Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы обработки пищевых продуктов холодом 13
1.L Технология приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов 33
1.1.1. Криопротекторные свойства сырья» применяемого для приготовления замороженных полуфабрикатов 36
1.1.2. Технологические параметры процесса приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов 40
1.1.3. Способы консервирования полуфабрикатов хлебопекарного производства и пути их совершенствования 44
1.2. Состояние и свойства воды в пищевых продуктах при замораживании 54
1.3. Функциональная роль микроорганизмов в замороженных полуфабрикатах 56
1.4. Влияние параметров технологического процесса на пищевую ценность хлебобулочных изделий 69
Заключение 76
1.5. Объекты и методы исследований 80
1.5.1. Сырье и материалы, применявшиеся при проведении исследоний 80
L5.2. Методы исследований» применявшиеся в работе 82
1.5.2 Л. Методы исследования свойств сырья 82
L5.2.2. Способы приготовления теста и хлебобулочных изделий 82
1,5-23. Методы исследования свойств полуфабрикатов 85
1.5.2.4. Методы оценки качества хлебобулочных изделий 92
1.5.2.5 Специальные методы исследований 93
1.5.2.6. Методы математической обработки результатов исследований 101
1.5.2.7. Характеристика сырья, применявшегося в работе 101
Глава 2. Научное обоснование разработки технологии хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки 107
2.1 Системный подход к разработке технологии хлебобулочных из делий из замороженных полуфабрикатов 109
2.2. Разработка информационно-измерительной системы для исследования термодинамических параметров процессов замораживания и размораживания 115
2.3. Термодинамические параметры полуфабрикатов хлебопекарного производства как степень их теплофизического состояния в процессах замораживания и размораживания . 122
Заключение к главе 2 130
Глава 3. Влияние процессов замораживания и размораживания на свойства заготовок тестовых полуфабрикатов и качество хлеба из них 131
3.1. Влияние гранулометрического состава ржаной муки на качество хлеба, состояние углеводно-амилазного комплекса и реологические свойства полуфабрикатов при замораживании и размораживании 133
3.2. Влияние влажности ржаной закваски на качество хлеба и изменение реологических характеристик полуфабрикатов при замораживании и размораживании 141
3.3. Расчёт продолжительности замораживания ржано-пшеничных полуфабрикатов (на примере неограниченной пластины толщиной 0,01м) 153
3.4. Разработка технологических критериев процессов замораживания и размораживания полуфабрикатов, отражающих их реологические свойства 158
Заключение к главе 3 164
Глава 4. Стабилизация биотехнологических процессов приготовления ржаного и ржано-пшеничного хлеба из замороженных полуфабрикатов 166
4.1. Влияние видового состава молочнокислых бактерий и дрожжей на качество хлеба, приготовленного из замороженных полуфабрикатов 168
4.2. Влияние процессов замораживания и размораживания на показатели, характеризующие биотехнологические свойства ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов и качество хлеба 182
4.3. Разработка критериев стабилизации биотехнологических процессов приготовления ржаного ржано-пшеничного хлеба из замороженных полуфабрикатов 191
Заключение к главе 4 195
Глава 5. Регулирование качества хлеба из замороженных полуфабрикатов 197
5.1. Криопротекторные эффекты добавления отдельных рецептурных компонентов в ржаные и ржано-пшеничные полуфабрикаты хлебопекарного производства 199
5.2. Взаимосвязь между термодинамическими параметрами полуфабрикатов при замораживании и размораживании и характеристиками криопротекторов , 215
5.3. Разработка технологических критериев процессов замораживания и размораживания полуфабрикатов хлебопекарного производства 221
Заключение к главе 5 226
Глава 6. Разработка оптимальных режимов хранения замороженных тестовых полуфабрикатов 228
6.1. Влияние продолжительности хранения замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов на качество хлеба 229
6.2. Влияние продолжительности хранения замороженных полуфабрикатов на изменение утлеводно-амилазного и белково-протеиназного комплексов и качество хлеба 236
6.3. Сохранность витаминов при хранении замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов 239
5 6.4, Разработка технологических критериев хранения замороженных полуфабрикатов 242
Заключение к главе 6 244
Глава 7. Разработка технологий .хлебобулочных изделий из замороженных ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов 245
7.1. Разработка технологий хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки 246
7.2. Промышленная апробация разработанных технологий хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов 257
7.3. Расчет экономической эффективности (бизнес-план) по планированию и организации производства замороженных полуфабрикатов и готовых изделий из них 259
Заключение к главе 7 264
Выводы и практические рекомендации 265
Список использованной литературы
- Технологические параметры процесса приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов
- Разработка информационно-измерительной системы для исследования термодинамических параметров процессов замораживания и размораживания
- Влияние влажности ржаной закваски на качество хлеба и изменение реологических характеристик полуфабрикатов при замораживании и размораживании
- Влияние процессов замораживания и размораживания на показатели, характеризующие биотехнологические свойства ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов и качество хлеба
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из перспективных технологий в хлебопекарной промышленности является технология приготовления хлебобулочных изделии из замороженных полуфабрикатов.
