автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса выпечки пшеничных хлебобулочных изделий с добавлением жировых продуктов

На правах рукописи

НИЩБВЛ ОЛЕСЯ СЕРГЕЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫПЕЧКИ ПШЕНИЧНЫХ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ДОБАВЛЕНИЕМ ЖИРОВЫХ ПРОДУКТОВ

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

2 8 НОЯ 2013

Москва — 2013

005540104

005540104

Работа выполнена на кафедре «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» (в настоящее время «Технологии переработки растительного сырья») ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: [Пучкова Любовь Ивановна!

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Шатнюк Людмила Николаевна

доктор технических наук, ЗАО «Валетек Продимпэкс», заместитель генерального директора

Байков Валерий Григорьевич

кандидат технических наук, доцент, ФГБУ «Научно-исследовательский институт питания» РАМН, старший научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Государственный научно исследовательский институт хлебопекарной промышленности Россельхозакадемии

Защита состоится «19» декабря 2013 года в 1200 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 302, корп. А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат размещен на официальных сайтах ВАК Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru/ и ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» http://www.mgupp.ru/.

Автореферат разослан « /(Р> ноября 2013 г.

Ученый секретарь

Совета Д 212.148.03, к.т.н., доц.

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Потребление пшеничного хлеба в нашей стране составляет половину от общего объема хлебобулочных изделий. Поэтому совершенствование технологии пшеничного хлеба с точки зрения как повышения качества хлеба, так и его пищевой ценности весьма актуально для хлебопекарной промышленности.

Для разнообразия ассортимента пшеничных хлебобулочных изделий, создания видов хлеба с заданными свойствами и улучшенными показателями качества в хлебопекарном производстве используют дополнительное сырье, одним из видов которого являются жировые продукты.

Введение в рецептуру пшеничного хлеба жировых продуктов влияет на структурно-механические свойства теста и ряд показателей качества, пищевой и потребительской ценности готовых изделий. Масложировая промышленность нашей страны в настоящее время предлагает широкий ассортимент специальных жировых продуктов для хлебопечения, поэтому хлебопекарные предприятия имеют возможность выбора жирового продукта. Основными критериями выбора жирового продукта являются его физико-химические показатели, пищевая и биологическая ценность, безопасность использования, особенно в отношении содержания транс-изомеров жирных кислот.

Жировые продукты, вносимые в тесто, в значительной степени оказывают улучшающее действие на качество пшеничного хлеба при его выпечке. Выпечка хлеба является сложным процессом, протекающим под воздействием теплоты и влаги. Внутри тестовой заготовки и на ее поверхности происходят теплофизические, микробиологические, коллоидные и биохимические процессы, в результате которых в тесте происходят глубокие качественные изменения, и тесто превращается в готовый продукт - хлеб.

Работами, проведенными Л Л. Ауэрманом, A.B. Лыковым, A.C. Гинзбургом, A.A. Михелевым, А.Т. Лисовенко, В.О. Фогелем, Н.В. Беликовым, И.И. Маклюковым, В.И. Маклюковым, С.Е. Walker, B.J. Dobraszczyk и др. разработаны и сформулированы основные закономерности процессов, происходящих при выпечке хлеба.

Вместе с тем сведения о процессах, происходящих при прогреве выпекаемой тестовой заготовки с различными жировыми продуктами немногочисленны, а некоторые из них противоречивы.

Исследование влияния жировых продуктов разного состава и свойств на процессы, протекающие при выпечке хлеба, позволит целенаправленно улучшить показатели качества готового хлеба путем создания рациональных условий выпечки и применения специальных жировых продуктов. Это является

современным актуальным вопросом и имеет большое практическое значение для хлебопекарной отрасли страны.

Цель и задачи исследования.

Цель исследований - разработка научного обоснования и практических рекомендаций по совершенствованию процесса выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи исследования:

• исследование влияния добавления жировых продуктов на качество хлебобулочных изделий;

• исследование влияния добавления жировых продуктов на микробиологические и теплофизические процессы при выпечке пшеничного хлеба;

• исследование влияния добавления жировых продуктов на коллоидные процессы при выпечке пшеничного хлеба;

• разработка теплофизической модели процесса выпечки формового пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов;

• обоснование рационального режима выпечки формового пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов;

• промышленная апробация результатов исследований.

Научная новизна.

Выявлены закономерности влияния теплофизических факторов на протекание микробиологических и коллоидных процессов в пшеничном хлебе с добавлением жировых продуктов при выпечке. Установлено, что в большей степени увеличение объема хлеба при выпечке происходит в состоянии теста до начала образования мякиша. Выявлено влияние добавления жировых продуктов на температуру начала образования мякиша пшеничного хлеба.

Определен вклад процессов брожения и термического расширения диоксида углерода в формирование объема выпекаемой пшеничной тестовой заготовки, которые составляют 94-96 % и 4-6 % соответственно.

Впервые установлена кинетика изменения давления газа в порах тестовой заготовки в процессах окончательной расстойки и выпечки. Установлена динамика изменения реологических свойств тестовой заготовки в процессе выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов.

Разработана теплофизическая модель процесса выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов, позволяющая обосновать выбор температуры среды пекарной камеры, плотности теплового потока и продолжительности этапов выпечки. Показано, что характеристики выпекаемой тестовой заготовки - температура, объем и реологические свойства - позволяют

прогнозировать на стадии выпечки качество пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов.

Практическая значимость.

На основании выполненных исследований разработан и экспериментально обоснован рациональный трехстадийный режим выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов в промышленных печах, в основу которого положена взаимосвязь между реологическими, микробиологическими, теплофизическими и физико-химическими свойствами выпекаемой тестовой заготовки и параметрами процесса выпечки.

Определена температура начала образования мякиша пшеничного хлеба при выпечке, равная 65-76±0,5 СС в зависимости от вида добавляемого жирового продукта, что позволяет получать готовые изделия с высокими показателями качества.

Определено значение толщины слоя мякиша, при которой хлеб в процессе выпечки прекращает увеличиваться в объеме: для пшеничного хлеба без добавления жировых продуктов это значение составляет 6±1 мм, для пшеничного хлеба с добавлением различных жировых продуктов - 12±3 мм в зависимости от их состава и свойств.

Проведены производственные испытания разработанного рационального трехстадийного режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов на ЗАО «Хлебокомбинат «ПЕКО» Москвы, которые показали целесообразность его применения для получения хлеба с минимальной величиной упека и высокими показателями качества.

