автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии ржаного хлеба путем регулирования параметров приготовления теста и выпечки хлеба

На правах рукописи

БЫКОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЖАНОГО ХЛЕБА ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТЕСТА И ВЫПЕЧКИ ХЛЕБА

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

г 1 ноя 2013

Москва-2013

005539384

005539384

Работа выполнена на кафедре «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» (в настоящее время «Технологии переработки растительного сырья») федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: Черных Валерий Яковлевич

доктор технических наук, профессор

Дерканосова Наталья Митрофановна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», заведующая кафедрой товароведения и экспертизы товаров

Малкина Валентина Даниловна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского», профессор кафедры «Технология переработки зерна, хлебопекарного и макаронного производств»

Ведущая организация: Негосударственное образовательное учреждение

дополнительного профессионального образования «Международная промышленная академия»

Защита состоится «12» декабря 2013г. в Ю00 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. 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 Минобрнауки РФ (Ьир://уак2.ес1.аоу.гиЛ и ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» (http://www.mgupp.ruA).

Автореферат разослан «11» ноября 2013 г.

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь Совета Д 212.148.03, к.т.н., доц.

Белявская И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ржаной хлеб традиционно является одним из основных продуктов питания населения России. Существующие технологии производства ржаного хлеба, исходя из особенностей химического состава ржаной муки, предусматривают применение при приготовлении теста различных видов ржаных заквасок, имеющих титруемую кислотность в пределах 10-16град.

Применение заквасок с такой кислотностью обеспечивает необходимое реологическое поведение ржаного теста при разделке и тестовых заготовок при выпечке. Кроме того, особый вкус, свойственный ржаному хлебу, в значительной мере зависит от видового состава микроорганизмов ржаных заквасок и обусловлен содержанием в готовых изделиях целого спектра органических кислот, играющих существенную роль в формировании физико-химических и биотехнологических свойств ржаных полуфабрикатов.

В разные годы исследованием технологических свойств ржаной муки, микробиологического состава ржаных заквасок и ржаного теста, процесса их созревания, а также влияющих на него факторов во взаимосвязи с качеством хлеба при выпечке занимались многие отечественные и зарубежные исследователи: Л.Я. Ауэрман, В.Ф. Голенков, JI.H. Казанская, Е.И. Квасников, Л.И. Кузнецова, О.В. Афанасьева, Т.Г. Богатырева, Н.М. Дерканосова, И.В. Черных, Л.А. Буров, В.И. Маклюков, Л.И. Пучкова, В.А. Брязун, И.Е. Ковалева, W. Bushuk, M.J. Callejo, G. Spicher, A.I. Fengler и др.

В последнее время в России наблюдается тенденция снижения удельного потребления ржаного хлеба, посредством замены его ржано-пшеничным или пшеничным хлебом.

Уменьшение выработки ржаного хлеба объясняется рядом причин: производством ржаной муки с нестабильными технологическими свойствами, переходом многих хлебозаводов с трехсменной работы на работу в одну смену, что отражается на стабильности бродильной активности используемых ржаных заквасок, обусловленной остановкой и запуском процесса производства, а также повышенными технологическими потерями при формовании тестовых заготовок.

Что касается оценки технологических свойств ржаной муки, то в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52809-2007 параметры её хлебопекарных свойств не соответствуют критическим точкам, обеспечивающим получение хлеба стабильно высокого качества.

В действующем стандарте приведена только одна наиболее информативная и инструментально определяемая физико-химическая характеристика - это «число падения», раскрывающая технологические свойства муки по реологическому поведению её клейстеризованной суспензии. Данный параметр в большей степени отражает состояние её углеводно-амилазного комплекса. Полная же оценка хлебопекарных свойств ржаной муки может быть осуществлена с использованием дополнительных физико-химических параметров, в первую очередь, реологических характеристик теста, объективно отражающих состояние всех макрокомплексов ржаной муки, а не только углеводно-амилазного.

Прямой метод оценки технологических свойств ржаной муки по показателям качества ржаного хлеба после проведения пробной лабораторной выпечки, также требует своего совершенствования в части пересмотра технологического регламента, как параметров приготовления теста, так и параметров выпечки хлеба.

Поэтому разработка технологических решений по совершенствованию технологии ржаного хлеба на основе использования многопараметрического метода контроля физико-химических характеристик ржаной муки, раскрывающих состояние всех ее

биополимеров, установления критических точек этих характеристик и определения рациональных значений реологических параметров теста после замеса и режимов протекания стадий процесса производства ржаного формового хлеба является актуальной задачей для хлебопекарной промышленности РФ.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование технологии производства ржаного хлеба на основе применения многопараметрического метода контроля технологических свойств ржаной муки и установления критических точек измеряемых физико-химических характеристик ржаной муки и ржаного теста, а также определения рациональных режимов протекания стадий приготовления теста и выпечки хлеба.

Для реализации поставленной цели, направленной на получение ржаного хлеба стабильно высокого качества, решали следующие задачи:

- анализ существующих методов и средств контроля технологических свойств ржаной муки, а также информационно-измерительных систем мониторинга параметров стадий приготовления теста и выпечки ржаного формового хлеба;

- разработка многопараметрического инструментального метода контроля хлебопекарных свойств ржаной муки;

- формирование определенных требований к технологическим свойствам зерна ржи, используемого для производства хлебопекарной ржаной муки и определение критических точек её физико-химических характеристик;

- изучение влияния консистенции и кислотности ржаного теста на протекание технологических операций его замеса и созревания и качество выпекаемого хлеба и установление критических точек физико-химических характеристик ржаного теста;

- изучение влияния режима выпечки тестовых заготовок на изменение их физико-химических параметров и показатели качества готового ржаного формового хлеба;

- разработка метода пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба;

- опытно-промышленная апробация основных результатов исследования.

Научная новизна работы. На основании проведенных комплексных

исследований физико-химических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки, а также анализа влияния технологических факторов на формирование реологических свойств ржаного теста при его приготовлении и показатели качества формового хлеба при выпечке:

- выявлена взаимосвязь между показателем «твердозерности» зерна ржи («индексом прочности») и хлебопекарными свойствами ржаной муки; установлены характер его изменения в зависимости от технологических свойств зерна, его значение (0,36±0,02 Нм/(% с.в.)) и влияние на хлебопекарные свойства ржаной муки;

- установлена зависимость величины сжатия пробы муки и шрота при прессовании от среднего эквивалентного диаметра их частиц, позволяющая косвенным путем оценить их крупность;

- на основе анализа кинетики крутящего момента на приводе месильных органов разработана концептуальная модель формирования коагуляционной структуры ржаного теста при замесе, которая позволяет устанавливать момент получения гомогенной структуры в процессе смешения рецептурных ингредиентов и момент окончания получения его капиллярно-пористой структуры;

- показана взаимосвязь между консистенцией и кислотностью ржаного теста и параметрами его замеса и брожения, установлено улучшение реологических характеристик ржаного теста при его консистенции - 250±10е.Ф. и титруемой кислотности после замеса - 6,0±0,5град.~,

- выявлена взаимосвязь технологических свойств ржаной муки с показателем эффективной вязкости ржаного теста после замеса, на основании чего установлена

критическая точка эффективной вязкости ржаного полуфабриката, равная 277,0±2,0кПас,

- установлен характер изменения относительной деформации, объема, температуры тестовой заготовки и давления газовой фракции в её порах при выпечке формового хлеба, позволившая разработать рациональный двухстадийный режим, предусматривающий обжарку тестовой заготовки при температуре 280±5°С в течение времени, обусловливающего образование поверхностного слоя мякиша, толщиной 4-бмм, и допекание изделия при температуре 225±5"С по достижению центральными слоями ржаного хлеба температуры 96-98°С.

Практическая значимость. Разработаны технологические решения, направленные на совершенствование технологии ржаного формового хлеба; сформулированы рекомендации по параметрам технологических свойств зерна ржи, ржаной хлебопекарной муки и режимам стадии приготовления теста и выпечки хлеба.

Разработан многопараметрический метод контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки, предусматривающий определение параметров фаринограммы ржаной муки (времени образования ржаного теста; его разжижения; количества механической энергии, затраченной на формирование структуры теста при замесе), параметров миксолабограммы (величины максимальной консистенции ржаного теста при нагревании и времени ее достижения) и эффективной вязкости ржаного теста.

Определены рациональные значения контролируемых параметров свойств ржаной муки и ржаного теста, а также параметров его приготовления при производстве ржаного формового хлеба. Установлены критические точки физико-химических характеристик ржаной хлебопекарной муки по параметрам фаринограммы и миксолабограммы, обусловливающее формирование рациональных значений реологических свойств ржаного теста при замесе и мякиша хлеба при выпечке.

Выявлены причины дефектов верхней поверхности ржаного формового хлеба при выпечке с температурой среды пекарной камеры, равной 180-240°С. Определен рекомендуемый диапазон температур 2б0-350°С, при котором следует проводить обжарку выпекаемой тестовой заготовки для обеспечения максимального объема и правильной формы верхней корки формового хлеба.

Разработан метод пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба, предусматривающий приготовление теста с определенными реологическими характеристиками и выпечку хлеба с обжаркой при температуре 280±5°С до получения поверхностного слоя мякиша толщиной 4-бмм и последующим допеканием при температуре 225±5°С до температуры в центре мякиша, равной 96-98°С.

Проведена апробация метода контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки в условиях ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках» (г. Москва), а также метода пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба для оценки технологических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки в условиях ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» Россельхозакадемии (пос. Новоивановское, Московская область). Проведены производственные испытания основных результатов исследований, направленных на совершенствование технологии ржаного хлеба на основе установленных рациональных параметров стадий приготовления теста и выпечки хлеба, в условиях ЗАО «Дедовский хлеб» (г. Дедовск, Московская область).

Основные положения, выносимые на защиту:

- методы многопараметрического контроля физико-химических характеристик зерна ржи, хлебопекарной ржаной муки и ржаного теста, позволяющие дифференцированно выдавать рекомендации по регулированию хлебопекарных свойств ржаной муки и управлению стадиями процесса производства ржаного хлеба.