Хотя последние годы и характеризуются интенсивными исследованиями отдельных аспектов технологии приготовления хлебобулочных изделий, получаемых из замороженных полуфабрикатов, до сих пор лишь немногочисленные работы посвящены совершенствованию данной технологии по производству ржаного и ржано-пшеничного хлеба.
В последнее десятилетие в экономически развитых странах быстрое замораживание утвердилось как промышленный метод, обеспечивающий длительное хранение замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства и получаемых из них готовых изделий. Широкое распространение получила технология приготовления хлебобулочных изделий из замороженных пшеничных полуфабрикатов, которая в настоящее время реализуется в хлебопекарной промышленности и системе общественного питания России,
Технология производства хлеба из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки пока не разработана. Причиной тому является отсутствие научно-практических основ данной технологии» что приводит зачастую к получению большого количества брака, не способствует созданию на предприятиях восполняемого запаса замороженных тестовых заготовок в широком ассортименте, позволяющих гибко реагировать на запросы рынка и поставлять хлебопекарную продукцию потребителю в свежем виде.
Поэтому данное направление исследований является актуальным для хлебопекарной промышленности.
Представленная работа направлена на разработку научно обоснованных технологических решений, необходимых для реализации технологии приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки на хлебопекарных предприятиях различной мощности и расширения ассортимента изделий, получаемых на их основе.
Значительный вклад в решение отдельных аспектов проблемы производства хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов внесли
7 отечественные и зарубежные исследователи — Г .С. Зельман, Т.Н. Ильинская, JLB. Ким, О.В. Тешитель, И.П, Петраш, А-Н. Андреев, Р.Д. Поландова, И.В. Матвеева, К. Lorenz, P. Mazur, W. Bushuk, Y, Inoue, L, Kline и др.
Однако в научно-технической и патентной литературе отсутствуют научно обоснованные подходы к замораживанию, хранению и размораживанию ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов хлебопекарного производства и выбору микроорганизмов для брожения теста с высокими биохимическими и технологическими свойствами, обусловливающими их жизнедеятельность в процессе приготовления хлеба.
Для проведения научных исследований по разработке технологии хлебобулочных изделий из замороженных тестовых заготовок с использованием ржаной муки необходима современная инструментальная база, включающая приборы для изучения термодинамических характеристик полуфабрикатов хлебопекарного производства, В литературе недостаточны сведения о функциональных свойствах сырья и хлебопекарных улучшителей, обладающих криопротекторными свойствами для приготовления ржаного и ржано-пшеничного хлеба хорошего качества из замороженных полуфабрикатов. Отсутствуют критерии оценки реологических характеристик ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов в процессе их замораживания, хранения и размораживания, В отечественной и зарубежной литературе полностью отсутствуют сведения о влиянии замораживания, хранения и размораживания на пищевую ценность хлебобулочных изделий, получаемых из замороженных полуфабрикатов.
Актуальность данного направления исследований подтверждается тем, что они проводились в рамках подпрограммы «Технологии живых систем» научно-технической программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям пауки и техники». Код ГРНТИ: 65.33.03. Код темы по ГАСНТИ: 004,01-03.303- (2000^2002 гг.)-
Тематика исследований входит в план научно-исследовательских работ МГУПП на 2001 - 2005 годы.
