На правах рукописи
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЖАНО-ПШЕНИЧНОГО ХЛЕБА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАМОРОЖЕННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ГОТОВНОСТИ
Специальность 05.18.01. – Технология обработки, хранения и
переработки злаковых, бобовых культур,
крупяных продуктов, плодоовощной
продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
доктор технических наук, профессор
Ведущая организация: Международная промышленная академия
Защита состоится « 13 » ноября 2008 г. в 1000 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств», г. Москва, Волоколамское шоссе, ауд. 229.
Автореферат размещен на сайте www. *****.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств».
Автореферат разослан « 10 » октября 2008 г.
Ученый секретарь
Совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Разработка и внедрение в производство конкурентоспособных, принципиально новых технологий с целью расширения ассортимента хлебобулочных изделий является одним из магистральных направлений в деле ускорения научно-технического прогресса в области хлебопечения.
В настоящее время широкое распространение получило производство хлебобулочных изделий из замороженных частично выпеченных полуфабрикатов - полуфабрикатов высокой степени готовности. Применение данного способа производства хлебобулочных изделий позволяет предприятиям гибко реагировать на потребности рынка, а также уменьшать расходы на оборудование и транспортирование продукции.
Актуальность данного направления исследований подтверждается и тем, что технология замораживания полуфабрикатов хлебопекарного производства позволяет иметь их пополняемый запас в ассортименте, наладить выпечку продукции широкого ассортимента на предприятиях любой мощности, а также имеет стратегическое значение. Выпуск замороженных полуфабрикатов хлебобулочных изделий в ассортименте на промышленной основе открывает значительные перспективы для организации сбалансированного питания населения в различных регионах нашей страны.
Решению отдельных аспектов проблемы производства хлеба из замороженных полуфабрикатов посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей: , , K. Lorenz, K. Kulp, Y. Inoue, W. Bushuk и др. Однако, в связи с отсутствием научного обоснования технология производства ржано-пшеничного хлеба из полуфабрикатов высокой степени готовности еще не разработана.
Совершенствование данного направления в хлебопекарной промышленности диктует необходимость поиска, разработки и внедрения современных технологий. Исследование комплексных биотехнологических и теплофизических процессов, происходящих при замораживании, криохранении и размораживании ржано-пшеничных полуфабрикатов имеет не только теоретическое значение, но и большую практическую значимость для хлебопекарной промышленности. Обеспечение высокого качества таких изделий может быть достигнуто в результате глубокого и всестороннего анализа процессов, происходящих на различных стадиях технологического процесса производства хлеба.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработка теоретического обоснования и научно-практических рекомендаций по организации технологического процесса приготовления ржано-пшеничного хлеба из замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
- исследование влияния различных технологических факторов на теплофизические свойства тестовых заготовок, предназначенных для приготовления замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, и качество хлеба;
- исследование влияния различных технологических факторов на динамику процессов замораживания и размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности и качество хлеба;
- исследование влияния условий размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на динамику изменения температуры центра и структуру крахмальных зерен;
- исследование влияния условий размораживания и допекания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на теплофизические характеристики и качество хлеба;
- разработка методики определения степени готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного хлеба, предназначенных для замораживания;
- исследование влияния параметров технологического процесса на структуру крахмальных зерен, физико-химические свойства и качество хлеба, приготовленного из замороженных ржано-пшеничных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности;
- разработка технологии замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности и проекта технологической документации;
- апробация результатов исследований в производственных условиях.
Структурная схема исследований приведена на рис. 1.
Рис. 1 Структурная схема проведения исследований
Рис.1. Структурная схема исследований
Научная новизна работы. Впервые проведены комплексные исследования реологических, теплофизических и физико-химических свойств хлеба, приготовленного с использованием ржано-пшеничных подовых и формовых полуфабрикатов высокой степени готовности на стадиях их замораживания, криохранения и размораживания.
Установлен характер изменения количества энергии, затрачиваемой на фазовые переходы влаги при замораживании и размораживании ржано-пшеничных тестовых заготовок и полуфабрикатов высокой степени готовности, в зависимости от различных технологических факторов.
Показано, что термодинамический критерий Н (энтальпия) позволяет установить взаимосвязь между теплофизическими характеристиками ржано-пшеничных тестовых заготовок и полуфабрикатов высокой степени готовности и качеством готовых изделий.
Установлена динамика процессов замораживания и размораживания ржано-пшеничных подовых и формовых полуфабрикатов высокой степени готовности в зависимости от различных технологических факторов.
Определена взаимосвязь между способом размораживания ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, структурой их крахмальных зерен и теплофизическими характеристиками хлеба.
С помощью методов ультрафиолетовой спектрометрии и высокоэффективной жидкостной хроматографии установлена взаимосвязь между продолжительностью криохранения и различными способами размораживания и допекания ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности с физико-химическими свойствами и качеством готовых изделий.
Практическая значимость. На основании выполненных исследований разработана технология приготовления замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, в основу которой положена взаимосвязь между реологическими, теплофизическими и физико-химическими характеристиками полуфабрикатов и параметрами технологического процесса.
Установлена взаимосвязь между способом упаковки ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, скоростью их замораживания и качеством хлеба.