- результаты исследований влияния технологических факторов: консистенции ржаных полуфабрикатов, вида и дозировки вносимых органических кислот на протекание технологических операций замеса ржаного теста, его созревание и окончательную расстойку тестовых заготовок и качество выпекаемого ржаного хлеба;

- совокупность экспериментальных данных по влиянию режима выпечки тестовых заготовок на изменение их физико-химических характеристик, в том числе реологических, и показатели качества ржаного формового хлеба;

- технологические решения по совершенствованию технологии ржаного формового хлеба на основе установления рациональных параметров хлебопекарных свойств ржаной муки и режимов протекания стадий приготовления теста и выпечки хлеба.

Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных автором, представлены на второй научно-практической конференции и выставке с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г. Москва, МГУ 1111, 29-31 марта 2010г.), на общеуниверситетской научной конференции молодых ученых и специалистов (г. Москва, МГУПП, апрель 2010г.), на инновационном форуме пищевых технологий и научной конференции молодых ученых и специалистов «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации. Эффективное использование ресурсов отрасли» (г. Москва, МГУПП, 25 ноября 2010г.), на III конференции молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем» (г. Суздаль, 10-15 мая 2011г.), на 7-th Annual European Rheology Conference (Suzdal, 10-14 May, 2011 г.), на 18-й Международной выставке «Современное хлебопечение России-2012г.», на 26 Симпозиуме по реологии (г. Тверь 1015 сентября 2012г.), на третьей научно-практической конференции с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г. Москва, 1516 ноября 2012г.), на IV International conference on colloid chemistry and physicochemical mechanics (Moscow, 30 June - 05 July, 2013r.).

По результатам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на /УО страницах основного текста, включает 90 рисунков и Jt£ таблиц. Список литературы содержит /^источников российских и зарубежных авторов.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре научно-технической литературы обобщены сведения о происхождении зерна ржи, его сортовых особенностях и существующих системах классификации. Показано влияние биологического потенциала зерна ржи, природно-климатических и агротехнических факторов на показатели его качества. Систематизированы данные о влиянии технологических свойств зерна ржи и ржаной муки, в том числе и отдельных ее компонентов на физико-химические свойства теста и качество ржаного хлеба.

Рассмотрены способы улучшения качества хлеба из ржаной муки с учетом особенностей ее химического состава путем регулирования состояния ее углеводно-амилазного комплекса при использовании различных видов ржаных заквасок, подкислителей и ферментных препаратов, а также путем управления стадиями приготовления теста и выпечки хлеба.

В результате анализа данных научно-технической литературы обоснована целесообразность и актуальность определения критических точек физико-химических свойств ржаной муки и реологических характеристик теста, а также рациональных

параметров протекания стадий процесса производства ржаного формового хлеба для получения готовых изделий стабильно высокого качества.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» (в настоящее время «Технологии переработки растительного сырья»), «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения», «Теплотехнологии, холодильные системы и энергосбережение» и «Технологии, оборудование и производственный менеджмент предприятий хлебопродуктов»

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» и в лабораториях Инновационно-технологического центра ЗАО «СОЮЗСНАБ» (г. Красногорск, Московская область).

Апробацию основных результатов исследований осуществляли в условиях ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках» (г. Москва), ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» Россельхозакадемии (пос. Новоивановское, Московская область) и ЗАО «Дедовский хлеб» (г. Дедовск, Московская область).

Объекты и методы исследований При проведении исследований использовали шесть проб зерна ржи 1 и 2 класса различных регионов РФ, полученные на ОАО «Мелькомбинат» г. Тверь и отвечающие требованиям ГОСТ Р 53049-2008 (см. таблицу 1); пять проб ржаной обдирной муки, полученные на мелькомбинатах г. Москвы и Московской области и по показателям качества соответствующие ГОСТ Р 52809-2007 (см. таблицу 2); дрожжи хлебопекарные сухие быстродействующие «САФ-МОМЕНТ» фирмы ООО «Саф-Нева», г. Санкт-Петербург (ТУ 9182-001-48975583-2000); соль поваренную пищевую «Экстра» фирмы ЗАО «Предприятие МС», г. Москва (ГОСТ Р 51574-2000); органические кислоты фирмы ЗАО «Лавернастройинжиниринг», г. Москва: молочную кислоту 40% пищевую Е-270 (ГОСТ 490-2006), уксусную кислоту ХЧ ЛЕД. (ГОСТ 61-75), лимонную кислоту ХЧ (ГОСТ 3652-69); амилолитический ферментный препарат Фунгамил 250050 фирмы «Иоуогутез» (Дания); солод ячменный неферментированный фирмы «Т1гу\у;55еп» (Германия).

В работе применяли общепринятые и специальные методы анализа свойств сырья и полуфабрикатов, а также качества готовых изделий.

Таблица 1 - Физико-химические характеристики проб зерна ржи регионов РФ (Алтайский край (АК), Волгоградская область (ВО), Курская область (КО), Омская область (ОО), Новосибирская область (НО) и Пензенская область (ПО))_

Проба Регион произрастания Влажность, % Кислотность, град. ЧП, с Натура, г/л Масса 1000 зерен,г

при \уф"" г зерна на с.в.

1 АК 12,7 3,5 146 736 36,4 31,8

2 ВО 11,3 3,3 179 724 24,6 21,8

3 ко 10,0 3,2 312 729 23,5 21,2

4 ОО 12,0 3,8 151 722 24,0 21,1

5 но 12,0 3,5 265 740 31,2 27,5

6 по 11,0 3,6 373 698 23,7 20,4

Таблица 2 - Физико-химические показатели качества проб ржаной обдирной муки

Наименование показателей Значение показателей

Пробы ржаной обдирной муки

1 2 3 4 5

Массовая доля влаги, % 13,8 13,0 11,9 11,1 11,4

Водопоглотительная способность муки (ВПС), % 76,5 68,4 77,0 78,5 72,3

Кислотность, град. 5,7 4,6 4,3 4,5 4,0

Число падения, с 288 165 187 190 206

Белизна муки, ед. пр. РЗ-БПЛ 13 13 7 - 13

Среднеэквивалентный размер частиц [с1,„), мкм 145,3 158,0 100,4 128,0 107,8

Газообразующая способность, см' 1190 1235 1213 1409 1282

Для оценки технологических свойств зерна ржи и вырабатываемой из него ржаной хлебопекарной муки производился лабораторный обойный помол зерна на мельничной установке «NAGEMA».

Определение жирнокислотного состава (ГОСТ 51483-99) ржаной обойной и обдирной муки осуществляли с помощью газового хроматографа «Clarus 500» (США); массовую долю жира определяли по ГОСТ 5668-68; белка - по ГОСТ 26889-86; массовая доля крахмала (ГОСТ 5903-89) устанавливалась с помощью фотоколориметрического спектрометра УФ/ВИД «Lambda 35» (США); определение Сахаров (фруктозы, глюкозы, сахарозы и лактозы) (Р 4.1.1672-03) осуществлялось с помощью жидкостного хроматографа «Series 200» (США); минеральный состав (МУК 4.1.1482-03) определялся с помощью атомно-эмиссионного спектрометра (с индуктивно-связанной плазмой).

При проведении лабораторных выпечек ржаного хлеба тесто готовили на густых ржаных заквасках или с использованием 40%-ных молочной (МК), уксусной (УК) и лимонной (ЛК) кислот и их смесей (МК+УК+ЛК).

Исследования реологических свойств ржаного теста проводили на приборах «Do-corder СЗ» (Германия), «Mixolab» (Франция), «Структурометр СТ-1М» (Россия), биотехнологические свойства ржаного теста оценивали по кинетике скорости изменения давления образующегося при брожении диоксида углерода, контролируемого с помощью прибора «Rheofermentometre F3» (Франция).

Дрожжи хлебопекарные сухие быстродействующие анализировали по показателю подъемной силы по «шарику», которая составила 18-23мин.

Свойства густых заквасок оценивали по показателям влажности, подъемной силы и тируемой кислотности. Густые закваски имели подъемную силу по «шарику» в среднем 18-20мин, влажность, равную 50-51%, и кислотность 10-12град.

Созревание теста проводили в термостате при температуре 28-30"С. Формование тестовых заготовок осуществляли вручную, а окончательную расстойку проводили в шкафу «The Bailey 505-SS Fermentation Cabinet» (США) при температуре 37-38°С и относительной влажности воздуха 75-80%.

Выпечку ржаного формового хлеба осуществляли в лабораторной печи «Mivve-condo» (Германия) при температуре 230°С в течение ЗОмин. Выпеченные изделия хранили при температуре 20-23°С. Оценку качества готового хлеба осуществляли по органолептическим и физико-химическим характеристикам через 16-18ч после выпечки. Реологические свойства мякиша хлеба определяли на приборе «Структурометр СТ-1М» (Россия).

Изменение физико-химических характеристик теста-хлеба в процессе выпечки контролировали с помощью информационно-измерительной системы, созданной на базе печи «Miwe-condo» и позволяющей измерять в выпекаемой тестовой заготовке (ВТЗ) температурное поле с помощью медь-константановых термопар, установленных на

расстоянии 10мм друг от друга {4шт. располагались от верхней поверхности ВТЗ к её центру и 5шт. - от боковой поверхности - к центру) и давление газовой фракции в порах теста-хлеба с помощью датчика давления 160РС («Honeywell», США). Данные первичные измерительные преобразователи подключались посредством аналого-цифрового преобразователя S-Recorder-L2 к персональному компьютеру PC, обеспечивающему сбор и обработку получаемой информации. Изменение объема ВТЗ фиксировалось с помощью видеокамеры, для чего одна боковая поверхность хлебопекарной формы была заменена на стеклянную.

Для установления более точной взаимосвязи между параметрами теста-хлеба при выпечке, была создана информационно-измерительная система на базе электроконтактного модуля, у которого к двум противоположным стенкам, изготовленным из нержавеющей стали, подавалось необходимое напряжение от регулируемого источника питания, обеспечивающего равномерный прогрев ВТЗ по всему объему. При этом контроль изменения температуры ВТЗ, давления газовой фазы в её порах и объема тестовой заготовки осуществлялся таким же образом, как и при радиационно-конвективном способе прогрева ВТЗ.