Положения, выносимые на защиту:

• результаты исследований влияния жировых продуктов на теплофизические, микробиологические и коллоидные процессы, протекающие при выпечке пшеничного хлеба;

• результаты исследований влияния вида жирового продукта на температуру начала образования мякиша;

• теплофизическая модель процесса выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов;

• рациональный трехстадийный режим выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов в промышленных печах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на: пятом международном хлебопекарном форуме в рамках 18-ой международной выставки «Современное хлебопечение - 2012» (Москва, 2012 г.), научно-практической конференции молодых ученых «День науки» (Москва, 2012 г.), Международной конференции молодых ученых «Проблемы пищевой

безопасности» в рамках летней школы программы Ри1Ьп§Ь1 в России (Москва, 2013 г.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 151 странице основного текста, включает 45 рисунков и 15 таблиц. Список литературы состоит из 146 источников российских и зарубежных авторов.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре рассмотрены и систематизированы сведения научно-технической литературы о процессах, протекающих при выпечке хлеба. Обобщены данные по составу и свойствам жировых продуктов, применяемых при производстве хлебобулочных изделий. Отмечена роль использования жировых продуктов в рецептуре пшеничного хлеба и хлебобулочных изделий, рассмотрено их влияние на качество хлеба при выпечке. Представлен анализ научно-технических сведений о влиянии режима выпечки на изменения, происходящие в выпекаемой тестовой заготовке, качество хлеба с добавлением жировых продуктов. Выявлена целесообразность и необходимость разработки рекомендаций по совершенствованию процесса выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» (в настоящее время «Технологии переработки растительного сырья») и «Теплотехнологии, холодильные системы и энергосбережение» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств». Производственные испытания проводили на ЗАО «Хлебокомбинат «ПЕКО» (г. Москва).

2.1. Объекты и методы исследования

В работе использовали общепринятые и специальные методы оценки свойств сырья, выпекаемых тестовых заготовок и качества готовых изделий. При проведении исследований применяли: 3 пробы пшеничной муки высшего сорта; жировые продукты - маргарин марки МТ, подсолнечное масло, заменитель молочного жира, полученный методом энзимной переэтерификации (ЗМЖ-Э).

Для изучения влияния жировых продуктов на качество хлеба проводили пробные лабораторные выпечки общепринятыми методами. Контрольными служили пробы хлеба, приготовленные без жировых продуктов. Анализ проб хлеба проводили через 16-18 часов после выпечки по органолептическим и физико-химическим показателям.

Для исследования процесса выпечки применяли информационно-измерительную систему с использованием радиационно-конвекгивного и электроконтактного способов энергоподвода.

Тесто готовили опарным и/или безопарным способом из муки, воды, дрожжей, соли и жировых продуктов. Замес теста осуществлялся на тестомесильных машинах «Diosna» в течение 5 мин или «У 1-ЕТВ» - в течение 2 мин, в зависимости от задач исследования. После брожения исследуемые пробы теста делили и формовали в тестовые заготовки массой 0,03 кг и 0,35 кг, которые подвергали расстойке при температуре 36-39 °С и относительной влажности воздуха 80-85 %.

Радиационно-конвективную выпечку выпекаемой тестовой заготовки (ВТЗ) проводили в лабораторной печи «Miwe-condo» при температурах пекарной камеры 170 °С, 220 °С и 280 °С до готовности изделия. В ВТЗ устанавливали хромель-алюмелевые термопары для измерения температуры в разных слоях.

Электроконтакгную выпечку ВТЗ проводили путем подвода электрического тока при напряжении 70 В. Для измерения температуры ВТЗ использовали хромель-алюмелевые термопары, запись температур производили при помощи автоматического записывающего устройства S-Recorder, соединенного с компьютером. Для определения геометрических характеристик ВТЗ и готовых изделий проводили видеосъемку процесса выпечки с помощью цифровой видеокамеры. Раскадровку полученного видео осуществляли с помощью программы VLC-mediaplayer. Полученные кадры с изменением высоты ВТЗ обрабатывали в программе AutoCAD 2008.

Реологические свойства теста и ВТЗ из пшеничной муки высшего сорта анализировали на приборах «Mixolab» и «Структурометр СТ1-М». Реологические свойства мякиша готового хлеба определяли на приборе «Пенетрометр АП-4/2».

2.2. Результаты исследований и их анализ

Структурная схема проведения исследований представлена на рисунке 1. Ниже приведены результаты исследований и их анализ.

Рисунок 1 - Структурная схема проведения исследований

8

2.2.1. Влияние добавления жировых продуктов на качество хлебобулочных изделий

Для приготовления хлебобулочных изделий применяют разнообразные жировые продукты. Добавление жира в тесто положительно влияет на его реологические свойства, показатели качества готового хлеба, пищевую и энергетическую ценность. Эффективность действия жировых продуктов зависит от способа внесения в тесто, дозировок, способа приготовления теста, а также режимов отдельных стадий технологического процесса.

В исследованиях, проведенных ранее Пучковой Л.И., Юдиным А.Ю., были получены результаты целесообразности применения жировых продуктов в количестве 3-5 % с учетом содержания в них сухих веществ.

В соответствии с задачами исследований изучали влияние жировых продуктов на качество хлеба, приготовленного опарным и безопарным способами.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние жировых продуктов на показатели качества хлеба

Наименование показателей качества хлеба Показатели качества хлеба, приготовленного из пшеничной муки высшего сорта с добавлением жировых продуктов (% к массе муки) по вариантам

Опарный способ Безопарный способ

К 1 2 3 К 1 2 3

Влажность, % 42 42,4 42,2 41 42,3 42,5 42,2 40,3

Кислотность, град. 1,8 1,3 1,3 1,5 1,6 1,4 1,4 1,6

Пористость, % 82 84 85 84 78 86 87 86

Удельный объём, см"7г 3,42 3,76 3,79 3,72 3,4 4,1 4,5 4,2

Формоустойчивость, H/D 0,35 0,44 0,44 0,43 0,33 0,52 0,55 0,50

Общая сжимаемость ДНсЖ (общ), ед. приб. 98,6 118,1 124,6 110,5 110,0 165,2 167,3 142,5

Пластическая деформация, ДНпл.ед. приб. 70,7 84,4 88,3 80,2 75,6 113,5 114,7 102,3

Упругая деформация, А Hv„. ед. приб. 27,9 33,7 36,3 30,3 34,4 51,7 52,6 40,2

К-контроль без добавления жировых продуктов; 1 - проба хлеба с добавлением маргарина, 2-е добавлением ЗМЖ-Э, 3-е добавлением подсолнечного масла

Наибольший улучшающий качество хлеба эффект был получен при использовании маргарина марки МТ в количестве 4 % от массы муки, при добавлении ЗМЖ-Э и подсолнечного масла - 3,6 % от массы муки.

Установлено, что качество хлебобулочных изделий с добавлением жировых продуктов улучшалось при исследуемых способах тестоприготовления, по сравнению с контрольными пробами хлеба. При

опарном способе тестоприготовления удельный объём хлеба увеличивался на 9-11 %, пористость - на 2-4 %, общая деформация мякиша - на 12-26 %, упругая деформация мякиша - на 3-21 %. При приготовлении теста безопарным способом с добавлением жировых продуктов удельный объём хлеба увеличивался на 21-32 %, пористость - на 8-9 %, общая деформация мякиша - на 30-52 %, упругая деформация мякиша - на 17-53 %. В наибольшей степени улучшение качества хлеба наблюдалось при добавлении жирового продукта ЗМЖ-Э, как при опарном, так и при безопарном способе тестоприготовления.