Определена структура крахмальных зерен ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности и образцов хлеба в зависимости от различных технологических факторов, что позволяет прогнозировать и оценивать скорость черствения хлеба.
Разработана методика определения степени готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного хлеба, предназначенных для замораживания, на основе теории подобия физических явлений.
Проведены производственные испытания влияния продолжительности криохранения ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности на качество хлеба «Дарницкий» формовой в условиях БКК «Серебряный бор» Москвы.
Разработана методика определения теплофизических характеристик полуфабрикатов и готовых хлебобулочных изделий.
Разработаны технологические схемы производства замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности (по рецептуре хлеба «Дарницкий» подовой массой 0,7 кг и хлеба «Дарницкий» формовой массой 0,35 кг).
Показана эффективность технологии производства ржано-пшеничного хлеба с использованием полуфабрикатов высокой степени готовности.
Разработан проект технической документации на новый вид замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности и готовых изделий из них «Хлеб Домашний» (ТУ 0680634–08).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 75-летию кафедры «Технология хлебопекарного и макаронного производств» МГУПП и 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора (Москва, 2005 г.); на IV Международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2006 г.); на V Юбилейной школе-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2007 г.); на V Международной выставке и научно-практической конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности» (Москва, 2007 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах основного текста, включает 36 рисунков и 16 таблиц. Список литературы состоит из 157 источников российских и зарубежных авторов.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Рассмотрены и систематизированы сведения, имеющиеся в научно-технической литературе, по технологии замораживания хлебобулочных изделий. Освещены существующие технологии. Представлены и проанализированы теоретические и научно-практические аспекты основных стадий технологического процесса производства хлебобулочных изделий, приготовленных на основе замороженных полуфабрикатов, а также описаны факторы, влияющие на качество готовых изделий. Отражены перспективы использования СВЧ-энергоподвода в криотехнологии хлебопекарного производства.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬАЯ ЧАСТЬ
Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технология хлебопекарного и макаронного производств», «Технология и оборудование упаковочного производства» и «Энергетика теплотехнологии» в ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств», на филиале кафедры «Технология хлебопекарного и макаронного производств», расположенном на БКК «Серебряный бор» (Москва), в лаборатории термодинамики и энергетики биологических систем Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Московская область, Пущино), а также в лаборатории Центра испытаний и сертификации пищевой продукции «Тест-Пущино» (Пущино). Производственные испытания проводили в условиях БКК «Серебряный бор».
2.1. Объекты и методы исследования
В работе использовали общепринятые и специальные методы оценки свойств сырья, полуфабрикатов и качества готовых изделий. Продолжительность прогрева тестовой заготовки в пекарной камере составляла 75% продолжительности выпечки. Однако, в связи с тем, что в данной работе иная степень готовности не рассматривалась, то вместо термина «тестовые заготовки различной степени готовности» использовали термин «полуфабрикаты высокой степени готовности».
При проведении исследований использовали по 3 пробы ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта. Определение амилолитической активности ржаной муки осуществляли на приборе «Амилотест АТ-97 (ЧП-ТА)» НПО «Радиус». Реологические свойства сырой клейковины пшеничной муки 1-го сорта определяли по её способности оказывать сопротивление деформирующей нагрузке сжатия на приборе ИДК-2М. Определение белизны ржаной и пшеничной муки проводили на приборе «Блик-Р3».
Тесто готовили из смеси ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта на густой ржаной закваске и замешивали в лабораторной тестомесильной машине марки Diosna. После брожения исследуемые образцы теста делили и формовали в тестовые заготовки, которые помещали в расстойный шкаф температурой 35-37°С и относительной влажностью воздуха 75-80%. Частичную выпечку тестовых заготовок осуществляли в лабораторной печи Winkler wachtel. Продолжительность частичной выпечки подовых тестовых заготовок массой 0,77 кг составляла 30 мин (10 мин при температуре пекарной камеры 270°С, 20 мин – при 240°С). Продолжительность частичной выпечки формовых тестовых заготовок составила 31,5 мин при температуре пекарной камеры 250-260°С. Частично выпеченные полуфабрикаты охлаждали в естественных условиях, упаковывали и помещали в морозильную камеру. После криохранения полуфабрикаты освобождали от упаковки и размораживали. Размораживание замороженных полуфабрикатов проводили до полного оттаивания в естественных условиях при температуре помещения и в условиях электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) в микроволновой печи Samsung G2712NR. После размораживания проводили допекание полуфабрикатов радиационно-конвективным (РК) и сверхвысокочастотным (СВЧ) способами. Анализ готовых изделий осуществляли через 4, 24 и 72 ч после выпечки (в зависимости от поставленных задач).
Реологические характеристики мякиша готовых хлебобулочных изделий определяли на приборе «Структурометр СТ-1М».
Изменение температуры в центре тестовых заготовок при выпечке и динамику процессов замораживания и размораживания исследуемых проб регистрировали при помощи Digital Multimetr.
Теплофизические характеристики (ТФХ) полуфабрикатов и проб готовых изделий определяли калориметрическим методом при помощи информационно-измерительного комплекса на базе дифференциального сканирующего микрокалориметра ДСМ-3А.
