3.3 Влияние технологических факторов на процесс пенообразования теста, качество изделий и их оптимизация

В процессе замеса (сбивания) бездрожжевого теста из пшеничной муки под давлением можно выделить следующие ключевые моменты:

равномерное распределение ингредиентов;

растворение и гидратация компонентов муки;

коагуляция набухших частиц муки;

образование газовых пузырьков внутри тестовой массы, которые служат основой структуры конечного изделия.

Изменение реологических свойств теста и его структуризация при замесе обусловлены поглощением механической энергии.

Огггимум удельной работы при замесе теста зависит от ряда факторов: вида, сорта и свойств муки, массовой доли влаги, рецептуры, способа приготовления полуфабрикатов и других факторов.

В образовании пшеничного теста ведущая роль принадлежит белковым веществам муки, которые в присутствии воды способны набухать, растворяться (альбуминовая и глобулиновая фракции) и переходить в раствор.

Скорости набухания и растворения высокомолекулярных веществ с увеличением молекулярной массы уменьшаются и зависят от строения цепочек, их длины и химической связи между ними /2/.

На поверхности белковой глобулы находятся различные гидрофильные группы, способные притягивать к себе дипольные молекулы воды. Полярные группы образуют водородные связи с водой, заряженные группы способствуют электрострикционному сжатию воды в гидратной оболочке. Влияние гидрофобных групп на характеристики воды качественно отличается от влияния полярных и заряженных групп. В связи с этим гидратная оболочка белковой глобулы гетерогенна и способствует агрегативной устойчивости белков в растворе /35/.

Согласно теории термодинамики тонких пленок и устойчивости дисперсных систем ДЛФО (Дерягина, Ландау, Фервея, Овербека), агрегативная устойчивость набухших белковых мицелл при замесе теста зависит от составляющих расклинивающего давления в пленках воды, покрывающих белковые глобулы /60/.

где П5 - структурная составляющая расклинивающего давления; к - константа, равная 1 • 10^ Н/см3; hs - толщина граничного слоя гидратной оболочки, Нм;

1 - константа, равная 0,95±0,20 Нм.

При сбивании тестовой массы под давлением происходит ориентация молекул в пограничных слоях жидкости, повышение вязкости, упругости, что значительно препятствует сближению набухших белковых мицелл.

Сбивание теста под давлением воздуха вызывает окисление сульфгид- рильных групп кислородом с появлением дисульфитных связей, что упрочняет структуру белка, способствует коагуляции белков с образованием однородной пенообразной тестовой массы /75/.

Значительную роль в упрочнении структурного белкового каркаса и агрегировании набухших белковых макромолекул оказывают электростатические и структурные силы, которые проявляются в большей и меньшей степени в зависимости от толщины гидратных оболочек.

При механическом воздействии концентрация воздушных пузырьков в тесте увеличивается, повышается их дисперсность, растет объем пены. Когда в раствор пенообразователя вовлекается много воздуха, образующиеся пузырьки, всплывая, создают на поверхности жидкости пенный слой, толщина которого увеличивается в процессе диспергирования газа. В конечном итоге вся жидкая фаза превращается в пену. По мере того, как жидкость насыщается воздушными пузырьками, толщина перегородок между ними уменьшается, форма пузырьков из сферической постепенно переходит в многогранную. Такие пены отличаются малым содержанием жидкой фазы и характеризуются высокой стабильностью.

Чем больше доля воздушной фазы, выше дисперсность воздушных пузырьков в тесте и его устойчивость, тем выше качество готовых изделий.

Для определения удельной мощности и удельной работы на замес в процессе сбивания теста, влажностью 50-56 % получали семейство кривых

при различной скорости вращения месильного органа 5-15 с"1, давлении подаваемого атмосферного воедуха 0,1-0,4 МПа, продолжительности сбивания 1-5 мин.

На рис. 4 приведены семейства кривых, удельной работы замеса теста и удельной мощности.

На начальной стадии замеса происходит формирование теста из разрозненных компонентов: муки, воды и рецептурных компонентов.