Цель и задачи исследований* Целью исследований явилась разработка теоретических и практических основ технологии хлебобулочных изделий, получаемых из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка методологии производства хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки;
создание информационно-измерительного комплекса и разработка методики исследования термодинамических характеристик ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов;
разработка научно обоснованных режимов стабилизации реологических свойств ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании, хранении и размораживании; переходе из вязкопластичного в твердое состояние и обратно;
исследование изменения биотехнологических свойств ржаных и ржано-пшеничпых полуфабрикатов в процессе низкотемпературной обработки: активности ферментов, жизнедеятельности микроорганизмов, вызывающих спиртовое и молочнокислое брожение;
ш разработка технологических критериев замораживания ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов, отражающих их реологические свойства» а также криопротекторные свойства применяемых рецептурных ингредиентов для молочнокислых бактерий и дрожжей;
обоснование и разработка технологий приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки;
разработка ассортимента хлебобулочных изделий из ржаной муки и смеси ржаной и пшеничной муки на основе замороженных полуфабрикатов и технической документации на их производство;
опытно-промышленная апробация и внедрение основных результатов исследований в хлебопекарной промышленности, расчет экономической эффективности предлагаемой технологии.
Научная концепция. В основу разработки теоретических и прикладных основ технологии качественных хлебобулочных изделий, получаемых из замороженных тестовых заготовок с использованием ржаной муки, положена
9 научная гипотеза, заключающаяся в целесообразности формирования реологических свойств твердых полуфабрикатов хлебобулочных изделий с учетом их термодинамических характеристик.
Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования реологических, микробиологических и термодинамических свойств ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов в процессе их замораживания, хранения и размораживания.
Осуществлен выбор культур молочнокислых бактерий Lactobacillus casei и Lactobacillus acidophilus, используемых в качестве стабилизаторов свойств замороженных ржаных заквасок, обеспечивающих интенсивное протекание процесса брожения теста и оптимальные реологические характеристики полуфабрикатов. Определена взаимосвязь между жизнеспособностью молочнокислых бактерий микроорганизмов, используемых для брожения ржаных заквасок, ржаного и ржано-пшеничного теста, и их видовым составом.
Установлены кинетика и динамика реологических характеристик полуфабрикатов при их переходе из вязкопластичного в твердое состояние и обратно. Разработан критерий Я , характер изменения которого отражает процесс кристаллизации высокополимеров при замораживании ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов и позволяет установить взаимосвязь между их термодинамическими характеристиками, реологическими свойствами и качеством готовых изделий.
Определены термодинамические характеристики ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов — энтальпия, криоскопическая температура и температура кристаллизации в процессе замораживания, обусловленные состоянием биополимеров — крахмала и белка, количеством образующегося льда, а также содержанием незамерзающей воды.
Разработаны термодинамические критерии Тс # (температура «стеклования») и Н^ (энтальпия), отражающие природу и криопротекторные свойства рецептурных ингредиентов при воздействии низких температур на ржано-пшеничные полуфабрикаты и их переходе из вязко пластичного состояния в твердое и обратно.
Определен химический состав замороженных ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов, установлены факторы, оказывающие влияние на
10 сохранность витаминов при хранении тестовых заготовок и качество выпеченного хлеба, К ним относятся: продолжительность хранения замороженных полуфабрикатов; влажность ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов» предназначенных для хранения.
Установлены закономерности тепло - и массообмена при выпечке ржано-пшеничного хлеба из замороженных тестовых полуфабрикатов. Получена эмпирическая зависимость между массой ржано-пшеничных хлебобулочных изделий и продолжительностью выпечки.
Практическая значимость работы.
На основании выполненных исследований разработаны технологии приготовления замороженных ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов и ассортимент хлебобулочных изделий, в основу которых положена взаимосвязь между жизнедеятельностью молочнокислых бактерий, активностью ферментов ржаной закваски и ржано-пшеничного теста, реологическими характеристиками полуфабрикатов и параметрами технологического процесса.
Разработан эффективный способ консервации ржаных заквасок холодом с применением препарата «Цитоферм» на основе молочнокислых бактерии Lactobacillus casei ТМБ-Д в составе сухой ' молочнокислой закваски (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке RU № 2003117108 от 03 Л 0.2003 г.).