Результаты исследования и их анализ Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

Усовершенствование технологии ржаного хлеба путем регулирования I

-1 парами ров nkiiotob.'jbinm -ьс1аши>и1е,чклхл1и.а |-

1f"f-....-i|r- .f.f * Ml—г МиаИЙДАЬ&ч "I I яти I

I Исследование алияши технологических фактороада физико-

.41*41-1. >.'.П ьж-Пта* и спг ...I .. i^oi —

Опреле.1екаерагщс«алыгыхпарай)етров гтадпнгтр^ ;

' Исследование т схво^ги^ж^жйсгв ват.шного и npot

; Разработка многопараметрического метода контроля тех 1 скях сеой«тв ржаной хлебопекарной му г»

_±_ _к_

Определение ьратиче- j I Определение критиче- 1

i !" "■ , ' i

i Разработка метода ярооной | лабораторной еылпкн ржа. .....;

- влажность;

- граиулометрнческ

- гззообразуюша* с

- «тесло паления»;

- кислотность; -шс;

- параметрыфарыкогразимы;

- параметры мкксолабо граммы,

- деформационные характеристики ржаного теста;

- аффе}ггквная вязкость ржа нога

..................\...................

Исследование фи-зико-xj сшчегаао! Исследовано: фн-

характеристик вы- характсрнстшсЕы- j

пекаемой тестовой: пекаемой тестовой ;

»аготйакн при вы- загсi саки иря вы- j

я« w ?лектро- жчщ р&зташя- ц

'.ШтшМш.ЫШФ пр^тжкхтттЩ

.....ill

; Определение раиконального режима

[ рекомендации по параметрам технологических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки и i

джимам стадий ПРИГОТОВЛЕНИЯ тьсга »Е

.. апробация результатов

ИССЛЕДОВАНИЯ в ПРОИ }ВОДС"ГВЕННЫХ > с

Рисунок 1 - Структурная схема проведения исследований

Раздел 2.4.1 посвящен оценке физико-химических характеристик зерна ржи и полученных из него ржаной обойной муки и шрота, а также определению взаимосвязи между технологическими свойствами ржи и её твердозерностью, контролируемой по «индексу прочности».

Формирование определенных требований к технологическим свойствам зерна ржи поднимает вопрос, связанный с методами оценки его физико-химических характеристик и установления их значений, позволяющих объективно классифицировать потенциальные возможности того или иного сорта ржи. Интегральным показателем,

отражающим хлебопекарные свойства зерна ржи, может явиться показатель его твердозерности - «индекс прочности».

Определение твердозерности ржи по данному показателю осуществлялось с использованием информационно-измерительной системы, включающей в свой состав прибор «Оо-Согёег СЗ» и измельчающее устройство. «Индекс прочности» (/пр.), рассчитывался как частное от деления максимального значения величины крутящего момента (Мкр,Нм), возникающего на приводе измельчающего устройства на количество муки {Вм,%), полученной при просеивании ржаного шрота через сито №41/43ПА с размером ячеек /бОмкм (см. рисунок 2).

Рисунок 2 - Индекс прочности проб зерна ржи различных регионов РФ (1т.,Н-м/(%с.в.)), массовая доля белка * {^белок, %) и крахмала крахмал,%) в I ю ! вырабатываемой из него ржаной 5 обойной муки

X 0.30

Как видно из рисунка 2,

Ш! 1 наименьшее значение показателя

..........ШЩ..........ШЩМИ.........ИМ.........ШШ.. : о . 0

8 2 3 9 8 5 «индекса прочности», равное

0,34Нм/(%с.в.), имела проба зерна ржи из Алтайского края, что на 41% меньше аналогичного показателя для пробы ржи из Омской области. Химический состав пробы ржаной обойной муки, полученной при помоле зерна ржи Алтайского края, отличался наименьшим содержанием белка и наибольшим количеством крахмала.

Оценка реологического поведения полученных проб шрота осуществлялась по параметрам их прессования с использованием прибора «Структурометр СТ-1М» и индентора «Поршень 049». Кривые прессования проб ржаного шрота приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Изменение усилия нагружения на поршне при прессовании проб ржаного шрота, полученного из зерна ржи различных регионов РФ

При одинаковом насыпном объёме проб ржаного шрота и фиксированном усилии нагружения (/•"„.), равном 60Н, величина сжатия ■ Фпрес.) пробы шрота зерна ржи из Алтайского края при прессовании оказалась на 52% больше, чем у пробы шрота из зерна ржи Пензенской области, величина сжатия которой была наименьшей. Данные различия параметров прессования ржаного шрота связаны с крупностью его частиц: чем больше величина среднего эквивалентного диаметра частиц ржаного шрота, тем меньше величина его сжатия при прессовании (см. рисунок 4).

Рисунок 4 - Зависимость величины сжатия {Каес.мм) проб ржаного шрота зерна ржи различных регионов РФ от среднего эквивалентного диаметра его частиц

Реализация данного

экспериментального подхода контроля реологического поведения ржаного шрота и муки при их уплотнении позволит производить оценку крупности их частиц.

Хлебопекарные свойства зерна ржи обусловлены её сортовыми особенностями, применяемой агротехнологией и сложившимися природно-климатическими условиями при выращивании, а также послеуборочной обработкой и условиями хранения собранного урожая. Для моделирования различных технологических свойств зерна ржи осуществляли его проращивание с последующим высушиванием пророщенного зерна до влажности 10-11% . Данный подход был выбран в связи с тем, что при созревании ржи у неё нет точки покоя, и созревшее зерно может начинать прорастать в колосе независимо от погодных условий, обусловливающих только скорость данного процесса.

При проращивании зерна ржи из Курской области (сорт Орловская 9) был установлен характер изменения показателя «индекса прочности» зерна и гранулометрического состава получаемого ржаного шрота в зависимости от продолжительности протекания данной операции. С увеличением продолжительности проращивания ржи до 24ч показатель «индекса прочности» зерна возрастает в среднем на 34%, а средний эквивалентный диаметр частиц ржаного шрота - на 90% (см. рисунок 5).

Рисунок 5 - Динамика изменения показателя «индекса прочности» зерна ржи (1„р.,Нм/(%с.в.)) и гранулометрического состава (с1жв, мкм) ржаного шрота, получаемого при измельчении ржи с различной продолжительностью

проращивания

Увеличение твердозерности зерна ржи после проращивания и его сушки может быть связано с формированием механически более прочной структуры за счет изменения состояния макрокомплексов зерна и появления и развития ростка и корешков. Кроме того, содержание слизистых веществ в сочетании с другими физико-химическими характеристиками зерна ржи оказывает значительное влияние на его твердозерность и работу разрушения за счет повышения пластичности тканей в зерновке. При прорастании зерна ржи количество слизистых веществ увеличивается, а их вязкость уменьшается, что, в свою очередь, отражается на мукомольных характеристиках зерна.

Биохимические процессы, протекающие в зерне ржи при его прорастании, приводят к повышению активности амилолитических, протеолитических, цитолитических и ряда других гидролитических и дезагрегирующих ферментов зерна, а также повышают атакуемость субстрата, на который они действуют, что значительно увеличивает общее содержание в нем водорастворимых веществ. Установлено, что при проращивании зерна ржи сорта Орловская 9 в течение 24ч количество водорастворимых

веществ (X) в среднем увеличилось в 4,8 уменьшился на 80% (см. рисунок 6).

70.0

ю.о 'Л ю.о

40.0 300 ¿0.0 ¡0.0 йО

.<0

раза, а показатель «числа падения» (477)

Рисунок 6 - Изменение значения показателя «числа падения» зерна ржи (ЧП,с) и содержания в нем водорастворимых веществ (Х,%) в процессе его проращивания

Рисунок 7 - Изменение параметров амилограмм ржаного шрота, полученного из зерна ржи с различной продолжительностью проращивания: максимальной вязкости (Ртах,е.а.) и соответствующей ей температуры (/„„., °С)

При прорастании зерна ржи (см. рисунок 7) уменьшается вязкость водно-мучной суспензии в среднем на 740е.а., а значения температуры начала процесса клейстеризации ржаного крахмала и его окончания сдвигаются в сторону уменьшения на 4,5 и 27,0°С соответственно, что связано с увеличением активности амилолитических ферментов в зерне, а именно более термостойкой а-амилазы, расщепляющей крахмал. Такое изменение свойств крахмала пророщенного зерна ржи определенным образом сказывается на изменении технологических свойств вырабатываемой ржаной муки.

Таким образом, в ходе работы определены физико-химические характеристики зерна ржи, показана кинетика их изменения в зависимости от продолжительности его проращивания. Для зерна ржи сорта Орловская 9 установлена рациональная продолжительность проращивания, равная 4-5ч, позволяющая регулировать его технологические свойства. Предложен способ контроля реологического поведения продуктов переработки ржи при их уплотнении, позволяющий косвенно оценить крупность их помола.

Раздел 2.4.2 посвящен разработке многопараметрического инструментального метода контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки по комплексу измеряемых физико-химических характеристик муки и замешенного ржаного теста.

Увеличение количества контролируемых физико-химических показателей качества ржаной муки в сравнении с требованиями ГОСТ Р 52809-2007 (см. рисунок 8) позволит более объективно оценивать технологические свойства перерабатываемой партии муки и затем выдавать рекомендации по корректировке её хлебопекарных свойств и управлению стадиями процесса производства ржаного хлеба.

Принципиальным отличием данного методического подхода является то, что в нем дополнительно к оценке реологического поведения клейстеризованной суспензии -«числу падения» привлекаются и реологические параметры ржаного теста, которые по аналогии с «силой» пшеничной муки будут давать интегральную оценку состояния всех биополимеров ржаной муки, обусловливающих её хлебопекарные свойства.

Рисунок 8 - Структурная схема многопараметрического метода контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки.

Оценка технологических свойств ржаной муки после измерения влажности начинается с определения параметров её прессования, позволяющих устанавливать крупность помола по среднеэквивалентному диаметру частиц, далее измеряется «число падения», предопределяющее сахарообразующую способность муки и показатель белизны подтверждающий сорт перерабатываемой муки, затем устанавливаются параметры, отражающие реологическое поведение ржаного теста при его замесе, т.е. параметры, отражающие гелеобразующую способность биополимеров ржаной муки при формирование коагуляционной структуры ржаного теста, с учетом водопоглотительной способности муки и заканчивается контроль хлебопекарных свойств ржаной муки измерением эффективной вязкости замешенного ржаного теста.