Проведена органолептическая оценка проб хлеба по сенсорному профильно-ранговому методу. На рисунке 2 представлены полученные данные влияния жировых продуктов на органолептические показатели качества хлеба, приготовленного опарным и безопарным способами.

св-во мяншо пористости св-ва мянишо пористости

-Контрольная проба

- - - Проба с маргарином

— Проба с заменителем молочного жира энзимной переэтерификации ......Проба с подсолнечным маслом

Рисунок 2 - Влияние жировых продуктов на органолептические показатели качества хлеба, приготовленного: А — опарным способом; Б - безопарным способом

При сравнении профилей проб хлеба, приготовленных с добавлением жировых продуктов опарным и безопарным способами, были выявлены различия в реологических свойствах мякиша, разжевываемости мякиша по сравнению с контрольной пробой хлеба.

Максимальную балльную оценку (5 баллов) имели пробы хлеба, приготовленные с добавлением ЗМЖ-Э при безопарном способе тестоприготовления.

На основании полученных выше данных, дальнейшие исследования проводили при безопарном способе тестоприготовления.

2.2.2. Влияние жировых продуктов на теплофизические и микробиологические процессы при выпечке

Для проведения модельных исследований был выбран электроконтактный способ энергоподвода, при котором тестовая заготовка прогревается за счет наличия электрического сопротивления при прохождении через неё электрического тока. Прогрев происходит равномерно практически по всему объему ВТЗ. Электроконтактный способ энергоподвода помогает изучить процессы, происходящие при выпечке при известной температуре в отличие от радиационно-конвективной выпечки, где температура различна в разных слоях, и прогрев идет постепенно, от периферии к центру ВТЗ.

Изучали влияние этапов выпечки хлеба, теплофизических и микробиологических процессов при выпечке на формирование объема хлеба.

2.2.2.1. Влияние этапов выпечки хлеба на формирование его объема

Исследовали влияние этапов выпечки на изменение объема ВТЗ при электроконтактном способе энергоподвода.

Определяли давление газа в порах ВТЗ в процессе выпечки. Анализировали влияние температуры ВТЗ на характер изменения ее объема и увеличение давления газа в порах теста-мякиша.

В процессе работы были выявлены четыре характерных этапа выпечки хлеба. На рисунке 3 представлены кривые зависимостей объема, температуры и давления газа в порах ВТЗ от продолжительности этапов выпечки хлеба.

Ь ^ ]02\ зздцД, ргрч.....дт„..........ту. тп........ V, см ' 4 Р, Па

2 4 в в 10 12 14 16 18

г, мин

Рисунок 3 - Кривые зависимостей: 1 - температуры ВТЗ, 2 - объема ВТЗ, 3 -давления газа в порах ВТЗ от продолжительности выпечки

На первом этапе давление газа в порах возрастало незначительно, температура ВТЗ достигала 42-44 °С. На объем ВТЗ оказывали влияние углекислый газ, выделяемый при микробиологическом процессе брожения и термическое расширение газа в порах ВТЗ. Незначительное увеличение давления можно объяснить тем, что в интервале температур от 22-24 °С до 4244° С вязкость теста снижалась, и поэтому даже несущественное повышение давления могло привести к большому росту объема.

Второй этап протекал в диапазоне температур от 42-44 °С до 64-66 °С. На этом этапе тесто было более вязким, происходило резкое увеличение давления газа в порах за счет увеличения роста температуры ВТЗ, что значительно влияло на реологические свойства теста и увеличение объема ВТЗ.

При достижении температуры 64-66 °С наступал третий этап выпечки. Увеличение объема замедлялось, начинал формироваться мякиш. Упругие свойства ВТЗ возрастали, поэтому давление газа в порах продолжало расти. При достижении температуры 96-98 "С начинался четвертый этап. Упругие свойства мякиша изменились настолько, что давление газа в порах не в состоянии было с прежней скоростью увеличить объем мякиша. Под действием давления наиболее слабые стенки пор разрывались, углекислый газ улетучивался из ВТЗ, и поэтому происходило снижение давления газа в порах, что в свою очередь обусловливало «усадку» готового изделия.

При добавлении различных жировых продуктов характер изменения объема, температуры и давления не менялся, этапы выпечки отличались только по продолжительности в разных диапазонах температур. Величина давления газа в порах с добавлением жировых продуктов снижалась с 110-120 Па до 80-90 Па по сравнению с контролем. Это можно объяснить тем, что при добавлении жировых продуктов, последние вступают во взаимодействие со структурными компонентами теста, тесто становится более пластичным.

Анализ полученных данных показал, что основное увеличение объема происходило, когда ВТЗ находилась в состоянии теста, до начала образования мякиша.

Установлено, что объем всех исследуемых ВТЗ в процессе выпечки в состоянии теста, до момента начала образования мякиша, увеличился на 88±2% от всего объема изделия.

2.2.2.2. Влияние теплофизических и микробиологических процессов при выпечке на объем хлеба

На объем хлеба при выпечке влияют два фактора: микробиологический процесс брожения, при котором выделяется диоксид углерода, и термическое расширение газа в порах ВТЗ.

Работами, проведенными ранее, было высказано предположение, что увеличение объема хлеба при выпечке в большей степени зависит от

12

термического расширения газа в порах теста. Однако количественное определение этих зависимостей не приводилось.

В связи с этим проводили исследование по количественному определению соотношения между выделившимся диоксидом углерода в процессе микробиологического брожения и его термическом расширении в порах ВТЗ при выпечке электроконтактным способом энергоподвода.

На рисунке 4 представлены кривые зависимостей температуры ВТЗ и ее объема, увеличивающегося за счет выделения диоксида углерода и термического расширения газа в порах ВТЗ от продолжительности выпечки.

т,мин

Рисунок 4 - Кривые изменения: 1 - объема ВТЗ, образующегося только за счет выделившегося диоксида углерода; 2 - объема ВТЗ, образующегося за счет выделившегося диоксида углерода и термического расширения газа в порах; 3 -температуры ВТЗ от продолжительности выпечки

Установлено, что термическое расширение газа в порах ВТЗ - основной процесс, влияющий на увеличение объема ВТЗ при выпечке, который обеспечивал 94-96 % всего объема готового изделия. Остальное увеличение объема осуществлялось за счет микробиологического процесса брожения при выпечке, которое составило 4-6 % от общего объема готового изделия.