Разработала технология производства хлеба из ржаной муки и ее смеси с пшеничной мукой из замороженных полуфабрикатов, которая реализована на ГУП Москвы БКК «Серебряный бор» (Патент РФ № 2146091. Опубл. 10.03.2000. Бюл.№ 7).
Создан информационно-измерительный комплекс для контроля термодинамических характеристик основного и дополнительного сырья, ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов, позволяющий осуществлять управление процессом производства замороженных тестовых заготовок и получаемых из них готовых изделий.
Разработана программа производственного контроля предприятия, вырабатывающего хлебобулочные изделия из замороженных ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов, в соответствии с системой анализа опасностей по критическим контрольным точкам (НАССР)-
Проведена апробация технологии хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов, приготовляемых на основе диспергированной зерновой массы. В качестве регулирующего фаюгора реологических характеристик и термодинамических характеристик полуфабрикатов использована низкотемпературная обработка (Патент РФ 2216175. Опубл. 20.11.2003. Бюл. № 32), Разработанная технология апробирована на ОАО «Калининградхлеб» Московской области; произведена и реализована населению опытная партия хлебобулочных изделий «Древнерусские».
Разработана и утверждена техническая документация на 6 видов новых хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов: хлеб и булки из целого зерна «Древнерусские» (ТУ 9115*029-02068631-96); хлеб и хлебобулочные изделия «Колос» (ТУ 9113-032-02068634-96); хлеб ржано-пшеничный «Русский» (ТУ 9113-045-02068634—00); лепешки ржано-пшеничные замороженные «К завтраку» (ТУ 9113-047-02068634-01); замороженные полуфабрикаты «Нежные» и готовые изделия из них (ТУ 9113-001-59699320-02); хлеб ржано-пшеничный «Полесье» из замороженных полуфабрикатов (ТУ 9113-052-02068634-02).
Технология ржано-пшеничного хлеба из замороженных ржаных заквасок и замороженных ржано-пшеничных тестовых заготовок апробирована на хлебопекарных предприятиях Москвы, в том числе на ГУП БКК «Серебряный бор», ОАО ЭБКК «Звездный», хлебозаводе № 2 Татхлебпрома (г- Казань), на малых предприятиях Российской Федерации - «Вкус», «Ружена», «Каравай» и «Фактор плюс». По разработанным технологиям произведены и реализованы населению опытные партии хлебобулочных изделий.
Проведена апробация технологии производства замороженных полуфабрикатов: ржаной закваски, ржаных и ржано-пшеничных тестовых заготовок на мини-производстве Московского государственного университета пищевых производств (МГУПП) «Секция хлебных технологий» и передана нормативная документация на их производство.
Разработаны технологические рекомендации для использования при проектировании и конструировании морозильного оборудования. Рекомендации учтены фирмой «Агро-3» при разработке новых конструкций холодильного оборудования для применения в хлебопекарной промышленности.
Рассчитан бизнес-план по организации производства,
специализирующегося на выпуске замороженных ржано-пшеничных тестовых полуфабрикатов с выходом на основные показатели инвестиций: NPV—5 508 475 руб.; IRR=18%; РВР^12 месяцев.
Оборудовано автоматизированное рабочее место (АРМ) технолога для определения термодинамических характеристик образцов сырья, полуфабрикатов хлебопекарного производства и готовых изделий на ГУП Москвы БКК «Серебряный бор». АРМ технолога используется работниками лаборатории данного предприятия, студентами и аспирантами кафедры «Технология хлебопекарного и макаронного производств» МГУПП при выполнении научно-исследовательских, в том числе дипломных, работ и диссертационных исследований.