Наиболее информативными параметрами являются параметры замеса ржаного теста, которые с одной стороны отражают хлебопекарные свойства муки (начиная с процесса гидратации муки и заканчивая образованием коагуляционной структуры теста), а с другой - дают информацию для расчета рациональной влажности теста при замесе и продолжительности смешения рецептурных ингредиентов.

Для предлагаемого многопараметрического метода контроля основополагающим моментом было установление критической точки консистенции ржаного теста при замесе, которая при организации технохимического контроля позволит определять водопоглотительную способность муки и устанавливать после этого весь спектр необходимых реологических характеристик теста и параметров самого замеса.

Установление рационального значения консистенции ржаного теста осуществляли путем исследования влияния влажности теста на изменение его консистенции и качества выпекаемого хлеба. При проведении исследований использовали две пробы обдирной ржаной муки - это пробы №3 и №4. Влажность замешиваемого теста изменяли в диапазоне от 47 до 51%.

При проведении пробных лабораторных выпечек ржаного хлеба оптимальную продолжительность брожения теста и разбиение её на рациональные продолжительности созревания теста и окончательной расстойки тестовых заготовок осуществляли после снятия диаграммы процесса брожения полуфабриката, с помощью прибора «Ш1еоГегтеШоте1ег РЗ».

На основании анализа физико-химических характеристик ржаного теста и показателей качества хлеба были установлены две критические точки для ржаного теста

после замеса - это его консистенция, равная 250±10е.Ф. и титруемая кислотность -

6±0,5град.

Далее при отработке многопараметрического метода контроля технологических свойств ржаной муки сравнительному анализу подверглись 6 проб ржаной обойной муки (см. таблицу 3), полученной при лабораторном помоле зерна ржи различных регионов произрастания (см. раздел 2.4.1.) и 3 пробы ржаной обдирной муки (№3-№5), физико-химические показатели качества которых представлены в таблице 2.

Таблица 3 - Показатели технологических свойств ржаной обойной муки

Наименование показателей Значение показателей

Пробы ржаной обойной муки

АК ВО КО ОО НО ПО

Массовая доля влаги, % 10,1 8,7 9,0 9,0 9,1 10,1

Водопоглотительная способность муки (ВПС), % 75,7 71,7 68,5 74,9 76,3 76,0

Титруемая кислотность, град. 3,4 3,6 3,4 4,2 3,6 3,6

«Число падения», с 146 180 317 155 274 373

Среднеэквивалентный размер частиц (с1экв), мкм 117,1 108,5 110,9 147,5 129,5 133,9

Газообразующая способность, см3 1149 1172 1015 1135 973 948

При определении параметров прессования проб ржаной обойной муки наблюдалась аналогичная зависимость величины сжатия пробы муки при прессовании от среднего эквивалентного диаметра ее частиц, установленная ранее для ржаного шрота.

Для объяснения различий в физико-химических характеристиках контролируемых проб ржаной обойной муки дополнительно провели определение ее химического состава.

Наибольшее количество белка имела проба ржаной обойной муки зерна ржи Омской области, что на 2,4% больше, чем у зерна ржи Алтайского края, имеющего наименьшее его количество. Наибольшим содержанием крахмала обладала проба зерна ржи Алтайского края, что на 22,4% больше, чем проба зерна ржи Новосибирской области. Наименьшее содержание жира имела проба зерна ржи Пензенской области.

Ржаная обойная мука характеризовалась наличием значимого количества сахарозы и фруктозы. Наибольшее количество сахарозы и фруктозы имела проба муки из зерна ржи Волгоградской области, что в среднем в 4раза и в Зраза больше по сравнению с пробой зерна ржи из Пензенской и Курской областей соответственно. По минеральному составу пробы ржаной обойной муки отличались большим содержанием магния и кальция, а также значимым количеством марганца и железа. Наибольшее количество кальция имела обойная мука, полученная из зерна ржи Волгоградской области, а магния - Курской области.

Для оценки липид-гидролазно-липоксигеназного комплекса ржаной обойной муки, кроме титруемой кислотности у анализируемых проб муки определяли их жирнокислотный состав. Наибольшее количество в ржаной обойной муке содержалось пальмитиновой и олеиновой кислот, а также значимое количество составляли стеариновая и линолевая жирные кислоты.

Одним из показателей технологических свойств ржаной муки является ее сахарообразующая способность, которую контролировали косвенным способом с одной стороны по «числу падения», а с другой по газообразующей способности, измеряемой с

помощью прибора «ЯЬеоГегтепЮте^е РЗ». Влияние химического состава ржаной обойной муки и ее автолитической активности на количество образующегося диоксида углерода Усо2 при брожении ржаного теста представлено на рисунке 9. Рисунок 9 - Изменение газообразующей способности ржаной обойной муки в зависимости от содержания собственных Сахаров в муке (о) и ее автолитической активности (б)

Установлено, что наилучшей газообразующей способностью обладала проба ржаной обойной муки, полученной из зерна ржи Волгоградской области. При этом было установлено, что оптимальная продолжительность брожения ржаного теста, определяемая по максимальному значению скорости изменения давления образующегося диоксида углерода, для исследуемых проб ржаной обойной муки составляла от 205 до ЗЗОмин.

С целью дальнейшего сравнения технологических свойств ржаной обойной муки, показатель «числа падения» для проб, полученных из зерна Курской, Новосибирской и Пензенской областей был приведен к одному рациональному значению, равному 175±10с.

Исследование реологического поведения ржаного теста (мука - вода) проводили с помощью прибора «М1хо1аЬ». Установлено, что наибольшее время образования теста (б,2мин и 5,4мин соответственно) имели пробы муки, полученные из зерна ржи Алтайского края и Волгоградской области, а показатель «разжижения», равный 0,11Н-м,

- тесто, замешиваемое из пробы муки зерна ржи Пензенской области.

Контроль реологического поведения рецептурного ржаного теста в процессе замеса осуществлялся с помощью прибора «Оо-Согс1ег СЗ». При замесе вносили определенное количество воды и 40%-го раствора молочной кислоты, которые обеспечивали получение ржаного теста после данной технологической операции с консистенцией 250±10е.Ф. и титруемой кислотностью 6,0±0,5град.

Анализ полученных результатов показал, что наименьшее время образования теста имела проба муки из зерна ржи Новосибирской области, что на 34% меньше аналогичного показателя для пробы муки из зерна Волгоградской области, имеющей максимальной значение данного показателя. Наибольшим разжижением обладала проба теста, замешенная из ржаной муки, полученной из зерна Омской области, устойчивостью

- проба теста, получаемая из муки зерна Новосибирской области.

Исследование процесса ограниченной клейстеризации крахмала, протекающего на стадии выпечки ржаного хлеба, а также оценка вклада данного процесса в формирование структуры мякиша, с учетом действия собственных амилаз ржаной муки, производилось с помощью прибора «М1хо1аЬ».

На основании анализа полученных миксолабограмм установлена величина максимальной консистенции теста при нагревании - 1,5±0,1Нм, раскрывающее уровень ограниченной клейстеризации крахмала при формировании структуры мякиша, обусловленный «числом падения» муки, равным 175±10с.

Оценка реологических свойств ржаного теста после замеса (см. рисунок 10) осуществлялась по эффективной вязкости, которая определялась с помощью информационно-измерительной системы, включающей прибор «Структурометр СТ-1М», разъемную кювету и индентор «ребристая пластина»,

° Рисунок 10 - Значения вязкости ржаного теста . после замеса, приготовленного из проб „ ржаной обойной муки, с учетом массовой доли белка и крахмала в ржаной муке

Разница между максимальным и ° минимальным значением вязкости ржаного : теста составила 98кПа-с. Пробы муки из зерна ="■•"" — « Л рЖИ Волгоградской области и Алтайского

края, имеющие вязкость ржаного теста в среднем 277,0±2,0кПа-с, по своему химическому составу отличались меньшим содержанием белка (8,9-9,5%) и большим количеством крахмала (51,1-51,6%) по сравнению с другими пробами.

Пробы ржаного хлеба, приготовленные из ржаной обойной муки, полученной из зерна ржи, поступившего из двух регионов - Волгоградская область и Алтайский край, в совокупности имели лучшие физико-химические и органолептические показатели качества.

Оценка технологических свойств ржаной обдирной муки производилась в соответствии с предлагаемым многопараметрическим инструментальным методом контроля ее физико-химических характеристик (см. рисунок 8).

Для проб ржаной обдирной муки также производили определение их химического состава. По химическому составу пробы ржаной обдирной муки имели существенные различия. Так проба муки №5 обладала количеством белка в среднем на 3% меньше и количеством крахмала - на 5% больше, чем проба муки №3, имеющая наибольшее количества белка и наименьшее количество крахмала.

Наибольшее количество сахарозы и фруктозы имела проба муки №4, что обуславливало наибольшее значение ее газообразующей способности по сравнению с

11).

Рисунок 11 - Изменение газообразующей способности ржаной обдирной муки в зависимости от содержания собственных Сахаров в муке

Наибольшим содержанием кальция, магния и железа также отличалась проба муки №4. Содержание данных элементов в муке на 57%, 47% и 60% соответственно превышало аналогичные показатели для пробы муки №3, характеризующейся их минимальными значениями.

Для возможности сравнения технологических свойств ржаной обдирной муки показатель «числа падения» для всех проб был также приведен к одному рациональному значению, равному 175±10с. Как и в случае с ржаной обойной мукой, для проб ржаной обдирной муки были определены реологические показатели ржаного теста в процессе

другими пробами обдирной муки (см. рису!

ЭУС02,мн ■ ■ О ' Г

замеса, установлена величина его максимальной консистенции при нагревании -1,5±0,1Нм и время ее достижения, а также исследован процесс брожения ржаного полуфабриката с определением оптимальной продолжительности его созревания и окончательной расстойки тестовых заготовок.

Так реологическое поведение ржаного теста (мука - вода), оцениваемое по показателям прибора «М1хо1аЬ», для проб ржаной обдирной муки существенно отличалось по сравнению с пробами теста, приготовленными с использованием ржаной обойной муки. Время образования теста для проб ржаной обдирной муки в среднем составило 1,0-1,2мин, а показатель «разжижения» - 0.17Н м.

При определении эффективной вязкости ржаного теста после замеса установлена аналогичная зависимость между величиной вязкости ржаного полуфабриката и количеством белка и крахмала, содержащимся в ржаной обдирной муке, которая наблюдалась для проб ржаной обойной муки (см. рисунок 12).

