the object of control. The control rheology in the present work ensures the producing of dough and sheet with already set characteristics and structure.

The offered technological methods, which are new in principle for waffle production, can be considered to be the basis for the creation of the new technology:

formation of two-phase concentrated emulsion with minimum quantity of water;

- content of diluted emulsion in recurrent flow;

- parallel and simultaneous flour and emulsion supply as a curtain across the whole width of chamber of mixer;

- usage of raw material components with antiadhesiveness.

Carring out of active and many factors experiment and the received equation of the regression, allowed to substantiate and work out the rational resources preserving recipes for the waffle sheet.

The new lines for recurrent and continous dough producing have been created for the realization of the new technology.

The practical importance of this dessertation has been confirmed by factory testing and introduction of the rational recipes and progressive technology.