Теоретические и прикладные положения диссертационной работы включены в учебные курсы «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»; «Учебно-исследовательская работа»; «Оптимизация и моделирование технологических процессов»; «Ассортимент хлебобулочных и мучных кондитерских изделий»; учебную программу центра подготовки и переподготовки кадров МГУ 1111; методические материалы центра обучения специальным программам МГУПП и учебную программу Международной промышленной академии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Всесоюзной научной конференции «Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания» (г. Харьков, 1990 г.); Международной научно-технической конференции «Пища, экология, человек» (Москва, 1995 г.); Межрегиональной научно-практической конференции «Пищевая промышленность - 2000» (г. Казань, 1996г«); Научно-практическом семинаре работников хлебопекарной промышленности Московской области (Москва, 1997 г.); Международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1998 г.); Научно-практическом семинаре работников хлебопекарной промышленности Московской области (г, Сергиев-Посад, 1998 г.); Международном семинаре «Хлеб - 99» (Москва, 1999 г.); Международной конференции молодых ученых «Химия и биотехнология пищевых веществ-
13 Экологически безопасные технологии на основе возобновляемых природных ресурсов», посвященной памяти М.Н, Манакова (Москва, 2000 г.); Конференции «Качество и безопасность продуктов питания» (Москва, 2000 i\); Международном профессиональном семинаре «Хлеб - 2000» (Москва, 2000 г.); 1-м Балтийском конгрессе по ржи ICC «Research, Quality, Processing» Market» (г. Каунас, 2001 г.), Юбилейной Международной научно-практической конференции «Продукты питания XXI века», посвященной 70-летию МГУПП (Москва, 2001 г.), Второй Международной конференции ICC «Grain, flour and bread quality» (Москва, 2002), Международной конференции, посвященной 80-летию специальности «Технология хранения и переработки зерна» МГУТШ (Москва, 2002 г.); Всероссийской научно-технической конференции-выставке с международным участием «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» (Москва, 2002 г.). Международной выставке и Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2003 и 2004 гг.); Международной выставке и научно-практической конференции «Современные тенденции развития ассортимента и улучшения качества хлебобулочных изделий» (Москва, 2004 г-)-
Технологические параметры процесса приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов
Тесто можно заморозить сразу после замеса или после брожения (частичного или полного). Промышленное замораживание теста в основном ориентировано на ускоренные (однофазные) способы его приготовления с использованием интенсивного замеса и улучшителей. При этом в традиционный технологический процесс следует внести ряд изменений с тем, чтобы обеспечить стабильность теста при замораживании.
Если тесто перед замораживанием по технологии не подвергают брожению, то его замешивают с более низкой, чем обычно температурой- Оптимальная температура такого теста составляет 16...20 СС, но допустимы ее колебания в пределах от 20 С до 25 С.
Для снижения температуры теста применяют охлажденное сырье и воду с температурой близкой к 0 С. При использовании скоростных тестомесильных машин допускается ограничение температуры теста до 26 С [21, 22, 24, 59, 113].
Для стабилизации свойств теста при хранении не рекомендуется допускать активацию дрожжей до его обработки холодом, поэтому при замораживании теста необходимо свести к минимуму стадию брожения, что достигается при использовании ускоренного способа тестоприготовления.
Перед разделкой тесто (в зависимости от его массы и продолжительности формования) отлеживается 5 - 10 мин. Максимальная продолжительность разделки теста составляет 30 - 60 мин. Для сокращения указанных сроков рекомендуется замешивать тесто небольшими партиями.
Как показано исследованиями Ким [18, 120 - 122] оптимальными для замораживания являются батонообразные тестовые заготовки диаметром 7,5 см, длина батонов в зависимости от их массы может быть 16-28 см. Тестовые заготовки для круглых булок следует формовать так, чтобы максимальное расстояние до их центра не превышало 7,5 см.
Были проведены исследования и рассмотрены факторы, влияющие на качество готовых изделий, приготовленных из замороженного теста, в том числе, параметры замораживания, хранения, оттаивания, выпечки и др. Установлено, что условия замораживания оказывают влияние на качество готовых изделий. Лучшими органолептическими и физико-химическими показателями обладают образцы, выпеченные из теста, замороженного при температуре -35.-,-40 С, Более высокая температура замораживания теста значительно снижает объем и влажность хлеба [90, 127, 128,130,146, 258, 379, 381, 382].
Исследовано влияние хранения замороженного теста и циклов замораживание - размораживание на реологические и хлебопекарные свойства теста и хлеба, приготовленного из замороженных полуфабрикатов, что при проведении 3-х циклов замораживание - размораживание полуфабрикатов качество хлебобулочных изделий ухудшалось по всем показателям.