Физико-химические характеристики хлеба определяли при помощи УФ-спектроскопии и хроматографического анализа на спектрофотометре марки Specord M40 Carl Zeiss Jena и хроматографе марки Varian ProStar.
Структуру крахмальных зерен исследуемых проб определяли при помощи светового оптического микроскопа.
2.2. Результаты исследования и их анализ
2.2.1. Исследование влияния различных технологических факторов на теплофизические свойства тестовых заготовок, предназначенных для приготовления замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, и качество хлеба
Для объяснения теплофизических процессов, происходящих при замораживании и размораживании тестовых заготовок, определяли температуру начала замораживания и размораживания (ºС), энтальпию пика (mW) и энтальпию исследуемого образца (Дж/г).
На первом этапе исследований проводили определение влияния влажности теста и соотношения ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта в рецептуре на теплофизические свойства тестовых заготовок, предназначенных для приготовления замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности. На рис. 2 и 3 представлена энтальпия исследуемых образцов ржано-пшеничного теста, т. е. энергия, затрачиваемая на фазовые переходы влаги при замораживании и размораживании.
| Установлено, что значение энтальпии минимально у образцов теста влажностью 48,5% (при замораживании – -8,81 Дж/г, при размораживании – 2,74 Дж/г) при соотношении ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта в рецептуре: 60:40 и 70:30 (при замораживании – -15,4 Дж/г и -11,71 Дж/г, при размораживании – 9,77 Дж/г и 5,29 Дж/г, соответственно). Следовательно, именно у этих образцов наблюдалось состояние, наиболее близкое к термодинамическому равновесию системы. Таким образом, данные показатели влажности и соотношения оптимальны для приготовления замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности и последующего производства хлеба на их основе. На следующем этапе исследований проводили определение влияния соотношения ржаной и пшеничной муки в рецептуре на показатели качества готового хлеба. | |
Рис.2. Энтальпия образцов теста различной влажности при замораживании и размораживании | ||
| ||
Рис.3. Энтальпия образцов теста с различным соотношением ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта при замораживании и раз-мораживании |
Органолептическая оценка качества показала, что хлеб, приготовленный на основе замороженных тестовых полуфабрикатов при соотношении в рецептуре ржаной и пшеничной муки 50:50 и 60:40, обладал лучшим ароматом и вкусовыми качествами.
Анализ полученных данных свидетельствует о влиянии соотношения ржаной и пшеничной муки в рецептуре замороженных тестовых заготовок на физико-химические показатели качества готового хлеба. Определено, что наибольшим показателем пористости и сжимаемости мякиша хлеба характеризовались образцы с соотношением ржаной и пшеничной муки в рецептуре 60:40 и 70:30, а именно 60% и 59%, а также 8,1 мм и 7,9 мм, соответственно.
Таким образом, тестовые заготовки влажностью 48,5% и соотношением ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта в рецептуре 60:40 и 70:30 обладали наилучшими теплофизическими характеристиками, а хлеб, приготовленный из них, – наиболее высокими показателями качества.
2.2.2. Исследование влияния различных технологических факторов на динамику процессов замораживания и размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности и качество хлеба
Проводили определение влияния способа упаковки ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности (массой 0,7 кг) на динамику процессов замораживания и размораживания.
Упаковку полуфабрикатов перед замораживанием проводили следующим образом:
1. Образцы без упаковки (БУ).
2. Образцы упаковывали методом прямого контакта, т. е. без образования воздушной прослойки между пленкой и образцом в пищевую полиэтиленовую пленку (ПЭ-1).
3. Образцы упаковывали в полиэтиленовые пакеты для замораживания с образованием воздушной прослойки между пленкой и образцом (ПЭ-2).
4. Образцы упаковывали в полипропиленовые пакеты для замораживания с образованием воздушной прослойки между пленкой и образцом (ПП).
При определении динамики замораживания и размораживания барьерная пленка для вакуумной упаковки (ВКМ) не применялась, так как внедрение термопары в термический центр пробы нарушило бы состояние вакуума.
На рис. 4 показана динамика изменения температуры замораживания в центре ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, упакованных различными способами.
Для определения степени минимизации негативного влияния образования кристаллов льда на структуру исследуемых образцов, были выполнены расчеты по определению средней скорости замораживания ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности на основании методических указаний Международного института холода (МИХ). Согласно данной методики, средняя скорость замораживания vср (см/ч) рассчитывается как отношение минимального расстояния от поверхности изделия до его термического центра (l) ко времени, пошедшему от достижения центром 0°С до охлаждения его на 10°С ниже криоскопической температуры (ﺡ), т. е. vср = l / ﺡ.
| Установлено, что наилучшим способом замораживания ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности является ПЭ-1 и ПЭ-2, а наихудшим – ПП. Использование неупакованных полуфабрикатов недопустимо с точки зрения технологии, так как при длительном хранении будет наблюдаться значительная усушка, а также возникает опасность микробиологического заражения. Криоскопическая температура всех исследуемых образцов, независимо от способа их упаковывания, составила -3°С. | |
Рис.4. Динамика изменения температуры замораживания в центре ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности, упакованных различными способами |
Показано, что способ замораживания подовых полуфабрикатов (массой 0,7 кг), согласно классификации МИХ, характеризуется медленной скоростью процесса, равной 0,6-0,8 см/ч.