Рисунок 12 - Значения вязкости ржаного теста после замеса, приготовленного из проб ржаной обдирной муки, с учетом массовой доли белка и крахмала в ржаной муке

Проба ржаной обдирной муки №5, имеющая вязкость ржаного теста в среднем 277,0кПас, также обладала наименьшим количеством белка и наибольшим количеством крахмала.

По органолептическим и физико-химическим показателям качества ржаного хлеба проба муки №5 обладала лучшими технологическими свойствами. Ржаной хлеб, приготовленный из пробы ржаной обдирной муки №5, имел лучшие показатели общей деформации, пористости и удельного объема, что на 75%; 5% и 15% соответственно превышает аналогичные показатели для пробы хлеба из обдирной муки №4, обладающей наименьшими значениями данных показателей. Однако окраска корки ржаного хлеба, приготовленного из пробы ржаной обдирной муки №4, более интенсивна, что, в свою очередь, свидетельствует о более высокой газообразующей способности данной пробы муки.

Таким образом, на основании проведенных исследований для комплексной оценки хлебопекарных свойств ржаной муки установлены необходимые физико-химические характеристики и их рациональные значения - критические точки (см. раздел 2.4.7), поддержание которых на указанном уровне при переработке зерна ржи на мельнице, позволит на хлебозаводах получать хлеб наилучшего качества.

Раздел 2.4.3 посвящен изучению влияния дозировки органических кислот на изменение автолитической активности ржаной муки и эффективной вязкости ржаного теста.

Применение ржаных заквасок при производстве ржаного хлеба обусловливает определенное реологическое поведение теста, как при замесе, так и после созревания (перед разделкой) за счет определенного уровня титруемой или активной кислотности полуфабриката. Кроме того, особый вкус, свойственный ржаному хлебу, в значительной мере зависит от состава микроорганизмов ржаных заквасок и обусловлен определенным соотношением органических кислот.

Для моделирования кислотности ржаных полуфабрикатов использовали 40%-ные молочную (МК), уксусную (УК) и лимонную (ЛК) кислоты и их смесь в соотношении 70:20:10. Применение органических кислот гарантировало стабильный уровень

кислотности в течение всего эксперимента, а применение смеси кислот предположительно обеспечивало формирование необходимого вкуса и аромата ржаного хлеба, т.к. данное соотношение молочной и летучих кислот в готовом хлебе является оптимальным.

При проведении исследований использовали две пробы ржаной обдирной муки -это проба №1 и №2 с «числом падения» 288 и 165с соответственно. Для наглядности на рисунке 13 показана динамика изменения данного показателя в зависимости от кислотности субстрата, смоделированной путем использования молочной кислоты и смеси органических кислот.

мк- •к>.гк мк

" П. 4'

"" 1-

&

* 1

О?

z I* 1 у

....

а • . » и К. «рил.

мк *•• МК+УК-ЛК

Рисунок 13

(проба №2) (а) и вязкости ржаного теста после замеса (г/,кПа-с) (б) в зависимости от титруемой кислотности полуфабриката {К,град).

На представленных графиках (см. рисунок 13а-6) можно выделить три крегерные точки «Л», «В» и «С» соответственно, которые характеризуют различную степень нарушения структуры молекул белка и крахмала, обусловленную ферментативной активностью собственных амилаз ржаной муки (точка «А») при титруемой кислотности ржаного теста в пределах 6,0±0,5град или активной кислотности в пределах рН4,6-4,8 (см. рисунок 136), изменением конформации молекулы белка в более кислой среде (точка «С») и переходным состоянием между данными процессами (точка «В»),

Установлено, что характер изменения показателя «числа падения» в зависимости от титруемой кислотности водно-мучной суспензии зависит от исходных свойств ржаной муки, а также от вида вносимой органической кислоты.

Для изучения влияния кислотности ржаных полуфабрикатов на изменение их реологических свойств и показатели качества ржаного хлеба дозировки молочной кислоты и смеси кислот, равные 0,74; 1,47 и 2,94% к 100 кг муки, выбирали в соответствии с тремя крегерными точками (см. рисунок 13). Титруемая кислотность ржаного теста после замеса соответственно составила: для молочной кислоты - 5,5; 6,2 и 8,5град., для смеси кислот - 6,2; 9,0 и 13,Оград.

При исследовании влияния кислотности ржаного теста на параметры технологических операций его замеса и созревания установлено, что с увеличением дозировки молочной кислоты и смеси органических кислот значение консистенции ржаного теста при замесе снижается на 0,27 и 0,15Н-м, время образования ржаного теста сокращается в среднем на 3 и 2мин, количество механической энергии, затрачиваемой на формирование структуры ржаного теста при его замесе увеличивается на 52% и 32% соответственно. Увеличение дозировки молочной кислоты сокращает продолжительность брожения ржаного теста в среднем на 40мин, а внесение больших дозировок смеси органических кислот - увеличивает на 70мин, что можно объяснить присутствием в смеси органических кислот летучей уксусной кислоты, которая может ограничивать жизнедеятельность дрожжевых клеток.

При увеличении кислотности ржаного теста после замеса с 5,5град, до 8,5град. (с внесением молочной кислоты) показатель пористости ржаного хлеба уменьшается в

среднем на 6%, значение общей деформации мякиша - на 32%, при увеличении дозировки смеси кислот (кислотность ржаного теста возрастает с 6,2град. до 13,Оград.) значение удельного объема и общей деформации мякиша проб ржаного хлеба сокращается в среднем на 12%.

При одинаковой кислотности ржаного теста после замеса, равной 6,2град., проба ржаного хлеба, приготовленная на молочной кислоте, имела значения пористости и общей деформации мякиша в среднем на 6% и 30% больше, чем проба хлеба, приготовленная с использованием смеси органических кислот.

Таким образом, на основании проведенных исследований определен вклад различных видов органических кислот в формирование физико-химических свойств ржаных полуфабрикатов, а также вкуса и аромата готового хлеба. Установлено, что применение смеси органических кислот при проведении модельных экспериментов, с точки зрения формирования вкуса и аромата ржаного хлеба, не целесообразно. Кроме того, показано, что оптимальным показателем титруемой кислотности ржаного теста после замеса является значение, равное 6,0±0,5град., после брожения - 9,0±0,5град. Такие значения кислотности теста позволяют стабилизировать ритм процесса производства и качество выпекаемого ржаного хлеба.

Раздел 2.4.4 посвящен изучению влияния продолжительности замеса ржаного теста на изменение его физико-химических характеристик и показателей качества выпекаемого хлеба.

Замес ржаного теста является важнейшей начальной технологической операцией, обусловливающей протекание всех стадий процесса производства ржаного хлеба и определение готовности теста при замесе имеет существенное значение при формировании технологического плана его процесса производства.

Методика проведения замеса ржаного теста состояла в следующем: ржаное тесто замешивали из ржаной обдирной муки (проба №2) с использованием 40% молочной кислоты. Дозировка молочной кислоты выбиралась исходя из кислотности ржаного теста после замеса, равной 6,0±0,5град. (см. раздел 2.4.3). Остальные рецептурные компоненты, такие как поваренная пищевая соль и сухие хлебопекарные дрожжи фирмы «Саф-Нева» вносились при замесе ржаного теста в жидком виде в количестве, соответствующем рецептуре данного вида изделия. Консистенция ржаного теста при замесе составляла 250±10 е.Ф., что соответствовало влажности теста, равной 49% (см. раздел 2.4.2).

На рисунке 14 приведена кинетика изменения величины крутящего момента на приводе тестомесильной машины при замесе ржаного теста.

Рисунок 14 — Влияние продолжительности замеса ржаного теста на изменение его консистенции, контролируемой по величине крутящего момента на приводе месильных органов.

На рисунке 14 можно выделить три стадии формирования коагуляционной капиллярно-пористой структуры ржаного теста: на 1-стадии протекает процесс гидратации муки, идет разрушение её частиц за счет осмотического давления влаги и происходит образование сольватных оболочек вокруг зерен крахмала, белка, отрубистых частичек и т.д. и получение полидисперсной системы; на П-стадии происходит взаимодействие частиц за счет слипания и получение гомогенной коагуляционной структуры; на Ш-стадии идет образование пены, за счет

водорастворимых белков, приводящей к уменьшению консистенции теста, за счет изменения его плотности. Окончание замеса теста фиксируется по выходу консистенции на плато-фазу.

В соответствии с полученной кинетикой замеса ржаного теста его продолжительность для дальнейших экспериментов выбрали в соответствии с установленными стадиями - 3,4\ 6,0; 9,0\ 18,0 и ЗО.Омин, после чего определяли скорость релаксации механических напряжений (1с1), раскрывающую отношение модуля упругости к вязкости, и адгезионное напряжение замешенного теста {ас,дг,кПа) и проводили пробную лабораторную выпечку хлеба при последующем определении его органолептических и физико-химических показателей качества.

Полученные данные показали, что при увеличении продолжительности замеса ржаного теста с 3,4 до ЗОмин скорость релаксации механических напряжений возрастала до 18мин замеса с 0,77 до 0,93с', а далее уменьшилась до 0,69с'1, а адгезионное напряжение после 18,0мин стало существенно увеличиваться.

Что касается физико-химических показателей качества ржаного хлеба, то максимальную пористость, равную 62%, имел мякиш у хлеба, проба которого была выпечена из теста с продолжительностью замеса, равной 18мин.

Таким образом, на основании анализа кинетики замеса ржаного теста разработана концептуальная модель формирования его коагуляционной структуры.

Раздел 2.4.5 посвящен изучению влияния режима выпечки ржаного формового хлеба на изменение его органолептических и физико-химических показателей качества.

В ходе работы изучалось влияние температуры среды пекарной камеры и продолжительности подвода тепловой энергии к выпекаемой тестовой заготовке (ВТЗ) на изменение её свойств и формирование структуры корки и мякиша хлеба в увязке с его формообразованием при реализации радиационно-конвективного способа выпечки в две стадии, предусматривающие обжарку и допекание изделия.

При выпечке ржаного формового хлеба в печи «Miwe-condo» температуру среды пекарной камеры изменяли в диапазоне от 180 до 350°С, с шагом 20°С. Для каждого режима выпечки ржаного хлеба была установлена послойно кинетика изменения температуры ВТЗ.