Усцелемовой [258] была изучена ультраструктура замороженных заготовок, приготовленных из пшеничного теста, методом низкотемпературной сканирующей микроскопии в зависимости от продолжительности хранения и циклов замораживание-размораживание. После 24 часов хранения заготовок отмечалось, что зерна не повреждены, а повреждена кристаллами льда клейковинная решетка. После циклов размораживания-замораживания наблюдалось разрушение клейковин-ной решетки, которая полностью переставала удерживать крахмал.
При производстве хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов необходима специальная технологическая подготовка, которая заключается в размораживании замороженных тестовых заготовок. Это заключительная операция в непрерывной холодильной цепи, цель которой привести тестовые заготовки в состояние» удобное для дальнейшего использования и возможно более близкое к первоначальному состоянию.
При размораживании проявляется технологическая обратимость операций и процессов, составляющих непрерывную холодильную цепь, а само размораживание, являясь составной ее частью, все же не может считаться решающей для достижения наилучшего конечного эффекта,
В практике криогенной технологии размораживание занимает несколько более скоромное место, чем начальные процессы - охлаждение и замораживание. Скорее всего, именно поэтому технология размораживания тестовых полуфабрикатов разработана не так полно. Процессам размораживания посвящено относительно меньшее число исследований и не столь многочисленны технические средства, предложенные для совершенствования этого процесса и используемые на данный момент в технологиях приготовления хлеба из замороженных полуфабрикатов.
При выборе способа размораживания, как и всех остальных операций технологического цикла производства хлеба следует исходить из требований к качеству конечного готового продукта
При размораживании тестовые заготовки должны оттаять, а влага распределиться в них так же, как она была распределена до замораживания. Практически такого результата добиться невозможно. Способность клеток и структурных компонентов теста к влагоудерживанию сокращается в результате травмирования их кристаллами льда при замораживании [1, 2, 20,22,47, 50, 58, 98, 184, 223].
Замороженное дрожжевое тесто следует оттаивать быстро, так как нарушение соотношений осмотических сил в дрожжевых клетках и в окружающем их пространстве может негативно отразиться на их ферментативной активности и других жизненных функциях.
Быстрое размораживание проводится при температуре 30.„35 С и относительной влажности воздуха 75 - 80%. Оно может осуществляться в две стадии: сначала заготовки размораживают непродолжительное время при комнатных условиях (25 - 30 С), а затем в специальных расстойных камерах. Ступенчатое оттаивание предотвратит либо конденсацию влаги на тестовых заготовках, либо перегрев и усушку их поверхностных слоев.
Устройства для расстойки, существующие в настоящее время, обеспечивают идеальные условия для размораживания и расстойки. Они могут быть запрограммированы таким образом, чтобы контролируемый период размораживания переходил постепенно в фазу расстойки, обеспечивая достижение равномерной температуры по всему объему теста, что помогает получить подьем теста и объем хлеба такой же, как для изделий из не замороженных полуфабрикатов.
Расстойку теста, подвергаемого замораживанию, проводят при влажности 65 - 75%, т.е. меньшей, чем при традиционных технологиях. Температура в расстой-ном шкафу составляет 32 - 45С. Продолжительность расстойки увеличивается на 30 — 40% по сравнению с расстойкой тестовых заготовок, не подвергнутых замораживанию.
Разработка информационно-измерительной системы для исследования термодинамических параметров процессов замораживания и размораживания
Анализ современного состояния существующей методической базы показывает» что, несмотря на значительные достижения в исследовании теплофизических свойств и определении термодинамических характеристик пищевых продуктов, в этой области имеется еще ряд нерешенных задач. К ним относятся, в частности, отсутствие сведений о теплофизических характеристиках ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов и изменении этих параметров в процессе низкотемпературной обработки.
Существует ряд факторов, обусловливающих разработку информационно-измерительной системы и методики определения термодинамических параметров процессов замораживания и размораживания полуфабрикатов хлебопекарного производства, а именно: - существующие методы определения термодинамических параметров пищевых продуктов не позволяют объективно и точно устанавливать огггимальные значения их применительно к полуфабрикатам хлебопекарного производства, так как отсутствуют зависимости между продолжительностью и скоростью замораживания, оптимальными реологическими характеристиками полуфабрикатов и показателями качества хлебобулочных изделий; - вычисление общего расхода холода на замораживание полуфабриката производится в зависимости от его температуры, которая задается без учета различ 116 ных факторов, ее обусловливающих - рецептуры, влажности, режимных параметров замораживания и др. - расчет теплообмена в морозильной камере осуществляется на основе приближенных уравнений» точность которых не установлена ни аналитически, ни экспериментально применительно к замораживанию ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов.