После того, как тесто достигло оптимального замеса, дальнейшее перемешивает делает полуфабрикат влажным и липким. Это объясняется тем, что при продолжительном перемешивании длинные молекулы белка выстраиваются в направлении потока и оказывают меньшее противодействие перемешиванию. гидраты- j ровшше

1 1 1 7 i • ! 0,15

0 0,5 1 1,5 Продолжительность сбивания, мин Рис. 4 - Зависимость удельной мощности замеса теста различной влажности от продолжительности сбивания: 1- 50 %; 2-52 %; 3-54 %; 4-56 %, при скорости вращения месильного органа 11,7 с'1 и давлении сбивания 0,3 МПа.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Продолжительность сбивания, мин Рис. 5 - Зависимость удельной работы замеса теста различной влажности от продолжительности сбивания: 1- 50 %; 2-52 %; 3-54 %; 4-56 %, при скорости вращения месильного органа 11,7 с"1 и давлении сбивания 0,3 МПа.

На рис. 6 показано изменение показателя числа циклов деформации теста ц, влажностью 50 %, при давлении сбивания 0,3 МПа, до начала разрушения его

структуры от скорости вращения месильного органа.

Кривая изменения числа циклов деформации от скорости вращения месильных органов характеризует соотношение двух деформаций: пластической и упругой, определяемых в большей степени соотношением свободной и связанной воды. До экстремума превалирует пластическая деформация, затем она уменьшается, что может быть связано с увеличением количества связанной воды и точка перегиба (при скорости вращения месильного органа 13,3 с') характеризует связанной и свободной влаги и, соответственно упругой и пластической со-ставляющей деформации теста. Дальнейшее увеличение интенсивности замеса полуфабриката не способствует более прочному связыванию влаги с веществами муки и образованию прочных связей между белковыми молекулами.

6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 Скорость вращения месильного органа, с'1

Рис. 6 Влияние скорости вращения месильного органа на изменение числа циклов деформации до момента готовности теста влажностью 50 %, при давлении сбивания 03 МПа

Тесто, замешанное при большей интенсивности (при скорости вращения месильного органа 13,3 с"1), в момент его готовности более липкое на ощупь, в связи с тем что происходит пересбивание теста, воздушные пузырьки разрушаются, объемная масса увеличивается на 8,4; 4,3; 9,4; 7,5 % для влажности теста 50,52,54,56 % соответственно (рис. 7).

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Скорость вращения месильного органа, с*1

Рис. 7 Зависимость объемной массы от скорости вращения месильного органа, при влажности теста, %: 1-50,2-52,3-54,4-56.

Это происходит в связи с тем, что в момент получения пены количество жидкости в ней обычно превосходит то, которое должно соответствовать гидростатическому равновесию. Поэтому уже при образовании пены из нее выделяется жидкость. Избыточная жидкость из пленок пены вытекает в каналы и по ним стекает из верхних слоев пены в нижние в направлении поля силы тяжести до тех пор, пока градиент капиллярного давления не уравновесит силу тяжести.

но повышается капиллярное и расклинивающее давление, что ускоряет коалес- цендию пузырьков и разрушение столба пены.

Для решения задачи оптимизации параметров замеса было применено позиционное рототабельное планирование, которое предусматривает некоторое количество специальным образом распложенных так называемых «звездных точек», что сокращает число опытов и эксперименте /6,12,57,94/.

Основными факторами, влияющими на показатели качества полуфабриката, были определены: влажность теста Х| (48,0 - 58,0 %), скорость вращения месильного органа Х2 (5,0 - 15,0 с"1) и величина давления подаваемого атмосферного воздуха Хз (0,10 - 0,40 МПа).

Пределы изменения фактора влажности теста Xi (48,0 - 58,0 %), обусловлены тем, что при пониженной влажности (46,0 - 48,0 %) не образуется однородная структура теста, влаги недостаточно для растворения белка и образования пенной консистенции полуфабриката, а при завышенной (более 58,0 %) - происходит быстрое разрушение струюуры, вызванное синерезисом. Верхние и нижние значения факторов скорости вращения месильного органа Х2 (5,0 - 15,0 с'1) и величины давления подаваемого воздуха Хз (0,10 - 0,40 МПа), определены в ходе исследований по предельным значениям скорости и давления для получения сбивного бездрожжевого теста.