2.2.3 Влияние жировых продуктов на коллоидные процессы, протекающие при выпечке хлеба

Коллоидные процессы, протекающие при выпечке, оказывают значительное влияние на объем, форму и другие показатели качества хлеба. Важным обстоятельством является то, что процессы клейстеризации крахмала и коагуляции белков обусловливают переход теста в состояние мякиша при резком изменении реологических свойств ВТЗ и фиксации пористой структуры. Жировые продукты с разным триглицеридным составом и температурой

13

плавления могут в разной степени взаимодействовать с теми или иными компонентами теста в процессе выпечки. Изменение температуры ВТЗ при выпечке оказывает значительное влияние на коллоидные процессы и, тем самым, на качество готового изделия.

2.2.3.1 Влияние вида жирового продукта на температуру начала образования мякиша

Изучали влияние вида жирового продукта на температуру начала образования мякиша ВТЗ при выпечке электроконтактным способом энергоподвода.

На рисунке 5 представлен графический метод определения температуры начала образования мякиша у разных ВТЗ.

"С д д А Ь, мм

Изменение: 64 1-температуры — ^ 2-высоты контроля

48 40 32

3-высоты выпекаемой тестовой заготовки с подсолнечным маслом

4- высоты выпекаемой тестовой заготовки с

24 маргарином

5- высоты выпекаемой тестовой заготовки с заменителем молочного

0 жира энзимной

переэтерификацни

т, мин

Рисунок 5 - Метод определения температуры начала образования мякиша ВТЗ в процессе выпечки электроконтактным способом энергоподвода

Для получения температуры начала образования мякиша разных ВТЗ были применены три метода: графический метод определения, заключающийся в нахождении точки перелома (рисунок 5) на кривых зависимости высоты ВТЗ от продолжительности выпечки; математический метод решения задачи в программе Wolfram Mathematica 7.0. Данный метод решения заключался в нахождении точки сопряжения двух кривых, аппроксимированных и описанных уравнениями; метод определения на основании обработки данных, полученных с использованием прибора «Mixolab» (рисунок 6) для ВТЗ-контроля.

Изменение: 1 -температуры месильной емкости; 2 -температуры пшеничной ВТЗ; 3 - крутящего момента

Рисунок 6 - Миксолабограмма пшеничной выпекаемой тестовой заготовки

На рисунке 6 представлено изменение крутящего момента в процессе нагрева теста. Точка на кривой крутящего момента характеризует резкое изменение реологических свойств ВТЗ, что говорит о начале образования мякиша.

В результате проведенных исследований были получены значения температуры начала образования мякиша. У ВТЗ-контроля это значение составило 65±0,5 °С, у ВТЗ с добавлением жировых продуктов - 70-76±0,5 °С в зависимости от вида жирового продукта. Наибольшее значение температуры начала образования мякиша, а именно 76±0,5 "С имела ВТЗ с добавлением ЗМЖ-Э.

Ранее нами было показано, что наибольший объем ВТЗ в процессе выпечки отмечался, когда последняя находилась еще в состоянии теста, до начала образования мякиша, соответственно, чем выше была температура начала образования мякиша, тем дольше ВТЗ находилась в состоянии теста, и тем самым достигала большего объема. Данное обстоятельство позволило выявить зависимость объема выпекаемой тестовой заготовки от температуры начала образования мякиша.

2.2.3.2 Влияние жировых продуктов на реологические свойства выпекаемой тестовой заготовки

При изучении влияния жировых продуктов на реологические свойства ВТЗ при выпечке применяли электроконтактный способ энергоподвода. Температуру ВТЗ в кювете изменяли от 30 °С до 98 °С с шагом 10 °С. Реологические свойства ВТЗ измеряли на приборе «Структурометр СТ1-М». На

рисунке 7 представлено изменение усилия нагружения контрольных проб ВТЗ в процессе их нагрева при разных температурах.

Рисунок 7 - Изменение усилия нагружения контрольных проб ВТЗ в процессе их нагрева при температурах: а) 30-98°С, б) 55-60°С, в) 65-70°С, г) 98°С

Были получены три реперные точки, характеризующие поведение ВТЗ в процессе выпечки. До достижения температуры 60 °С (первая реперная точка) ВТЗ находилась в состоянии теста, обладая пластическими свойствами. При прогреве ВТЗ до температуры 60 °С происходило набухание крахмала, начиналась денатурация белковых веществ теста и клейстеризация крахмала. В результате этого характер кривой (а) изменялся. Вторая точка характеризовала переход теста в состояние мякиша. У ВТЗ стали проявляться упругие свойства. При температуре 98 °С мякиш полностью был сформирован, обладая при этом наибольшими упругими свойствами.

Сравнительный анализ реологических свойств ВТЗ-контроля и проб с добавлением жировых продуктов позволили установить следующее (рисунок 8).

0.4 0.3 о,г од о

26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98

-1-Контроль в С

—2- С добавлением заменителя молочного жира энзимной переэтерификации -3 - С добавлением подсолнечного масла

Рисунок 8 - Влияние вида жирового продукта на изменение максимального усилия нагружения проб ВТЗ

Характер изменения максимального усилия нагружения опытных проб ВТЗ был аналогичен характеру кривых, полученных для контрольных проб. Однако наблюдалось заметное отличие упругих свойств контрольных проб ВТЗ от проб с жировыми продуктами. Полученные данные свидетельствуют о наличии «смазывающего» эффекта жира, который облегчает относительное скольжение структурных компонентов теста и его белкового каркаса с включенными в него крахмальными зернами. Благодаря этому клейковинные пленки губчатого каркаса теста растягиваются без разрыва под давлением газовых пузырьков, тем самым повышается газоудерживающая способность теста, хлеб увеличивается в объеме.

2.2.3.3 Влияние жировых продуктов на толщину слоя мякиша выпекаемой тестовой заготовки

Изучение влияния жировых продуктов на формирование слоя мякиша проводили при выпечке радиационно-конвективным способом энергоподвода.

Показано, что за счет повышения эластичности и упругости ВТЗ при добавлении жировых продуктов происходит дальнейшее увеличение ее объема.

На рисунке 9 представлено влияние жировых продуктов на толщину слоя мякиша хлеба.

------------------------------------------------------------------------------- Толщина слоя мякиша

пробы:

4а .

1-контроль

2-е добавлением

3и заменителя молочного

жира энзимной

2переэтерификации

" 3-е добавлением

маргарина и 4-е добавлением о г а в в ю 12 1« 16 18 подсолнечного масла

5кр, мм

Рисунок 9 - Влияние жировых продуктов на толщину слоя мякиша хлеба

Из рисунка 9 видно, что толщина слоя мякиша у проб выпеченного хлеба с добавлением различных жировых продуктов различна. Эту величину слоя мякиша назвали 5 критическая (8кр), при которой полностью заканчивается прирост высоты ВТЗ.

Установлена величина 5кр для проб хлеба: для контроля она составила 6±1мм, у опытных проб хлеба эти величины были существенно выше и достигали 12±3мм в зависимости от вида жирового продукта.