Анализ органолептических показателей качества хлеба, приготовленного из упакованных различными способами полуфабрикатов показал, что за 6 нед. криохранения полуфабрикатов изменений органолептических показателей мякиша хлеба не происходило. Исключение составили образцы БУ, у которых наблюдался сильно крошащийся мякиш с заметными существенными уплотнениями, а также пробы ВКМ, которые характеризовались чрезмерно бугристым, морщинистым состоянием поверхности и заметно уплотненным состоянием мякиша.
Наибольшим показателем общей деформации мякиша ржано-пшеничного хлеба при краткосрочном криохранении (1 нед.) полуфабрикатов и одним из наименьших – при долгосрочном (6 нед.), характеризовались образцы ПП, 6,14 и 2,87 мм, соответственно. Однако, средняя скорость замораживания этих полуфабрикатов была наименьшей. Такое несоответствие объясняется тем, что продолжительность II периода замораживания (плато-фаза) при льдообразовании оказывает существенное влияние на стойкость замороженных продуктов только при их хранении. Следовательно, в результате льдообразования за наименьший период времени значительно увеличивается стойкость продукта во время его долгосрочного криохранения, а не при анализе через 7 суток. Данный факт свидетельствует о том, что при долгосрочном криохранении полуфабрикатов у данных образцов наблюдается максимальное ухудшение свойств мякиша хлеба. Наименьшее значение показателя общей деформации мякиша хлеба наблюдалось у проб ВКМ - 3,17 мм и 1,23 мм при краткосрочном и долгосрочном периоде криохранения полуфабрикатов, соответственно. Это обусловлено заметно уплотненным состоянием мякиша хлеба по причине чрезмерного сжатия полуфабрикатов, полученного на стадии упаковывания в условиях вакуума. У образцов ПЭ-1 наблюдалось наименьшее из всех исследуемых образцов снижение показателя общей деформации мякиша хлеба за 6 нед. криохранения полуфабрикатов от 5,71 мм до 3,65 мм. Следовательно, данные образцы характеризуются наибольшей стойкостью во время криохранения.
Таким образом, для краткосрочного криохранения полуфабрикатов оптимальным из всех представленных способов является полипропиленовая пленка, а для долгосрочного – полиэтиленовая пищевая пленка.
2.2.3. Исследование процессов размораживания и допекания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности
Проводили определение влияния условий размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на динамику изменения температуры центра и структуру крахмальных зерен. Определено, что при размораживании ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности (массой 0,7 кг) в естественных условиях температура в центральной области исследуемых образцов, равная 20-22ºС, достигается за 450 мин, а при размораживании в условиях ЭМП СВЧ - за 20 мин. После чего, вследствие изначально заданной трехминутной выдержки в резонаторе камеры СВЧ, температура распределяется по всему объему изделия равномерно. В результате, конечная температура центра составила 12-14ºС. Таким образом, установлено, что для размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности массой 0,7 кг от -30ºС до 12-14ºС в естественных условиях необходимо затратить 360 мин, а в условиях ЭМП СВЧ – 20 мин.
Хорошо известна связь реологических свойств мякиша хлеба с изменениями состояния крахмала в ходе технологического процесса. Оценка состояния крахмальных зерен хлеба в зависимости от способов размораживания полуфабрикатов высокой степени готовности имеет высокую практическую ценность, так как позволяет прогнозировать скорость черствения хлеба. Регулируемое размораживание исследовалось менее интенсивно, чем начальный процесс холодильной обработки – замораживание. Именно поэтому, технология размораживания пищевых продуктов разработана не столь полно и этим процессам посвящено относительно меньшее число исследований. На следующем этапе были проведены исследования по определению степени влияния различных способов размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на структуру крахмальных зерен. Полученные результаты приведены в таблице.
Влияние различных способов размораживания ржано-пшеничных
полуфабрикатов высокой степени готовности на структуру крахмальных зерен
Способ размораживания (продолжительность размораживания) | Изображение, полученное на световом оптическом микроскопе (увеличение: 500х) |
В естественных условиях (360 мин) |
|
В электромагнитном поле сверхвысокой частоты (20 мин) |
|
Сравнительный анализ полученных микрофотографий показал, что при использовании СВЧ-энергоподвода на стадии размораживания полуфабрикатов крахмальные зерна обладали более крупной формой, что, по-нашему мнению, объясняется спецификой действия электромагнитных волн сверхвысокой частоты на обрабатываемый материал. Крахмальные зерна образцов, размороженных в естественных условиях, представляли собой сжатую, уплотненную структуру. Исходя из того, что ведущую роль в черствении хлеба играет именно модификация структуры крахмала, то выявленные различия, по-видимому, обусловливают высокую скорость протекания процесса черствения опытных проб.