Все эти факторы совместимы и некоррелированы между собой. Критериями оценки влияния условий приняли эффективную вязкость (У), Па-с), объемную массу (плотность) (Y* г/см3) теста и удельный объём (Y3, см3/1 г массы) выпеченного изделия. Пределы изменения факторов представлены в таблице 10. Таблица 10 - Пределы изменения факторов Уровни планирования Пределы изменения факторов Х| Х2 хз Основной уровень (0) 53 10,0 0,25 Интервал варьирования 5 5,0 0,15 Верхний уровень (-(-1) 58,0 15,0 0.40 Нижний уровень (-1) 48,0 5,0 0.10 Верхняя звездная точка (+1,68) 53,7 6,7 1,78 Нижняя звездная точка (-1,68) 50,3 3,3 0.58 Для исследования выбрали полный факторный эксперимент типа 23.

Таблица 11 - Матрица планирования и результаты эксперимента Опыт Кодированные значения факторов Натуральные значения факторов Значения измеряемого параметра X, х2 Хз х.,% Х2,С"' хз,М11а УьПа-с Y2, Г/см3 Yj,

см3/! г массы 1 +1 +1 +1 58,0 15,0 0,40 ИЗО 1,042 1,77 2 -1 +1 +1 48,0 15,0 0,40 1170 0,851 2,19 3 +1 -1 +1 58,0 10,0 0,40 750 1,080 1,74 4 -1 -1 +1 48,0 10,0 0,40 1070 0,771 2^6 5 +1 +1 -1 58,0 15,0 0,10 662 0,942 1,82 6 -1 +1 -1 48,0 15,0 0,10 1052 0,810 2Л 7 +1 -1 -1 58,0 10,0 0,10 650 1,037 1,67 8 -1 -1 -1 48,0 10,0 0,10 1300 0,798 2Д1 9 +1,68 0 0 53,7 10,0 0,25 1100 1,140 1,51 10 -1,68 0 0 503 10,0 0,25 1672 0,782 2.31 11 0 +1,68 0 544 6,7 0,25 1000 1,060 2,15 12 0 -1,68 0 54,5 3,3 0,25 900 1,075 2,08 13 0 0 +1,68 544 10,0 1,78 715 0,730 2,00 14 0 0 -1,68 54.5 10,0 048 530 0,675 2,01 15 0 0 0 544 10,0 0,25 1060 0,943 Z28 16 0 0 0 544 10,0 0,25 1073 0,942 2Д8 17 0 0 0 54,5 10,0 0,25 1080 0,940 2,27 18 0 0 0 54,5 10,0 0,25 1093 0,941 2,28 19 0 0 0 544 10,0 0,25 1090 0,940 2,27 20 0 0 0 544 10,0 0,25 1080 0,942 2J7 В результате статистической обработки экспериментальных данных получили уравнения регрессии, адекватно описывающие данный процесс под влиянием исследуемых факторов. Значимость регрессионных коэффициентов и адекватность уравнений подтверждена статистическими критериями Кох- рена, Стьюдента, Фишера.

У, - 1079,6-173,03Х,+30,19-Х2+56Л9Х,+Ю7Л Х,247^7 Х22-163,4 Х,2+67,5ХгХ2+85,0 ХгХ3+89,5 ХГХ, (30) У2-0,941-ЮЛ07Х,-0.004Х3-Ю%01 Ш>^ Q23 X, X2"K),03 16Х,Х3*0,028 XrX, ( 32)

Анализ коэффициентов при линейных членах уравнений (30,31,32) показал, что на объемную массу теста (Y2, г/см3) наибольшее влияние оказывает скорость вращения месильного органа и величина давления подаваемого ат-мосферного воздуха; эффективная вязкость теста (Yh Па с) и удельный объём выпеченного изделия (Y^, см3/1 г) в большей степени зависит от влажности полуфабриката и скорости вращения месильного органа.

Для построения трехмерного графика значение влажности теста Х| приняли равным 50,0 % т. к. при такой влажности, тесто пенообразной структуры имело постоянные физико-химические характеристики, и выпеченные изделия, на его основе, обладали наилучшими значениями показателей качества.

Графические зависимости полученных характеристик теста от исследуемых факторов представлены на рисунках 8,9,10.

Рисунок 8 - Зависимость объемной массы теста от скорости вращения месильного органа и величины давления подаваемого атмосферного воздуха

Рисунок 9 - Зависимость объемной массы теста от скорости вращения сильного органа и величины давления подаваемого атмосферного воздуха