С использованием электроконтактного способа прогрева ВТЗ, обеспечивающего равномерное распределение температуры по всему объему ТЗ, определены ее физико-химические характеристики (относительная деформация, температура, давление и высота), позволившие обосновать рациональный режим выпечки ржаного формового хлеба. При этом была уточнена температура образования мякиша ржаного хлеба при выпечке, равная 68±1°С, позволяющая определять толщину образующегося слоя мякиша в процессе прогрева ВТЗ. Определен вклад количества образующегося при брожении диоксида углерода (до 22%) и его термического расширения (до 78%) в формирование объема ВТЗ. На основании анализа полученных экспериментальных данных подтверждена температура 38±2°С, при которой наиболее интенсивно в ВТЗ протекает процесс спиртового брожения и установлена с учетом рецептуры изделия температура его окончания - 59±1,5°С.

Основной прирост объема ВТЗ наблюдается по достижению её поверхностными слоями температуры 68±1"С. далее рост объема замедляется, а при толщине слоя мякиша, равной 4-6мм, и температуре верхней поверхности 85±1°С - полностью прекращается. С учетом температуры среды пекарной камеры прирост объема ВТЗ в процессе выпечки составил от 10 до 30% .

При увеличении температуры среды пекарной камеры наблюдается снижение конечной высоты и объема ржаного хлеба (см. рисунок 15), выпеченного при высокотемпературных режимах, но при этом готовые изделия имеют выпуклую форму

верхней поверхности и у них отсутствуют «провалы» верхней корки, а сама корка получается без подрывов и каких-либо других дефектов по сравнению с изделиями, выпеченными при низкотемпературных режимах.

г ширирист »ucortj пит. .шок: мм □vcsjki, h.n

Рисунок 15 - Изменение высоты теста-хлеба, величины его «усадки» и формы верхней поверхности ржаного формового хлеба в зависимости от температуры среды пекарной камеры

Такое состояние формы верхней поверхности ржаного хлеба при высокотемпературных режимах

обусловлено интенсивным прогревом ВТЗ на первом этапе её выпечки. Интенсивный прогрев ВТЗ способствует ускорению процесса образования поверхностного слоя мякиша, препятствующего его «усадке» при выпечке.

Установлено, что при увеличении температуры среды пекарной камеры в диапазоне от 180 до 350°С, скорость образования поверхностного слоя мякиша возрастает на 51%, а бокового слоя - на 40% соответственно. При этом средняя скорость образования бокового слоя мякиша в ВТЗ на 25% больше, чем верхнего, что обусловлено теплопроводностью материала (алюминия) стенок формы, с которыми соприкасается ВТЗ.

Продолжительность обжарки ржаного формового хлеба определяется временем начала стабилизации высоты ВТЗ и толщиной поверхностного слоя мякиша, образованного за данный промежуток времени. Установлено, что стабилизация высоты ВТЗ в процессе выпечки ржаного теста-хлеба при температуре среды пекарной камеры от 260 до 350°С достигается при толщине поверхностного слоя мякиша, равной 4-бмм. Зависимость времени образования мякиша толщиной 4-бмм от интенсивности внешнего теплообмена в пекарной камере печи представлена на рисунке 16.

Рисунок 16 - Зависимость времени образования мякиша толщиной 4-бмм {хобр мяк) от интенсивности внешнего теплообмена в пекарной камере печи (/„„)

Из рисунка 16 видно, что при увеличении температуры среды пекарной камеры продолжительность стадии обжарки сокращается с 7,0 до 4,0мин.

Таким образом, проведенные исследования позволили выявить причины появления дефектов верхней корки ржаного хлеба при выпечке, а также установить рациональный режим подвода тепловой энергии к ВТЗ при реализации радиационно-конвективного способа выпечки, предусматривающего обжарку и допекание хлеба. Продолжительность обжарки определяется по толщине поверхностного слоя мякиша, равного 4-бмм, в диапазоне температур среды пекарной камеры от 260°С до 350°С, а допекание устанавливается по достижению центральных слоев ВТЗ температуры, равной

96-98°С. Реализация такого двухстадийного режима выпечки ржаного формового хлеба позволяет получать готовые изделия стабильно высокого качества.

Раздел 2.4.6 посвящен разработке метода пробной лабораторной выпечки ржаного

хлеба.

Нормативная рецептура ржаного теста представлена в таблице 4. _Таблица 4 - Нормативная рецептура ржаного теста_

Наименование сырья Количество вносимого сырья, г

Мука ржаная хлебопекарная (и'=15%) 300

Дрожжи хлебопекарные сухие 0,75

Соль поваренная пищевая 4,5

Ферментный препарат Исходя из ЧП 175±10с

Молочная кислота, 40%, мл Исходя из титруемой кислотности теста после замеса, равной 6,0±0,5град

Вода, мл Исходя из консистенции теста, равной 250±10е. Ф.

Параметры технологических операций при проведении пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба:

- операция замеса ржаного теста:

• температура воды на замес - определяется по расчету, исходя из температуры теста после замеса, равной 28±2°С\

• продолжительность замеса - определяется по моменту выхода консистенции теста на постоянное значение - плато-фазу;

• температура теста после замеса - 28±2°С\

- операция созревания ржаного теста:

• продолжительность созревания - определяется по реоферментограмме;

• температура в термостате - 28±2°С\

- операция формования тестовых заготовок:

• формование 2-х тестовых заготовок, массой по 200-250г каждая, осуществляется вручную;

- операция окончательной расстойки тестовых заготовок:

• продолжительность расстойки - 30-40мин;

• температура паро-воздушной среды в расстойном шкафу - 38±2°С;

• относительная влажность воздуха в расстойном шкафу - 78±2%;

- стадия выпечки:

• продолжительность выпечки - 20-25мин;

• продолжительность обжарки - бмин\

• продолжительность допекания - 14-19мии\

• температура среды пекарной камеры: при обжарке - 280°С; при допекании, -225±5°С.

Выпеченные изделия хранят при температуре 20-23°С. Оценку качества готового ржаного хлеба осуществляют по органолептическим и физико-химическим характеристикам через 16-18ч после выпечки.

Таким образом, на основании проведенных исследований разработан метод определения качества ржаной хлебопекарной муки путем проведения пробной лабораторной выпечки ржаного формового хлеба и его оценки по органолептическим и физико-химическим характеристикам.

Раздел 2.4.7 посвящен формированию рекомендаций по совершенствованию технологии ржаного хлеба.

На основании проведенных исследований сформулированы требования к:

• технологическим свойствам зерна ржи:

- показатель твердозерности - «индекс прочности» (1„р.) - 0,36±0,02 Нм/(%с.в.);

• содержанию основных биополимеров ржаной муки:

- массовая доля белка (и>&.,о*) - 9,2±0,3%\

- массовая доля крахмала (м>крахмш) - 51-52 % (обойная мука) и 44-45% (обдирная мука);

• технологическим свойствам ржаной муки:

- среднеэквивалентный диаметр частиц (с1экв) - 107±7мкм\

- «число падения» (ЧТТ) - 175±10с;

- количество водорастворимых веществ (X) - 32±1,0%;

- параметры фаринограммы, определяемые на приборе «М1хо1аЬ»:

о водопоглотительная способность (ВПС) - 74±3%; о консистенция теста (А) - 0,6Н-м\

о время образования теста (тобрт) - 5,5±0,5мин (обойная мука) и 1,2±0,2мин (обдирная мука);

о разжижение теста (Е) - 0,055±0,005Н-м (обойная мука) и 0,16±0,01Н-м (обдирная мука);

о количество механической энергии, затраченной на формирование структуры теста при замесе (IV) - Зб±4кДж/кг (обойная мука) и 4,5±0,5кДж/кг (обдирная мука);

- параметры миксолабограммы:

о величина максимальной консистенции ржаного теста при нагревании (М^""") -1,5±0,1Нм и время ее достижения (гл„.) - 22,5±0,5мин;

- эффективная вязкость теста (г],„) - 277,0±2,0кПа-с.

• организации замеса ржаного теста:

- ржаное тесто при замесе к моменту получения гомогенной вязко-пластичной массы, отражающему формирование коагуляционной структуры и устанавливаемому по экстремальному значению величины крутящего момента на приводе месильных органов должно иметь консистенцию, равную 250±10е.Ф.;

- окончание замеса ржаного теста устанавливается по достижению консистенции своего стабильного значения (с учетом изменения его плотности за счет пенообразующих водорастворимых белков), фиксируемого по выходу крутящего момента на приводе месильных органов на плато-фазу;

- ржаное тесто после замеса должно иметь титруемую кислотность - б,0±0,5град и эффективную вязкость 277,0±2,0кПа с при температуре 28±1,0°С\

• организации созревания ржаного теста:

- созревание ржаного теста устанавливается по разнице между оптимальной продолжительностью его брожения и продолжительностью окончательной расстойки тестовых заготовок.

• организации выпечки ржаного формового хлеба:

- выпечка ржаного формового хлеба, осуществляется в две стадии: 1-я стадия предусматривает обжарку ВТЗ при температуре 280±5"С в течение времени, обусловливающего образование поверхностного слоя мякиша, толщиной 4-6мм; 2-я стадия - допекание изделия при температуре 225±5°С по достижению центральными слоями ржаного хлеба температуры, равной 9б-98°С.

Раздел 2.4.8 посвящен апробации основных результатов экспериментов.

Апробация основных результатов исследований была осуществлена в условиях ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках» (г. Москва), ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» Россельхозакадемии (пос. Новоивановское, Московская область) и ЗАО «Дедовский хлеб» (г. Дедовск, Московская область).

3 ВЫВОДЫ

На основании комплексных исследований мукомольных свойств зерна ржи и хлебопекарных свойств ржаной муки, а также технологических факторов, обусловливающих протекание стадий приготовления теста и выпечки ржаного хлеба, сделаны следующие выводы:

1. Разработаны технологические решения, позволяющие усовершенствовать технологию ржаного формового хлеба, за счет организации стадий приготовления теста и выпечки хлеба, с учетом технологических свойств перерабатываемой партии ржаной хлебопекарной муки.