Принимая отмеченные обстоятельства во внимание, и учитывая недостатки существующей методологии для определения параметров процесса замораживания полуфабрикатов хлебопекарного производства, ее уточнение осуществляли на основе описания тепломасообмена при замораживании ржаных и ржано-пшеничных тестовых заготовок,
Фазовые превращения воды, происходящие при замораживании и размораживании тестовых полуфабрикатов, сопровождаются выделением и поглощением теплоты. Энергетически оценить процессы, протекающие на этих стадиях обработки тестовых заготовок можно методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии.
Метод сканирующей калориметрии в настоящее время представляет собой один из видов спектрального анализа. Это хорошо развитый и высокочувствительный метод, играющий важную роль в исследованиях тепловых переходов биомакромолекул. При этом энергия взаимодействия излучения с исследуемым объектом лежит в области энергий межатомных связей в молекулах и межмолекулярных связей в структурах молекул- Сканирующий калориметр измеряет изменение внутренней энергии или энтальпии исследуемых образцов при изменении темпе-раїурьг,
В дифференциальном сканирующем микрокалориметре определяется изменение теплосодержания пробы по температуре. Температура в каждый данный момент наиболее низка на поверхности продукта и повышается по мере приближения к центру. Когда периферийный слой достаточно охладился, и в нем началось льдообразование, то дальнейшее понижение его температуры замедляется, вследствие выделения теплоты фазового превращения воды. При этом в глубине продукта продолжается охлаждение, и граница раздела между слоями, где началось льдообразование, и где его нет, перемещается от периферии к центру. Скорость этого перемещения определяется общим термическим сопротивлением меж 117 границей раздела и внешней тшяоотводящей средой, с учетом выделения тайги фазового превращение в замерзающих слоях продукта. Изменение теплосодержания пробы отражает изменение структуры материала в присутствии воды Для определения продолжительности замораживания, расхода холода па завораживание и тепла для ршшоршкивагшя необходимо знать величины -термодинамических характеристик полуфабрикатов хлебопекарного производства этих расчетов определить размеры, пропускную способность морозильного era камер для хранения замороженных полуфабрикатов не пред гя сгадаашя эффективного способа решения задачи нами разработана ии-формациошю-идаерит&пъная система на базе мккрокаяоримзтра ДСМ-ЗА, которая включает узел ишертшъный, кторШ4ЄТршчКН% электронно-вычислительный блаКч пульт управления и нальный компьютер. ДС ЗА (в метр) предназначен для .14- Схема ипформшшонно-измерительного комплекса для исследования тешюфшнческих ея свойств сыры1у полуфабрикатов и готовых изде хлебоп&карпого, макаронною и кондитер О і -ПО до+500 С ЯВІШСІ -їрибором 1ЇС іформшщонно пт Бдок измерительный калориметрический измерительная юотшя ячейка сравнения с- ручки точной насиройки(нж;тройка линейного уровня, выведений на ьюагш или 118 - е- кнопки включения ручных режимов: сушка, прогрев, съем образца - h- диоды индикации сети 2. Электронно-вычислительный блок 3. Пульт управления: - а- жидкокристаллический дисплей - Ъ- клавиатура - с- кнопки управления режимами 4. Персональный компьютер.
Принцип действия ДСК микрокалориметра состоит в следующем. Исследуемый образец и образец сравнения прогреваются (или охлаждаются) с постоянной скоростью одинаковым тепловым потоком. Очевидно, что одинаковые температуры у обоих образцов будут только при их полной идентичности. При расхождении теплофизических свойств появится разница температур. Эта разница температур устраняется дополнительным тепловым потоком, его называют потоком компенсации. Этот тепловой поток компенсирует разницу изменения внутренних энергий образцов в функции от температуры и регистрируется как результат измерения. Полученную кривую принято называть ДСК - термограммой. В качестве образца сравнения используют вещество с известным и аттестованным законом изменения теплоемкости от температуры, и без каких- либо фазовых переходов в используемом диапазоне температур.