2.2.4. Разработка теплофизической модели процесса выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов

Теплофизическая модель необходима для моделирования процессов выпечки, их анализа и обоснования рационального режима выпечки хлебобулочных изделий с добавлением жировых продуктов, при котором можно получить максимальный объем и минимальную величину упека. Кроме того, теплофизическая модель позволяет определить рациональную продолжительность выпечки.

На основании методики построения обобщенной теплофизической модели для разных сортов хлеба, разработанной д.т.н., проф. Маклюковым В.И., нами предложена теплофизическая модель процесса выпечки формового хлеба из пшеничной муки с добавлением жировых продуктов (рисунок 10).

Теплофизическая модель построена по результатам экспериментальных исследований выпечки в трех режимах. Исследования проводили при температуре среды пекарной камеры tn.it.1 = 160-170 °С, гп.к2 = 200-220 °С и 1П.К.3 = 280-300 °С.

0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ____Временной симплекс в

Рисунок 10 - Теплофизическая модель для выпечки пшеничного хлеба

Процесс выпечки (рисунок 10) разделен на три этапа: первый этап характеризует процесс увеличения объема ВТЗ при нагревании; на втором этапе начинает образовываться мякиш, и ВТЗ достигает максимальной высоты.

Известно, что плотность теплового потока при выпечке зависит от температуры излучающей поверхности (каналов, тэнов и др. устройств) и температуры среды пекарной камеры.

Расчет плотности теплового потока производили по формуле:

где аЛ - средний коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху, Вт/(м2К); температура среды пекарной камеры, °С; 1„ - средняя температура тепловоспринимающей поверхности, "С; с0 - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/^-К4); е„р- приведенный коэффициент теплового излучения; ц> -угловой коэффициент; Ти„ - абсолютная температура излучающей поверхности, К; Т„ -абсолютная средняя температура тепловоспринимающей поверхности, К.

Плотность тепловых потоков, рассчитанная по формуле (1) для трех различных режимов составила; ¡„.К' = 160-170 °С - 1450 Вт/м2,1„к2 = 200-220 °С - 3382 Вт/м2, („„3 = 280-300 °С) - 4738 Вт/м2.

19

(0,01 • г„,,.)4 - 0,01-г„

(1)

Первые два этапа являются наиболее важными при выпечке хлеба, так как по температуре поверхности ВТЗ возможно прогнозировать качество готового изделия. Установлено, что при различной плотности теплового потока закономерность прогрева ВТЗ была одинакова во всех исследуемых режимах выпечки, и зависела только от продолжительности нагрева ВТЗ. Поэтому температуру поверхности ВТЗ, полученную в трех исследуемых режимах, обобщили (на графике - от 45 °С до 100 °С). Для этого ввели временной симплекс G, рассчитываемый по формуле:

е=тх/тюо, (2)

где тх — текущее время, мин, тт — время достижения температуры поверхности ВТЗ 100 °С.

Полученный график обобщенной температуры поверхности ВТЗ был аппроксимирован и описан следующим уравнением:

t0g, = -12,4-в2 + 66,6-6 + 45,8 (3)

На третьем этапе температура поверхности ВТЗ достигает 100 °С, после чего начинается образование корки (на графике - изотермический слой испаряющейся влаги). Температура корки и величина упека хлеба находятся в прямой зависимости от теплового режима, чем выше температура среды пекарной камеры, тем выше максимальная температура корки и тем больше величина упека.

На рисунке 10 представлены кривые изменения температуры (/„ , /„', t„ 3), полученные при различных режимах выпечки, при температурах среды пекарной камеры /„„/, t„,K , t„.J■ По температурным кривым можно подобрать тепловой режим; при котором достигаются наименьшая величина упека и необходимая окраска корки.

Полученные кривые изменения температуры аппроксимированы и описаны следующими уравнениями:

tn ' = -62,95 в3 + 262,4 в2 - 339,6 в + 240,7 (4)

t„2 = -2,117-е4 + 20,54-е3 - 72,91 в2 + 136,2 6 + 19,66 (5)

t„3 = -0,007-в6 + 0,195-е5 - 1,847-е' + 7,487-е3- 14,59-е2 + 44,40-е + 64,7(6)

Проведенные нами исследования показали, что на величину максимального подъема ВТЗ оказывает влияние температура среды пекарной камеры tnK: чем ниже t„.K, тем больше прирост высоты ВТЗ (кривые приращения высоты ВТЗ при разных температурах среды пекарной камеры, расположенные в верхней части схемы).

Полученные кривые приращения высоты ВТЗ при выпечке были аппроксимированы и описаны уравнениями:

ДИ' = -38,03-е2 + 63,92-е + 0,078 (7)

ЛИ2 = -23,46-е3 + 16в2 + 27,86-е + 2-е12 (8)

М3 = -10,4 в1 - о,6-е2 + 26,З в + е'2 (9)

Теплофизическая модель позволила проанализировать физико-химические характеристики ВТЗ с жировыми продуктами и прогнозировать качество готового изделия в диапазоне температур от 160-170 °С до 280-300 °С. Зная температуру среды пекарной камеры и варьируя тепловым потоком, можно определить продолжительность этапа, следовательно, продолжительность образования объема ВТЗ и его величину.

Выводы, полученные из анализа теплофизической модели, были реализованы при разработке рационального режима.

2.2.5. Разработка рационального режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов

Сущность предложенного нами рационального режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов отражена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Рациональный режим выпечки пшеничного формового хлеба

- изменение температуры поверхности ВТЗ

0,5 0,6 0,7

-♦-2 ■ изменение высоты ВТЗ

0

0,9 1

Временной симплекс ©

, 200 вс 190 1В0 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

Предлагаемый режим предусматривает:

- увеличение продолжительности подъема ВТЗ до 60 % от общего времени выпечки при температуре среды пекарной камеры 160-170 °С;

- интенсивный прогрев ВТЗ в течение 20 % общей продолжительности выпечки при температуре среды пекарной камеры 280-300 °С;

-допекание в течение оставшегося времени при температуре среды пекарной камеры 200-220 "С.

По сравнению с существующим режимом выпечки предлагаемый режим позволил получить пшеничный формовой хлеб с большим объемом при улучшении свойств мякиша и сокращении величины упека.

В таблице 2 приведены сравнительные данные показателей качества пшеничного формового хлеба, полученного по существующему и предлагаемому режимам выпечки.

Таблица 2 - Показатели качества пшеничного формового хлеба

Наименование показателей Показатели качества хлеба, выпеченного по режимам

существующему предлагаемому

Влажность, % 42,9 42,3

Кислотность, град. 1,8 1,8

Пористость, % 83 86

Удельный объём, см7г 3,80 4,84

Общая сжимаемость ДНсЖ (общ), ед. приб. 139 151

Пластическая деформация, ДНПЛ ед. приб. 98 108

Упругая деформация, Д Ну11 ед. приб. 41 43

Затраты при выпечке (упек), % 9,5 8,4

Выход хлеба 129 132

Применение рационального режима позволило увеличить удельный объем хлеба на 26 %, определить рациональную продолжительность выпечки, минимальную величину упека и получить хлеб с улучшенными показателями пористости мякиша и его реологическими характеристиками.