С целью разработки криотехнологии приготовления ржано-пшеничного хлеба из полуфабрикатов высокой степени готовности и определения оптимальных параметров размораживания на следующем этапе исследований проводилось определение влияния условий размораживания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на ТФХ хлеба при помощи ДСМ. Показано сходство ТФХ ржано-пшеничного хлеба, приготовленного с использованием полуфабрикатов, размороженных в различных условиях. Однако, как уже было отмечено ранее, продолжительность размораживания полуфабрикатов сокращается с 360 мин (для проб, размороженных в естественных условиях) до 20 мин (для проб, размороженных в условиях ЭМП СВЧ), что, с технологической точки зрения, более целесообразно, а с экономической – достаточно выгодно.
В соответствии с поставленными задачами на следующем этапе исследований проводили определение влияния различных способов размораживания и допекания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на показатели качества хлеба.
Для оценки влияния различных способов размораживания и допекания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов на сохранение свежести хлеба, анализ свойств мякиша проводили через 4 и 24 ч хранения. За 24 ч хранения органолептические показатели качества хлеба практически не изменились, за исключением состояния корки и реологических свойств мякиша у образцов, приготовленных с использованием СВЧ. Корка стала менее выпуклой, а мякиш превратился из уплотненного, эластичного в заметно уплотненный, неэластичный. Полученные результаты по основным физико-химическим показателям качества хлеба с учетом его черствения приведены на рис. 5.
|
|
Рис.5. Влияние способов размораживания и допекания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности на изменение формоустойчивости (а) и общей деформации (б) хлеба; контроль – образцы хлеба, не подвергавшиеся замораживанию; 1, 2 – образцы хлеба, приготовленные из полуфабрикатов, размороженных в естественных условиях и в условиях ЭМП СВЧ, соответственно, а довыпеченных РК-способом; 3, 4, 5 – образцы хлеба, приготовленные из полуфабрикатов, размороженных СВЧ-способом и довыпеченных в условиях ЭМП СВЧ в течение 3, 6 и 9 мин, соответственно. |
При анализе хлеба через 4 ч хранения было выявлено, что наилучшими показателями качества хлеба обладали опытные образцы, приготовленные с использованием ЭМП СВЧ на стадиях размораживания и допекания полуфабрикатов. Данный факт свидетельствует о том, что создаются благоприятные условия для протекания внутренних эндотермических процессов, способствующие образованию более структурированной системы мякиша хлеба.
Через 24 ч хранения физико-химические показатели качества исследуемых образцов уменьшились. Наибольшее снижение исследуемых показателей было обнаружено у опытных образцов, подвергнутых СВЧ-обработке. Установленные различия определяемых характеристик проб хлеба, по нашему мнению, связаны со специфическим воздействием ЭМП СВЧ на биополимеры хлеба.
Показано, что через 4 ч хранения хлеба СВЧ-способ размораживания и допекания позволяет интенсифицировать данные процессы, снижать удельные энергозатраты и повышать качество хлебобулочных изделий. Определено, что наилучшие показатели качества готовых свежевыпеченных хлебобулочных изделий достигаются при использовании СВЧ-способов размораживания и допекания в течение 6 и 9 мин, а при их хранении в течение 24 ч - при размораживании в естественных условиях и допекании РК-способом.
2.2.4. Разработка методики определения степени готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного хлеба, предназначенных для замораживания
Руководствуясь известными положениями теории подобия физических явлений, был реализован обобщенный подход к определению рациональной длительности прогрева выпекаемых заготовок, предложенный и поставлена задача по обобщению полученных опытных данных с целью разработки методики определения степени готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного хлеба.
При решении поставленной задачи исходили из того, что выпечку подобных видов хлебобулочных изделий с пропорциональными сходными размерами, а также производимых из аналогичного сырья и при идентичных условиях, можно охарактеризовать безразмерным критерием Фурье:
, (1)
где a – коэффициент температуропроводности выпекаемых заготовок, м²/с;
τ – продолжительность прогрева выпекаемых заготовок, с;
R – определяющий размер, равный отношению трехкратного объема полуфабриката V к площади его поверхности F, м.
Определив значение критерия Фурье для конкретного объекта исследования – 
, соответствующую продолжительность прогрева полуфабриката 
, подобного исследованному объекту, можно представить в виде
Исходя из тождества (2), вначале проводили опытные выпечки, в которых объектом исследования были заготовки подового ржано-пшеничного хлеба массой 0,7 кг. Температура в пекарной камере при этом поддерживалась на уровне, рекомендуемом технологическими инструкциями. На рис. 6 представлен график изменения температуры в центральной области выпекаемых заготовок 
с характерной точкой А, которая определяет окончание прогрева выпекаемых заготовок при высокой степени готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного подового хлеба 
. Для исследуемых образцов такая продолжительность составила 30 мин, а соответствующая ей температура 
- 90-91°С.
| Эти параметры были установлены путем проведения дополнительных выпечек с различной степенью готовности полуфабрикатов, которые замораживали, хранили и размораживали, а затем допекали до окончательной готовности. Подставляя результаты измеренной температуры в соотношение (3), с учетом известных температур испарения
зависимость, показанную на рис. 6, выражали в виде функции безразмерной температуры При построении безразмерной функции определяющий размер опытных образцов составил 56 мм. Коэффициент температуропроводности принимался равным | |
Рис.6. Изменение температуры в центральной области опытных образцов ржано-пшеничного подового хлеба массой 0,7 кг | ||
| ||
Рис.7. Изменение безразмерной температуры в центральной области подобных образцов ржано-пшеничного подового хлеба |
и начальной – 
:
= 
, (3)
м²/с.