2. Определены критические точки физико-химических свойств зерна ржи, ржаной муки и ржаного теста, обеспечивающие получение ржаного хлеба стабильно высокого качества. Рациональные значения установлены для: показателя «индекса прочности» зерна ржи - 0,36±0,02 Нм/(% с.в.)\ экстремальных значений консистенции ржаного теста при замесе - 250±10е.Ф. и нагревании - 1,5±0,1Нм и вязкости ржаного теста -277,0±2,0кПас и его титруемой кислотности - 6,0±0,5град. после замеса, а также титруемой кислотности ржаного теста после брожения - 9,0±0,5град.

3. Установлена динамика изменения показателя «индекса прочности» зерна ржи и среднеэквивалентного диаметра частиц ржаного шрота в зависимости от продолжительности проращивания ржи. С увеличением продолжительности проращивания ржи до 24ч показатель «индекса прочности» зерна возрастает в среднем на 34%, а среднеэквивалентный диаметр частиц ржаного шрота, полученного после помола, - на 90%, значение удельной поверхности частиц ржаного шрота при этом снижается на 43%.

4. Установлен характер изменения показателя «числа падения» ржаной обдирной муки в зависимости от кислотности субстрата водно-мучной суспензии, смоделированной внесением различного количества молочной, уксусной и лимонной кислот и их смеси.

5. Установлено, что увеличение титруемой кислотности ржаного теста (за счет дозировки молочной кислоты) с 5,5град. до 8,5град. приводило к снижению его консистенции при замесе с 2,50 до 2,26Нм, и уменьшению времени образования ржаного теста на 3,2мии, а также к сокращению продолжительности его брожения на 40мин.

6. Установлено, что при одинаковой кислотности ржаного теста после замеса, в пределах 6,Оград., проба ржаного хлеба, приготовленная на молочной кислоте, имела значения пористости и общей деформации мякиша в среднем на 6% и 30% больше, чем проба хлеба, приготовленная с использованием смеси органических кислот.

7. Установлена кинетика замеса ржаного теста, позволяющая определять момент образования гомогенной вязко-пластичной массы по экстремальному значению консистенции, которая к этому моменту должна достигать 250±10е.Ф. и определять продолжительность замеса до готовности по снижению консистенции и достижению ею своего стабильного значения.

8. Разработан режим выпечки ржаного формового хлеба, который предусматривает обжарку ВТЗ при температуре 280±5°С в течение времени, обусловливающего образование поверхностного слоя мякиша, толщиной 4-6мм и допекание изделия при температуре 225±5°С по достижению центральными слоями ржаного хлеба температуры, равной 96-98°С.

9. Разработан метод пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба для оценки технологических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки с учетом установленных критических точек параметров стадий приготовления ржаного теста и выпечки хлеба.

10. Проведена апробация метода контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки в условиях ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках», а также метода пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба для оценки технологических свойств зерна ржи и ржаной муки в условиях ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» Россельхозакадемии. Осуществлены производственные испытания основных результатов исследований, направленных на совершенствование технологии ржаного хлеба на основе установленных критических точек параметров стадий приготовления теста и выпечки хлеба, в условиях ЗАО «Дедовский хлеб».

Список работ, в которых опубликованы основные положения диссертации

в изданиях, входящих в список в ВАК:

1. Сулимов С.А., Маклюков В.И., Рогозкин E.H., Быкова Н.Ю., Мальчиков М.Ю. Определение рационального режима выпечки ржаного формового хлеба // Хлебопечение России. - 2010. - №5. С. 14.

2. Родичева Н.В., Черных В.Я., Быкова Н.Ю., Кроха A.C. Технология ржаного хлеба с использованием порошка из столовой свеклы // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - №8. - С.53.

3. Маклюков В.И., Черных В.Я., Быкова Н.Ю., Мальчиков М.Ю., Рогозкин E.H. Влияние режима обжарки на форму ржаного хлеба // Хлебопечение России. - 2013. -Л» 2. - С. 22.

4. Быкова Н.Ю., Маклюков В.И., Черных В.Я., Мальчиков М.Ю., Рогозкин E.H. Информационно-измерительные системы мониторинга динамики выпечки ржаного хлеба //Хлебопечение России.-2013. - № 3. С. 16.

в других изданиях:

5. Сулимов С.А., Быкова Н.Ю., Мальчиков М.Ю. Исследование возможности замены традиционных заквасок, применяемых при проведении пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба // Сборник материалов юбилейной научно-практической конференции с международным участием «Инновации в технологиях хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий». - 2010. - С. 118.

6. Быкова Н.Ю., Попова Н.В. (Родичева Н.В.), Харичков A.A., Прищепа O.A. Определение технологических свойств ржаной хлебопекарной муки по реологическим характеристикам ржаного теста // III конференция молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем», программа и материалы конференции. -2011.-С. 47.

7. Bykova N,, Kcharichov A. Influence of rye dough mixing time on its flow characteristics and quality of the bread // 7 th Annual European Rheology Conference. Conference book. Book of abstracts. - 2011. - C. 102.

8. Черных В.Я., Быкова Н.Ю. Определение технологических свойств ржаной муки // Пятый международный хлебопекарный форум. - 2012. - С. 89.

9. Быкова Н.Ю., Черных В.Я. Оценка технологических свойств ржаной обойной муки по реологическим свойствам клейстеризованной водно-мучной суспензии и ржаного теста // 26 Симпозиум по реологии. - 2012. - С.47.

10. Быкова Н.Ю., Черных В.Я., Родичева Н.В., Мальчиков М.Ю. Исследование влияния кислотности ржаных полуфабрикатов на изменение их реологических свойств и качество хлеба // Третья научно-практическая конференция с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов». - 2012. С. 105.

11. Черных В.Я., Быкова Н.Ю. Определение технологических свойств ржаной муки // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2013. -№3-4. С. 46.

12. Bykova N.Yu., Chernykh V.Ya., Rodicheva N.V. The rheology of rye dough and bread // IV International conference on colloid chemistry and physicochemical mechanics. Book of abstracts. - 2013. - C. 475.

The summary

The technological decisions, allowing to improve technology of a rye bread, at the expense of the organization of dough preparation and bread baking stages with regard to technological properties of a rye flour processed party, have been developed by complex researches of flour-grinding properties of a rye grain and baking properties of a rye flour.

Critical points of physical-chemical parameters of rye grain, rye flour and rye dough, which predetermine the best quality of rye bread, have been determined.

Подписано в печать: 09.11.2013 Тираж: 170 экз. Заказ № 1014 Объем: 1,0усл.п.л. 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

04201365430

БЫКОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЖАНОГО ХЛЕБА ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТЕСТА

И ВЫПЕЧКИ ХЛЕБА

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

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., проф. Черных В.Я.

Москва - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение..............................................................................................................................................................................6

1. Обзор литературы........................................................................................................................13

1.1. Общая характеристика зерна ржи, особенности его строения и 13 технологические свойства....................................................

1.2. Хлебопекарные свойства ржаной муки и их влияние на физико- 28 химические характеристики ржаного теста и качество хлеба.........

1.3. Управление физико-химическими свойствами ржаных полуфаб- 40 рикатов и показателями качества хлеба из ржаной муки...................

1.3.1. Влияние параметров стадии приготовления ржаного теста на по- 42 казатели качества хлеба........................................................................

1.3.2. Влияние режима выпечки на показатели качества хлеба из ржаной 45

муки.................................................................................

Заключение по обзору литературы....................................................................................51

2. Экспериментальная часть......................................................................................................52

2.1. Сырье и материалы, применявшиеся при проведении исследова- 54 ний....................................................................................

2.2. Методы исследований, применявшиеся в работе..........................................54

2.2.1. Методы исследования свойств сырья........................................................................55

2.2.2. Способы приготовления теста из ржаной хлебопекарной муки... 57

2.2.3. Методы оценки свойств ржаного теста (полуфабрикатов)....................60

2.2.4. Методы оценки качества ржаного хлеба................................................................61

2.2.5. Специальные методы исследований............................................................................61

2.2.6. Методы математической обработки экспериментальных данных... 74

2.3. Характеристика сырья, применявшегося в работе..........................................74

2.4. Результаты исследования и их анализ........................................................................77

2.4.1. Оценка физико-химических характеристик зерна ржи и продук- 77

тов его переработки...........................................................

2.4.1.1. Исследование технологических свойств зерна ржи различных ре- 77 гионов РФ........................................................................................

2.4.1.2. Исследование физико-химических характеристик нативного и 81

пророщенного зерна ржи...................................................

Заключение по разделу 2.4.1 .............................................. 86

2.4.2. Разработка многопараметрического инструментального метода 86 контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки..

2.4.2.1. Определение рациональной консистенции ржаного теста........... 88

2.4.2.2. Определение рациональных параметров процесса брожения ржа- 91 ного теста........................................................................

2.4.2.3. Оценка технологических свойств ржаной обойной муки............. 98

2.4.2.4. Оценка технологических свойств ржаной обдирной муки........... 110

Заключение по разделу 2.4.2 .............................................. 114

2.4.3. Исследование влияния кислотности ржаных полуфабрикатов на 115 изменение их физико-химических свойств и качество хлеба........

2.4.3.1. Исследование влияния кислотности субстрата на состояние угле- 116 водно-амилазного комплекса ржаной муки..............................

2.4.3.2. Исследование влияния кислотности ржаного теста на изменение 120

его физико-химических свойств и показатели качества хлеба.......

Заключение по разделу 2.4.3 .............................................. 123

2.4.4. Исследование влияния продолжительности замеса ржаного теста 123

на его реологические свойства и показатели качества хлеба.........

Заключение по разделу 2.4.4 .............................................. 126

2.4.5. Исследование процесса выпечки ржаного формового хлеба......... 127

2.4.5.1. Исследование физико-химических характеристик выпекаемой те- 128 стовой заготовки при выпечке электроконтактным способом........

2.4.5.2. Исследование физико-химических характеристик выпекаемой те- 136 стовой заготовки при выпечке радиационно-конвективным способом.............................................................................

2.4.5.3. Определение рационального режима выпечки ржаного формово- 145

го хлеба..........................................................................

Заключение по разделу 2.4.5............................................... 149

2.4.6. Разработка метода пробной лабораторной выпечки ржаного хле- 150 ба..................................................................................

2.4.7. Формирование рекомендаций по совершенствованию технологии 152 ржаного хлеба..................................................................