На основании выполненных исследований разработан рациональный трехстадийный режим выпечки пшеничного "формового хлеба с жировыми продуктами.

2.2.6. Промышленная апробация

Проведенная производственная проверка предлагаемого рационального трехстадийного режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов в условиях ЗАО «Хлебокомбинат «ПЕКО», которая показала целесообразность применения его для улучшения показателей качества и снижения величины упека готовых хлебобулочных изделий.

Выводы

Выполнены комплексные исследования и получены новые научные данные о теплофизических, микробиологических и коллоидных процессах при выпечке хлебобулочных изделий с добавлением жировых продуктов.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы.

1. Установлено, что для исследования процесса выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов целесообразно использовать безопарный способ приготовления теста с внесением жировых продуктов в оптимальных дозировках - маргарина марки МТ 4%, подсолнечного масла 3,6%, заменителя молочного жира, полученного 'методом энзимной переэтерификации 3,6 % к массе муки.

2. Показано, что добавление жировых продуктов оказывает влияние на микробиологические и теплофизические процессы при выпечке пшеничного хлеба.

2.1. На основании характера изменения объема, температуры и давления газа в порах выпекаемой тестовой заготовки в процессе выпечки выявлено четыре этапа процесса выпечки. Установлено, что в большей степени увеличение объема хлеба при выпечке происходит на первом и втором этапах в состоянии теста до начала образования мякиша, что в количественном выражении составляет 88±1% от общего объема изделия.

2.2. Установлено, что добавление различных жировых продуктов не влияет на характер изменения объема, температуры и давления выпекаемой тестовой заготовки. Этапы выпечки отличаются по продолжительности в разных диапазонах температур. Величина давления газа в порах с добавлением жировых продуктов снижается с 110-120 Па до 80-90 Па по сравнению с контролем.

2.3. Впервые установлена кинетика изменения давления газовой фракции в порах тестовой заготовки в процессах окончательной расстойки и выпечки. Оценен вклад процессов брожения и термического расширения образующегося диоксида углерода в формирование объема выпекаемой пшеничной тестовой заготовки, которые составляют 94-96 % и 4-6 % соответственно.

3. Исследовано влияние добавления жировых продуктов на коллоидные процессы, происходящие при выпечке пшеничного хлеба.

3.1. Уточнено значение температуры начала образования мякиша пшеничного хлеба при выпечке, которое составляет 65±0,5°С. Добавление жировых продуктов увеличивает температуру начала образования мякиша пшеничного хлеба в зависимости от вида, которая составляет: для маргарина марки МТ -72°С, подсолнечного масла - 70°С, заменителя молочного жира, полученного методом энзимной переэтерификации - 76°С.

4. Определено значение толщины слоя мякиша, при которой выпекаемая тестовая заготовка прекращает увеличиваться в объеме: для пшеничного хлеба без добавления жировых продуктов это значение составляет 6±1 мм, для пшеничного хлеба с добавлением различных жировых продуктов - 12±3 мм.

5. Разработана теплофизическая модель процесса выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов, позволяющая обосновать выбор температуры среды пекарной камеры, плотности теплового потока и продолжительности этапов выпечки. Показано, что характеристики выпекаемой тестовой заготовки - температура, объем и реологические свойства - позволяют прогнозировать на стадии выпечки качество пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов.

6. Разработан рациональный трехстадийный режим выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов, который предусматривает: увеличение продолжительности подъема выпекаемой тестовой заготовки до 60% от общего времени выпечки при температуре среды пекарной камеры 160170 "С; интенсивный прогрев выпекаемой тестовой заготовки в течение 20% общей продолжительности выпечки при температуре среды пекарной камеры 280-300 °С; допекание в течение оставшегося времени при температуре среды пекарной камеры 200-220 °С, независимо от массы выпекаемой тестовой заготовки.

7. Проведены производственные испытания разработанного рационального трехстадийного режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов на ЗАО «Хлебокомбинат «ПЕКО», которые показали целесообразность его применения и получения хлеба с минимальной величиной упека и высокими показателями качества.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

в изданиях, входящих в список ВАК:

1. Маклюков В. И. Влияние процессов, протекающих при выпечке пшеничного хлеба на формирование объема готового изделия / В. И. Маклюков, О. С. Нищева, Л. И. Пучкова, Е. Н. Рогозкин // Хлебопечение России. - 2012. -№4. С. 10-11.

2. Нищева О. С. Способ нагрева пшеничного теста и его влияние на формирование объема хлеба с добавлением жировых продуктов / О. С. Нищева, В. И. Маклюков, Е. Н. Рогозкин, С. В. Пряхин // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. - 2013. - № 2. С. 21-25.

в других изданиях:

3. Нищева О, С. Влияние различных жировых продуктов на процесс выпечки пшеничных хлебобулочных изделий / О. С. Нищева // Сборник материалов молодых ученых и специалистов по направлению «Технологии и производственный менеджмент». — 2011. С. 172-179.

4. Нищева О. С. Влияние жировых продуктов на показатели качества формового пшеничного хлеба при выпечке / О. С. Нищева // Материалы докладов пятого международного форума в рамках деловой программы 18-ой

международной выставки «Современное хлебопечение - 2012». - 2012. С. 109110.

5. Нищева О. С. Заменитель молочного жира энзимной переэтерификации как наиболее безопасный продукт для выпечки пшеничного хлеба / О. С. Нищева, В. И. Маклюков, Е. Н. Рогозкин // Сборник материалов к международной конференции молодых ученых «Проблемы пищевой безопасности». - 2013. С. 92-96.

Summary

Perfection of process of baking of wheat bakegoodss with addition of fatty foods Nishsheva O.

Adding of fatty foods to dough renders considerable influence on the process of baking of wheat bread. Influence of fatty foods is in-process studied on thermophysical, microbiological and colloid processes what be going on at baking. A thermophysical model is scientifically reasonable for the wheat mold-baked bread. The improved rational mode of baking of the wheat mold-baked bread is worked out with addition of fatty foods for the improvement of indexes of quality of the prepared bread and determination of rational duration of baking and expected size of reduction at baking.

Автор диссертации выражает благодарность д.т.н., проф. Маклюкову В.И., д.т.н., проф. Лабутиной Н.В., к.т.н., доц. Рогозкину E.H. за помощь, оказанную при выполнении работы.