Для круглого ржано-пшеничного подового хлеба значение критерия Фурье, соответствующее высокой степени готовности 
, равно 0,114 при безразмерной температуре 
, равной 0,85.
Согласно тождеству (2), фактическая продолжительность прогрева до высокой степени готовности полуфабриката
Объем и площадь поверхности реальных полуфабрикатов в формуле (4) нетрудно установить в зависимости от их высоты h и диаметра d:
Аналогичные результаты были получены не только для подового ржано-пшеничного хлеба, но и для формового. Опытные выпечки показали, что для заготовок массой 0,35 кг высокая степень готовности определяется при продолжительности прогрева заготовок до 31,5 мин при определяющем размере, равном 47 мм, и коэффициенте температуропроводности 
м²/с.
Таким образом, высокая степень готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного хлеба характеризуется продолжительностью прогрева его заготовок при которой в центральной области последних достигается температура для подового хлеба, равная 90-91°С, и для формового – 94-95°С. Данная температура определяется критерием подобия Фурье, равным 0,114 и 0,154, соответственно. По этим значениям критерия Фурье устанавливается рациональная продолжительность прогрева выпекаемых заготовок до высокой степени готовности. Для этого необходимо и достаточно иметь информацию о размерах полуфабрикатов и их коэффициенте температуропроводности.
2.2.5. Исследование влияния параметров технологического процесса на структуру крахмальных зерен, физико-химические свойства и качество хлеба, приготовленного из замороженных ржано-пшеничных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности
С целью определения средней скорости замораживания ржано-пшеничных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности (массой 0,35 кг), на основании методических указаний МИХ, нами были выполнены расчеты, согласно которым средняя скорость замораживания данных полуфабрикатов составила 1,68 см/ч, что, согласно классификации МИХ, характеризуется обычной (средней) скоростью процесса. Следовательно, кристаллы льда образуются в местах естественного распределения влаги, что приводит к образованию мелкокристаллической равномерно распределенной структуры исследуемой пробы. Данное обстоятельство дает возможность прогнозировать высокое качество готовых изделий, приготовленных на основе замороженных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности.
На следующем этапе исследований проводили определение влияния продолжительности размораживания исследуемых проб в условиях ЭМП СВЧ на изменение температуры центральных слоев. При размораживании исследуемых образцов СВЧ-способом температура в центральной области, приблизительно равная 20°С, достигалась за 10-12 мин.
В соответствии с поставленными задачами изучали влияние продолжительности криохранения и различных способов размораживания и допекания ржано-пшеничных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности на формирование структуры исследуемых проб, определяемой методом ультрафиолетового (УФ) спектроскопирования. Проводили четыре испытания в двух повторностях на 1-е и 3-и сутки хранения опытных проб, приготовленных из полуфабрикатов, продолжительность криохранения которых составляла 1, 7 и 42 сут. Полученные результаты, в зависимости от продолжительности криохранения полуфабрикатов высокой степени готовности, приведены на рис. 8, а в зависимости от способов их размораживания и допекания - на рис. 9.
|
| ||||
Рис.8. Спектр поглощения водно-спиртового экстракта проб хлеба через 24 (а) и 72 (б) ч хранения в зависимости от продолжительности криохранения полуфабрикатов высокой степени готовности |
|
| ||||
Рис.9. Спектр поглощения водно-спиртового экстракта проб хлеба через 24 (а) и 72 (б) часа хранения, в зависимости от способов размораживания и допекания полуфабрикатов высокой степени готовности: Е. у. – размораживание в естественных условиях и допекание РК-способом; СВЧ – размораживание и допекание в условиях ЭМП СВЧ. |
Из приведенных результатов видно, что спектры поглощения исследуемых проб имели одинаковую форму - максимум при длине волны 282 нм. Полученный вид спектра поглощения характерен для группы веществ, содержащих ароматические вещества, по-видимому, белковой природы (аминокислоты, пептиды различной молекулярной массы, белки и др.). Следовательно, на графиках приведены спектры поглощения одних и тех же веществ, но различной концентрации.
Исходя из близости спектров поглощения можно сделать заключение об отсутствии негативного воздействия отрицательных температур, продолжительности криохранения и электромагнитного поля сверхвысокой частоты на молекулярную природу исследуемых проб, следовательно, и на качественный состав конечного продукта.
Детектирование исследуемых веществ посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) проводили при длине волны 282 нм. Полученные результаты приведены на рис. 10.
 |
Рис.10. ВЭЖ-хроматограмма проб хлеба, полученная при регистрации интенсивности поглощения (длина волны 282 нм);
mAU – миллиабсорбционная единица
Вышеуказанными аналитическими методами доказано, что из анализируемых проб экстрагируются химические вещества, характеризующиеся наличием ароматических веществ, по-видимому, белковой природы. Выявлено, что вещества, содержащиеся в пробах водно-спиртового экстракта, разделяются на 7 фракций. При этом спектры поглощения и ВЭЖ-хроматограмы образцов, экстрагируемых из анализируемых проб хлеба, качественно не отличаются друг от друга. Установлено отсутствие негативного воздействия отрицательных температур, продолжительности криохранения и ЭМП СВЧ на формирование структуры исследуемых проб. На основании УФ-спектрофотометрии и ВЭЖХ может быть создана база данных, критерии которой позволят оценить (диагностировать) состояние хлеба. Выход даже одного идентификационного критерия за доверительные границы, установленные как по экспериментальным, так и по опубликованным справочным данным, свидетельствует о возможных нарушениях, допущенных на любом участке технологического процесса.