2.4.8. Апробация основных результатов исследования........................ 153

3. Выводы........................................................................... 155

4. Список сокращений........................................................ 157

5. Список использованной литературы....................................... 158

Приложение А - Внешний вид зерна ржи из Курской области 171 (сорт Орловская 9) после замачивания в течение 10-11ч, после проращивания заданной продолжительностью и сушки в течение

24ч................................................................................

Приложение Б - Влияние влажности ржаного теста на показатели 172

качества ржаного формового хлеба.....................................

Приложение В - Кривые изменения скорости давления диоксида 175 углерода, образующегося в процессе брожения ржаного теста при

различных температурах окружающей среды.........................

Приложение Г - Влияние продолжительности операции оконча- 176 тельной расстойки тестовых заготовок на показатели качества

ржаного формового хлеба.................................................

Приложение Д - Химический состав ржаной хлебопекарной муки 180 Приложение Е - Коэффициенты уравнения амилограмм и тесто- 184 грамм проб ржаной обойной муки, полученной из зерна ржи различных регионов РФ.........................................................

Приложение Ж - Параметры миксолабограмм проб ржаной 186 обойной муки, полученной из зерна ржи различных регионов РФ

Приложение И - Показатели качества ржаного формового хлеба, 187 приготовленного из ржаной обойной муки, полученной из зерна

ржи различных регионов РФ................................................

Приложение К - Физико-химические и органолептические пока- 190 затели качества ржаного хлеба, приготовленного из различных

проб ржаной обдирной муки................................................

Приложение Л - Влияние дозировок молочной кислоты и смеси 191 органических кислот на показатели качества ржаного формового

хлеба..............................................................................

Приложение М - Влияние продолжительности замеса ржаного 194 теста на изменение его реологических свойств и показатели качества ржаного формового хлеба.............................................

Приложение Н - Кинетика прогрева ВТЗ в процессе одностадий- 197 ной выпечки ржаного формового хлеба при различных температурах среды пекарной камеры..............................................

Приложение П - Влияние температуры среды пекарной камеры 200 на показатели качества ржаного формового хлеба в процессе ра-

диационно-конвективной выпечки........................................

Приложение Р - Кинетика прогрева ВТЗ в процессе двухстадий- 204

ной выпечки ржаного формового хлеба..................................

Приложение С - Акты апробации результатов исследований....... 205

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Ржаной хлеб традиционно является одним из основных продуктов питания населения России. Существующие технологии производства ржаного хлеба, исходя из особенностей химического состава ржаной муки, предусматривают применение при приготовлении теста различных видов ржаных заквасок, имеющих титруемую кислотность в пределах 10-16град.

Применение заквасок с такой кислотностью обеспечивает необходимое реологическое поведение ржаного теста при разделке и тестовых заготовок при выпечке. Кроме того, особый вкус, свойственный ржаному хлебу, в значительной мере зависит от видового состава микроорганизмов ржаных заквасок и обусловлен содержанием в готовых изделиях целого спектра органических кислот, играющих существенную роль в формировании физико-химических и биотехнологических свойств ржаных полуфабрикатов.

В разные годы исследованием технологических свойств ржаной муки, микробиологического состава ржаных заквасок и ржаного теста, процесса их созревания, а также влияющих на него факторов во взаимосвязи с качеством хлеба при выпечке занимались многие отечественные и зарубежные исследователи: Л.Я. Ауэрман, В.Ф. Голенков, Л.Н. Казанская, Е.И. Квасников, Л.И. Кузнецова, О.В. Афанасьева, Т.Г. Богатырева, Н.М. Дерканосова, И.В. Черных, Л.А. Буров, В.И. Маклюков, Л.И. Пучкова, В.А. Брязун, И.Е. Ковалева, W. Bushuk, M.J. Callejo, G. Spicher, A.I. Fengler и др.

В последнее время в России наблюдается тенденция снижения удельного потребления ржаного хлеба, посредством замены его ржано-пшеничным или пшеничным хлебом.

Уменьшение выработки ржаного хлеба объясняется рядом причин: производством ржаной муки с нестабильными технологическими свойствами, переходом многих хлебозаводов с трехсменной работы на работу в одну смену, что отражается на стабильности бродильной активности используемых ржаных заквасок, обусловленной остановкой и запуском процесса производства, а также повышенными технологическими потерями при формовании тестовых заготовок.

Что касается оценки технологических свойств ржаной муки, то в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52809-2007 параметры её хлебопекарных свойств не соответствуют критическим точкам, обеспечивающим получение хлеба стабильно высокого качества.

В действующем стандарте приведена только одна наиболее информативная и инструментально определяемая физико-химическая характеристика - это «число падения», раскрывающая технологические свойства муки по реологическому поведению её клейстеризованной суспензии. Данный параметр в большей степени отражает состояние её углеводно-амилазного комплекса. Полная же оценка хлебопекарных свойств ржаной муки может быть осуществлена с использованием дополнительных физико-химических параметров, в первую очередь, реологических характеристик теста, объективно отражающих состояние всех макрокомплексов ржаной муки, а не только углеводно-амилазного.

Прямой метод оценки технологических свойств ржаной муки по показателям качества ржаного хлеба после проведения пробной лабораторной выпечки, также требует своего совершенствования в части пересмотра технологического регламента, как параметров приготовления теста, так и параметров выпечки хлеба.

Поэтому разработка технологических решений по совершенствованию технологии ржаного хлеба на основе использования многопараметрического метода контроля физико-химических характеристик ржаной муки, раскрывающих состояние всех ее биополимеров, установления критических точек этих характеристик и определения рациональных значений реологических параметров теста после замеса и режимов протекания стадий процесса производства ржаного формового хлеба является актуальной задачей для хлебопекарной промышленности РФ.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование технологии производства ржаного хлеба на основе применения многопараметрического метода контроля технологических свойств ржаной муки и установления критических точек измеряемых физико-химических характеристик ржаной муки и

ржаного теста, а также определения рациональных режимов протекания стадий приготовления теста и выпечки хлеба.

Для реализации поставленной цели, направленной на получение ржаного хлеба стабильно высокого качества, решали следующие задачи:

- анализ существующих методов и средств контроля технологических свойств ржаной муки, а также информационно-измерительных систем мониторинга параметров стадий приготовления теста и выпечки ржаного формового хлеба;

- разработка многопараметрического инструментального метода контроля хлебопекарных свойств ржаной муки;

- формирование определенных требований к технологическим свойствам зерна ржи, используемого для производства хлебопекарной ржаной муки и определение критических точек её физико-химических характеристик;

- изучение влияния консистенции и кислотности ржаного теста на протекание технологических операций его замеса и созревания и качество выпекаемого хлеба и установление критических точек физико-химических характеристик ржаного теста;

- изучение влияния режима выпечки тестовых заготовок на изменение их физико-химических параметров и показатели качества готового ржаного формового хлеба;

- разработка метода пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба;

- опытно-промышленная апробация основных результатов исследования.

Научная новизна работы. На основании проведенных комплексных исследований физико-химических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки, а также анализа влияния технологических факторов на формирование реологических свойств ржаного теста при его приготовлении и показатели качества формового хлеба при выпечке:

- выявлена взаимосвязь между показателем «твердозерности» зерна ржи («индексом прочности») и хлебопекарными свойствами ржаной муки; установлены характер его изменения в зависимости от технологических свойств зерна, его

значение (0,3б±0,02 Н-м/(%-с.в.)) и влияние на хлебопекарные свойства ржаной муки;

- установлена зависимость величины сжатия пробы муки и шрота при прессовании от среднего эквивалентного диаметра их частиц, позволяющая косвенным путем оценить их крупность;

- на основе анализа кинетики крутящего момента на приводе месильных органов разработана концептуальная модель формирования коагуляционной структуры ржаного теста при замесе, которая позволяет устанавливать момент получения гомогенной структуры в процессе смешения рецептурных ингредиентов и момент окончания получения его капиллярно-пористой структуры;

- показана взаимосвязь между консистенцией и кислотностью ржаного теста и параметрами его замеса и брожения, установлено улучшение реологических характеристик ржаного теста при его консистенции - 250±10е.Ф. и титруемой кислотности после замеса - б,0±0,5град.;

- выявлена взаимосвязь технологических свойств ржаной муки с показателем эффективной вязкости ржаного теста после замеса, на основании чего установлена критическая точка эффективной вязкости ржаного полуфабриката, равная 277,0±2,0кПа-с;

- установлен характер изменения относительной деформации, объема, температуры тестовой заготовки и давления газовой фракции в её порах при выпечке формового хлеба, позволившая разработать рациональный двухстадийный режим, предусматривающий обжарку тестовой заготовки при температуре 280±5°С в течение времени, обусловливающего образование поверхностного слоя мякиша, толщиной 4-6мм, и допекание изделия при температуре 225±5°С по достижению центральными слоями ржаного хлеба температуры 96-98°С.

Практическая значимость. Разработаны технологические решения, направленные на совершенствование технологии ржаного формового хлеба; сформулированы рекомендации по параметрам технологических свойств зерна ржи, ржаной хлебопекарной муки и режимам стадии приготовления теста и выпечки хлеба.

Разработан многопараметрический метод контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки, предусматривающий определение параметров фаринограммы ржаной муки (времени образования ржаного теста; его разжижения; количества механической энергии, затраченной на формирование структуры теста при замесе), параметров миксолабограммы (величины максимальной консистенции ржаного теста при нагревании и времени ее достижения) и эффективной вязкости ржаного теста.

Определены рациональные значения контролируемых параметров свойств ржаной муки и ржаного теста, а также параметров его приготовления при производстве ржаного формового хлеба. Установлены критические точки физико-химических характеристик ржаной хлебопекарной муки по параметрам фаринограммы и миксолабограммы, обусловливающее формирование рациональных значений реологических свойств ржаного теста при замесе и мякиша хлеба при выпечке.

Выявлены причины дефектов верхней поверхности ржаного формового хлеба при выпечке с температурой среды пекарной камеры, равной 180-240°С. Определен рекомендуемый диапазон температур 260-350°С, при котором следует проводить обжарку выпекаемой тестовой заготовки для обеспечения максимального объема и правильной формы верхней корки формового хлеба.

Разработан метод пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба, предусматривающий приготовление теста с определенными реологическими характ