Подписано в печать: 16.11.2013 Тираж:.100 экз. Заказ № 1044 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект, д .74 (495)790-47-77 www.reglet.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

На правах рукописи

04201450173

НИЩЕВА ОЛЕСЯ СЕРГЕЕВНА

Совершенствование процесса выпечки пшеничных хлебобулочных изделий с

добавлением жировых продуктов

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Пучкова Любовь Ивановна доктор технических наук, профессор

Москва-2013

Оглавление

Стр

Введение........................................................................................................................4

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................................9

1 I Выпечка как основной процесс производства хлебобулочных

изделий..............................................................................................................................................9

1.2 Процессы, протекающие в тестовой заготовке при выпечке... 20 ^ ^ Влияние жировых продуктов на свойства теста, качество хлеба

и процессы, протекающие при его выпечке....................................................29

^ ^ Жировые продукты, применяемые в хлебопекарной

промышленности........................................................................................................................34

Заключение по обзору литературы........................................................................45

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ............................................................................46

2 | Сырьё и материалы, применявшиеся при проведении

исследований................................................................................................................................48

Методы исследований, применявшиеся в работе........................................48

2.2.1 Методы оценки свойств сырья....................................................................................48

2.2.2 Методы приготовления теста и хлеба....................................................................50

2.2.3 Методы оценки свойств теста, выпекаемой тестовой заготовки

и качества готового хлеба................................................................................................53

2.2.3.1 Методы исследования реологических свойств пшеничного теста......................................................................................................................................................53

2.2.3.2 Методы оценки качества пшеничного хлеба..................................................56

2.2.3.3 Методы исследования процесса выпечки пшеничного хлеба..........58

2 2 3 4 ^етоды исслеД°в^ния реологических свойств ВТЗ в процессе

ее нагрева..........................................................................................................................................62

Характеристика сырья, применявшегося в исследованиях................64

2.4 Результаты исследований и их анализ..................................................................67

241 Исследование влияния добавления жировых продуктов на

качество хлебобулочных изделий..............................................................................67

2.4.1.1 Исследование влияния добавления жировых продуктов на

качество хлеба из пшеничной муки высшего сорта...........................................................................

2.4.1.2 Влияние способов приготовления теста на качество пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов........... 71

Влияние жировых продуктов на реологические свойства теста,

2.4.1.3 приготовленного из пшеничной муки высшего сорта разными способами..........................................................................................................................................................80

Влияние жировых продуктов на изменение высоты выпекаемой

2.4.1.4 тестовой заготовки в процессе расстойки и выпечки электроконтактным способом энергоподвода........................ 89

2.4.2 Влияние добавления жировых продуктов на теплофизические и микробиологические процессы при выпечке пшеничного хлеба 91

2.4.2.1 влияние этапов выпечки хлеба на формирование его объема.... 92

2.4.2.2 Влияние теплофизических и микробиологических процессов

при выпечке на изменение объема хлеба.............................. 95

2.4.3 Влияние жировых продуктов на коллоидные процессы, протекающие при выпечке хлеба....................................... 97

\ влияние внесения различных жировых продуктов на

температуру начала образования мякиша............................. 98

2422 Влияние жировых продуктов на реологические свойства

выпекаемой тестовой заготовки......................................... 102

2^2 3 ®лияние жиР0Вых продуктов на толщину слоя мякиша

выпекаемой тестовой заготовки......................................... 106

Разработка теплофизической модели процесса выпечки

2.4.4 пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов..................................................................... 109

2.4.5 Разработка рационального режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов.............. 122

2.4.6 Промышленная апробация................................................ 126

Выводы........................................................................ 127

Список используемой литературы...................................... 130

Приложение А............................................................... 146

Приложение Б............................................................... 147

Приложение В............................................................... 148

Введение

Актуальность темы.

Потребление пшеничного хлеба в нашей стране составляет половину от общего объема хлебобулочных изделий. Поэтому совершенствование технологии пшеничного хлеба с точки зрения как повышения качества хлеба, так и его пищевой ценности весьма актуально для хлебопекарной промышленности. Для разнообразия ассортимента пшеничных хлебобулочных изделий, создания видов хлеба с заданными свойствами и улучшенными показателями качества в хлебопекарном производстве используют дополнительное сырье, одним из видов которого являются жировые продукты.

Введение в рецептуру пшеничного хлеба жировых продуктов влияет на структурно-механические свойства теста и ряд показателей качества, пищевой и потребительской ценности готовых изделий. Масложировая промышленность нашей страны в настоящее время предлагает широкий ассортимент специальных жировых продуктов для хлебопечения, поэтому хлебопекарные предприятия имеют возможность выбора жирового продукта. Основными критериями выбора жирового продукта являются его физико-химические показатели, пищевая и биологическая ценность, безопасность использования, особенно в отношении содержания транс-изомеров жирных кислот.

Жировые продукты, вносимые в тесто, в значительной степени оказывают улучшающее действие на качество пшеничного хлеба при его выпечке. Выпечка хлеба является сложным процессом, протекающим под воздействием теплоты и влаги. Внутри тестовой заготовки и на ее поверхности происходят теплофизические, микробиологические, коллоидные и биохимические процессы, в результате которых в тесте происходят глубокие качественные изменения, и тесто превращается в готовый продукт - хлеб.

Работами, проведенными Л.Я. Ауэрманом, A.B. Лыковым, A.C. Гинзбургом, A.A. Михелевым, А.Т. Лисовенко, В.О. Фогелем, Н.В. Беликовым, И.И. Маклюковым, В.И. Маклюковым, С.Е. Walker, B.J. Dobraszczyk и др. разработаны

и сформулированы основные закономерности процессов, происходящих при выпечке хлеба.

Вместе с тем сведения о процессах, происходящих при прогреве выпекаемой тестовой заготовки с различными жировыми продуктами немногочисленны, а некоторые из них противоречивы.

Исследование влияния жировых продуктов разного состава и свойств на процессы, протекающие при выпечке хлеба, позволит целенаправленно улучшить показатели качества готового хлеба путем создания рациональных условий выпечки и применения специальных жировых продуктов. Это является современным актуальным вопросом и имеет большое практическое значение для хлебопекарной отрасли страны.

Цель и задачи исследования.

Цель исследований - разработка научного обоснования и практических рекомендаций по совершенствованию процесса выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи исследования:

• исследование влияния добавления жировых продуктов на качество хлебобулочных изделий;

• исследование влияния добавления жировых продуктов на микробиологические и теплофизические процессы при выпечке пшеничного хлеба;

• исследование влияния добавления жировых продуктов на коллоидные процессы при выпечке пшеничного хлеба;

• разработка теплофизической модели процесса выпечки формового пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов;

• обоснование рационального режима выпечки формового пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов;

• промышленная апробация результатов исследований.

Научная новизна.

Выявлены закономерности влияния теплофизических факторов на протекание микробиологических и коллоидных процессов в пшеничном хлебе с добавлением жировых продуктов при выпечке. Установлено, что в большей степени увеличение объема хлеба при выпечке происходит в состоянии теста до начала образования мякиша. Выявлено влияние добавления жировых продуктов на температуру начала образования мякиша пшеничного хлеба.

Определен вклад процессов брожения и термического расширения диоксида углерода в формирование объема выпекаемой пшеничной тестовой заготовки, которые составляют 4-6 % и 94-96 % соответственно.