Определено, что различные способы размораживания и допекания полуфабрикатов высокой степени готовности не существенно влияли на органолептические показатели качества ржано-пшеничного хлеба. Следует отметить, что образцы хлеба, приготовленные из полуфабрикатов, размороженных и довыпеченных СВЧ-способом, характеризовались более высокой степенью черствения, вследствие чего у них наблюдался более уплотненный мякиш и нехарактерная крошковатость, чем у остальных образцов. Однако, при анализе данных проб через 4 ч хранения, их органолептические показатели качества имели наилучшие оценки по сравнению со всеми исследуемыми образцами. У данных хлебобулочных изделий были наиболее выражены характерный хлебный вкус и аромат.
Выявлено, что процесс черствения контрольных образцов хлеба, приготовленных по традиционной технологии, происходит существенно медленнее, чем опытных проб хлеба, приготовленных из замороженных полуфабрикатов. Пробы хлеба, приготовленные из замороженных полуфабрикатов без использования СВЧ-энергоподвода, по основным физико-химическим показателям практически не уступали аналогичным значениям контрольных проб, но только на первые сутки хранения. Пробы хлеба, приготовленные с использованием СВЧ-энергоподвода, имели более высокие значения физико-химических показателей в первые часы после выпечки.
Таким образом, технология ржано-пшеничного хлеба, приготовленного из полуфабрикатов, размороженных и довыпеченных при помощи СВЧ-энергоподвода, по-нашему мнению, подходит для сектора рынка HoReCa – «гостиница – ресторан – кафе», т. е. для производства и мгновенной реализации в сетях быстрого питания.
2.2.6. Промышленная апробация
В результате промышленной апробации технологии ржано-пшеничного хлеба с использованием замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности в условиях БКК «Серебряный бор» была подтверждена правильность подхода к выбору оптимальных режимов. Производственные испытания технологии ржано-пшеничного хлеба с использованием замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности показали целесообразность внедрения ее в производство в условиях пекарен средней мощности, кафе, ресторанов и на хлебозаводах.
3. ВЫВОДЫ
Проведены комплексные исследования реологических, теплофизических и физико-химических свойств хлеба, приготовленного с использованием ржано-пшеничных подовых и формовых полуфабрикатов высокой степени готовности при замораживании, криохранении и размораживании. На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы.
1. Показано, что термодинамический критерий Н (энтальпия) позволяет установить взаимосвязь между теплофизическими характеристиками ржано-пшеничных тестовых заготовок и полуфабрикатов высокой степени готовности с качеством готовых изделий. Установлено, что тестовые заготовки влажностью 48,5% с соотношением ржаной обдирной и пшеничной муки 1-го сорта в рецептуре 60:40 и 70:30 обладают наилучшими теплофизическими характеристиками, а хлеб, приготовленный из них, – наиболее высокими показателями качества.
2. Установлена взаимосвязь между способом упаковки ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности, скоростью их замораживания и качеством хлеба. Показано, что для краткосрочного криохранения данных полуфабрикатов в течение 1 нед. оптимальным является полипропиленовая пленка, а для долгосрочного криохранения в течение 6 нед. – полиэтиленовая пленка (при этом исследуемые образцы должны быть упакованы методом прямого контакта). Показано, что способ замораживания подовых полуфабрикатов массой 0,7 кг характеризуется медленной скоростью процесса, равной 0,6-0,8 см/ч.
3. Определено, что для размораживания ржано-пшеничных подовых (массой 0,7 кг) и формовых (массой 0,35 кг) полуфабрикатов высокой степени готовности от -30ºС до 12…14ºС в естественных условиях требуется 360 мин, а в условиях ЭМП СВЧ – 20 и 10 мин, соответственно.
4. Установлена взаимосвязь между различными способами размораживания и допекания ржано-пшеничных подовых полуфабрикатов высокой степени готовности и качеством хлеба с учетом его черствения. Выявлено, что наилучшие показатели качества готовых свежевыпеченных хлебобулочных изделий достигаются при использовании СВЧ-способов размораживания и допекания, а при их хранении в течение 24 ч – при размораживании в естественных условиях и допекании радиационно-конвективным способом. Показано, что сжимаемость мякиша (общая деформация) хлеба, довыпеченного СВЧ-способом, при анализе хлеба через 4 ч хранения составляла 6,10-6,13 мм, что на 26,5% выше аналогичного показателя хлеба, приготовленного по традиционной технологии.
5. Разработана методика определения степени готовности полуфабрикатов ржано-пшеничного хлеба, предназначенных для замораживания, на основе теории подобия физических явлений.
6. Установлена динамика процессов замораживания и размораживания ржано-пшеничных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности. Определено, что способ замораживания формовых полуфабрикатов массой 0,35 кг характеризуется средней скоростью процесса – 1,68 см/ч.