Впервые установлена кинетика изменения давления газа в порах тестовой заготовки в процессах окончательной расстойки и выпечки. Установлена динамика изменения реологических свойств тестовой заготовки в процессе выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов.

Разработана теплофизическая модель процесса выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов, позволяющая обосновать выбор температуры среды пекарной камеры, плотности теплового потока и продолжительности этапов выпечки. Показано, что характеристики выпекаемой тестовой заготовки - температура, объем и реологические свойства - позволяют прогнозировать на стадии выпечки качество пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов.

Практическая значимость.

На основании выполненных исследований разработан и экспериментально обоснован рациональный трехстадийный режим выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов в промышленных печах, в основу которого положена взаимосвязь между реологическими, микробиологическими, теплофизическими и физико-химическими свойствами выпекаемой тестовой заготовки и параметрами процесса выпечки.

Определена температура начала образования мякиша пшеничного хлеба при выпечке, равная 65-76±0,5 °С в зависимости от вида добавляемого жирового продукта, что позволяет получать готовые изделия с высокими показателями качества.

Определено значение толщины слоя мякиша, при которой хлеб в процессе выпечки прекращает увеличиваться в объеме: для пшеничного хлеба без добавления жировых продуктов это значение составляет 6±1 мм, для пшеничного хлеба с добавлением различных жировых продуктов - 12±3 мм в зависимости от их состава и свойств.

Проведены производственные испытания разработанного рационального трехстадийного режима выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов на ЗАО «Хлебокомбинат «ПЕКО» Москвы, которые показали целесообразность его применения для получения хлеба с минимальной величиной упека и высокими показателями качества.

Положения, выносимые на защиту:

• результаты исследований влияния жировых продуктов на теплофизические, микробиологические и коллоидные процессы, протекающие при выпечке пшеничного хлеба;

• результаты исследований влияния вида жирового продукта на температуру начала образования мякиша;

• теплофизическая модель процесса выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов;

• рациональный трехстадийный режим выпечки пшеничного формового хлеба с добавлением жировых продуктов в промышленных печах.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на: пятом международном хлебопекарном форуме в рамках 18-ой международной выставки «Современное хлебопечение - 2012» (Москва, 2012 г.), научно-практической

конференции молодых ученых «День науки» (Москва, 2012 г.), Международной конференции молодых ученых «Проблемы пищевой безопасности» в рамках летней школы программы БиИт^ в России (Москва, 2013 г.).

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 151 странице основного текста, включает 45 рисунков и 15 таблиц. Список литературы состоит из 146 источников российских и зарубежных авторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре рассмотрены и систематизированы сведения научно-технической литературы о процессах, протекающих при выпечке хлеба. Обобщены данные по составу и свойствам жировых продуктов, применяемых при производстве хлебобулочных изделий. Отмечена роль использования жировых продуктов в рецептуре пшеничного хлеба и хлебобулочных изделий, рассмотрено их влияние на качество хлеба при выпечке. Представлен анализ научно-технических сведений о влиянии режима выпечки на изменения, происходящие в выпекаемой тестовой заготовке, качество хлеба с добавлением жировых продуктов. Выявлена целесообразность и необходимость разработки рекомендаций по совершенствованию процесса выпечки пшеничного хлеба с добавлением жировых продуктов.

1.1. Выпечка как основной процесс производства хлебобулочных

изделий

Выпечка — это процесс, при котором расстоявшаяся выпекаемая тестовая заготовка (ВТЗ) в пекарной камере, подвергаясь гигротермической и тепловой обработке, превращается в готовое изделие, существенно отличающееся от исходной тестовой заготовки размерами, внешним видом, ароматом, структурой, коллоидными, физическими и другими свойствами. Внутри ВТЗ и на ее поверхности протекает сложный комплекс физических, коллоидных, теплофизических, микробиологических и биохимических процессов [5, 6, 13, 19, 101].

Основным процессом, происходящим при выпечке хлеба, является прогрев ВТЗ, помещенной в пекарную камеру, в результате теплообмена с теплоотдающими элементами пекарной камеры и заполняющей ее паровоздушной смесью. Тепло выпекаемому изделию передается конвекцией, термоизлучением, и кондукцией - прямой передачей от нагретого пода [3, 11, 66].

В своих исследованиях Брайан Маккен и Мартин Окос [136] отмечают: существует процесс оптимизации параметров, позволяющий минимизировать

потерю массы хлеба при выпечке, сокращая время процесса выпечки либо уменьшая температуру выпечки. Но варьирование этих параметров не должно приводить к тому, что хлеб в результате пропекается недостаточно тщательно. По мнению авторов можно судить о достаточном и тщательном пропекании хлеба по следующим признакам: температуре мякиша и по цвету корки [61, 69, 70].

Л.Я. Ауэрман [5, 6] отмечает, что оптимальный режим выпечки может быть установлен лишь с учетом типа и конструкции хлебопекарной печи и вида, сорта и массы выпекаемого изделия.

При разработке эффективных конструкций хлебопекарных печей следует учитывать, что конкретный вид хлебобулочных изделий должен выпекаться при определенном тепловом режиме [114]. Его характеризуют в основном двумя параметрами: продолжительностью тепловой обработки выпекаемых изделий и температурой выпечки.

В работах ряда исследователей [14, 16, 66, 70], весь процесс выпечки разделен на три периода, каждый из которых характеризуется определенными процессами, происходящими в ВТЗ, присущими данному периоду.

Первый период выпечки (период переменной возрастающей скорости влагоотдачи) отличается незначительным уменьшением влажности изделия. В этот промежуток времени внутри изделия преобладает процесс перемещения влаги по направлению потока тепла. Этот период выпечки начинается с момента поступления тестовой заготовки в зону увлажнения пекарной камеры. Туда же при помощи пароувлажнительного устройства подается равномерно распределяемый насыщенный пар низкого давления (0,1-0,15 МПа) и создается паровоздушная смесь с высокой концентрацией пара. Относительная влажность среды составляет 70-90 %. Температура паровоздушной среды пекарной камеры находится в пределах (100-120 °С). На холодной поверхности тестовой заготовки в зоне увлажнения происходит конденсация пара. При этом за счет фазового перехода происходит значительное выделение теплоты. В этом периоде выпечки происходит интенсивный внешний тепло- и массообмен, в результате которого осуществляется прогрев ВТЗ. Температура на ее верхней поверхности (у подовых

сортов хлеба) быстро возрастает, и когда она достигает значения температуры точки росы, процесс конденсации пара прекращается. Этот момент является окончанием первого периода выпечки [66].

По данным исследователей [66, 69, 70], в первом периоде выпечки возникают наибольшие тепловые потоки: на верхней поверхности при конденсации пара — в результате фазового перехода, на нижней поверхности - благодаря теплопроводности при контакте нижней поверхности заготово