7. С помощью методов УФ-спектрометрии и ВЭЖХ разработан способ определения физико-химических свойств хлеба, приготовленного с использованием замороженных ржано-пшеничных формовых полуфабрикатов высокой степени готовности, в зависимости от различных технологических факторов. Показано, что спектры поглощения всех исследуемых проб имеют максимум при одной и той же длине волны – 282 нм. Определено, что из анализируемых проб экстрагируются химические вещества, характеризующиеся наличием ароматических веществ, по-видимому, белковой природы. Выявлено, что вещества, содержащиеся в пробах водно-спиртового экстракта, разделяются на 7 фракций, при этом спектры поглощения и ВЭЖ-хроматограмы образцов, экстрагируемых из анализируемых проб хлеба, качественно не различаются между собой. Установлено отсутствие негативного воздействия отрицательных температур, продолжительности криохранения и электромагнитного поля сверхвысокой частоты на формирование структуры исследуемых проб.
8. Установлено, что пробы хлеба, приготовленные из замороженных формовых полуфабрикатов без использования СВЧ-энергоподвода, по основным физико-химическим показателям качества практически не уступали аналогичным значениям контрольных проб, но только в первые сутки хранения.
9. Определена структура крахмальных зерен ржано-пшеничных подовых и формовых полуфабрикатов высокой степени готовности и образцов хлеба в зависимости от различных технологических факторов, что позволило оценить скорость черствения хлеба.
10. Проведена промышленная апробация влияния продолжительности криохранения ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности на качество хлеба «Дарницкий» формовой. Производственные испытания с использованием замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности показали целесообразность внедрения ее в производство в условиях пекарен средней мощности, кафе, ресторанов и на хлебозаводах.
11. Разработана методика определения теплофизических характеристик полуфабрикатов и готовых хлебобулочных изделий.
12. Разработаны технологические схемы производства замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности (по рецептуре хлеба «Дарницкий» подовый массой 0,7 кг и хлеба «Дарницкий» формовой массой 0,35 кг).
13. Произведены экономические расчеты производства ржано-пшеничного подового массой 0,7 кг и формового массой 0,35 кг хлеба с использованием замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности. Цена за единицу продукции при производстве хлеба, приготовленного на основе подовых / формовых полуфабрикатов, составляет 9,97 / 5,09 руб., а приготовленного по традиционной технологии – 9,43 / 4,85 руб. Цена за единицу продукции при производстве замороженных подовых / формовых полуфабрикатов высокой степени готовности составляет 9,12 / 4,56 руб.
14. Разработан проект технической документации на новый вид замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности и готовых изделий из них «Хлеб Домашний» (ТУ 0680634–08).
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Лабутина, Н. В. Возможности дифференциальной сканирующей микрокалориметрии в совершенствовании технологии приготовления замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства [Текст] / , , : сб. материалов юбилейной научно-практической конференции МГУПП. – М.: ИК МГУПП, 2005. – С. 127-136.
2. Лабутина, Н. В. Использование дифференциальной сканирующей микрокалориметрии при оптимизации соотношения ржаной и пшеничной муки в технологии замороженных полуфабрикатов [Текст] / , , // Известия вузов. Пищевая технология. – 2006. – № 1. – С. 108-110.
3. Лабутина, Н. В. Применение дифференциальной сканирующей микрокалориметрии для определения оптимального соотношения ржаной и пшеничной муки и влажности теста в технологии замороженных полуфабрикатов [Текст] / , , // Известия вузов. Пищевая технология. – 2006. – № 4. – С. 43-46.
4. Пономарева, Е. И. Изучение теплофизических характеристик сбивного мучного полуфабриката [Текст] / , , // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. – № 8. – С. 19-20.
5. Суворов, О. А. Структура крахмальных зерен размороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности [Текст] / // Хлебопродукты. – 2008. – № 8. – С. 47-48.
6. Суворов, О. А. Влияние параметров технологического процесса на формирование структуры замороженных частично выпеченных ржано-пшеничных полуфабрикатов и качество хлеба [Текст] / , , // Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации : сб. докладов V юбилейной школы-конференции. – М.: ИК МГУПП, 2007. – С. 115-119.
7. Суворов, О. А. Исследование влияния размораживания ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности на морфологию, физико-химические свойства и качество хлеба [Текст] / , , // Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности : сб. материалов V Международной выставки и научно-практической конференции. – М.: ИК МГУПП, 2007. – С. 75-85.
8. Суворов, О. А. Аналитические измерения в хлебопекарном производстве [Текст] / , , // Пищевая промышленность. – 2008. – № 4. – С. 24-25.
9. Суворов, О. А. Технологические решения использования электромагнитного поля сверхвысокой частоты для размораживания частично выпеченных ржано-пшеничных полуфабрикатов [Текст] / , , // Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации. Ч. III: сб. докладов IV международной конференции-выставки. – М.: ИК МГУПП, 2006. – С. 9-13.
10. Суворов, О. А. Размораживание частично выпеченных полуфабрикатов [Текст] / , , // Хлебопродукты. – 2007. – № 4. – С. 36-37.