Влияние влажности ржаной закваски на качество хлеба и изменение реологических характеристик полуфабрикатов при замораживании и размораживании
На качество хлеба, сохранение его свежести оказывают влияние многие факторы, в том числе: влажность, рецептура и способ приготовления теста, а также масса и форма тестовой заготовки
Влажность теста имеет большое значение в технологии производства хлебобулочных изделий и влияет на изменение свойств теста в ходе технологического процесса.
Знакомство с литературными источниками показывает, что основное внимание исследователями уделялось поведению воды в полностью гидратированном геле, и практически не рассматривались вопросы, связанные с кинетикой процесса в зависимости от различных технологических факторов [27, 242, ].
Следует отметить, что оптимальные реологические свойства полуфабрикатов в основном определяются и зависят от сорта муки, рецептуры и особенностей технологического процесса [143,170, 171. 172,174].
Особенности белковых веществ и углеводов ржаной муки обусловливают специфические свойства ржаного теста. Накопленный по этому необычайно сложному и многогранному вопросу материал, касающийся как теоретических аспектов, так и практических проблем технологии обобщен в ряде монографий и обзоров [78,103, 106, 107,166, 237, 374].
С развитием и внедрением в практику отечественного хлебопечения криогенной технологии хлебобулочных изделий возникла необходимость тщательного изучения всех процессов, протекающих при замораживании и дефростации ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов хлебопекарного производства с целью разработки оптимальных параметров этих стадий.
Подавляющее большинство имеющихся в литературе материалов по физико-химическим изменениям, происходящим при замораживании и размораншвании полуфабрикатов хлебопекарного производства, касались тестовых заготовок из пшеничной муки.
Ряд важнейших вопросов реологического поведения ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов в процессе замораживания и размораживания мало изучен.
В связи с этим нами проведены исследования влияния влажности теста на качество хлеба и процессы, происходящие при замораживании и размораживании тестовых полуфабрикатов.
Из параметрической схемы процесса замораживания полуфабрикатов с использованием ржаной муки следует, что, варьируя характеристики используемых полуфабрикатов (влажность, количество муки в закваске), режим низкотемпера турной обработки (температура и продолжительность замораживания, скорость замораживания), можно в широких пределах регулировать реологические свойства полуфабрикатов, их макро и микроструктуру, а также получать наилучшее качество хлеба,
В соответствии с задачами исследований и разработанной параметрической схемой изучали влияние влажности ржаного теста на кинетику изменения температуры центра тестовой заготовки в процессе замораживания и качество хлеба, приготовленного из замороженных тестовых полуфабрикатов.
В исследованиях использовали ржаное тесто, с различной влажностью приготовленное на ржаной жидкой закваске. Тесто готовили по рецептуре и методике, приведеным в разделе 1.5.2.2.
Для определения скорости замораживания тестовых заготовок определяли температуру внутренних слоев по методике, приведённой в разделе 1.5-2.3. Определение основных теплофизических характеристик замороженного ржаных заквасок и ржано-пшеничного теста различной влажности осуществляли на информационно-измерительном комплексе на базе микрокалориметра ДСМ-3 (раздел 1.5.2.5).
С целью определения влияния влажности ржаного теста на кинетику замораживания полуфабрикатов провели серию опытов. Значение влажности ржаного теста варьировали от 40 и 52%.
На графике (рис. 21) приведены зависимости температуры центра тестовой заготовки от продолжительности замораживания.
Выявлены характерные периоды для процесса замораживания ржаных полуфабрикатов. Первый период - период охлаждения от начальной температуры тестовой заготовки до температуры начала кристаллизации жидкой фазы составлял для заготовок с влажностью 40 минут для заготовок влажностью 40 % и 25 минут для заготовок с влажностью 52%.
Второй период - период кристаллообразования также различался для исследуемых образцов теста и составлял 75 минут для заготовок с влажностью 40 % и 55 мин для заготовок влажностью 52%.
Третий период - период замораживания до заданной температуры составлял 125 минут для заготовок влажностью 40 % и 95 минут для заготовок влажностью 52%.
По нашему мненито выявленные различия в изменении температуры и скорости з&мор&жившшя тестовых заготовок связаны с фазовыми превращениями влаги.
Скорость замораживания тестовых заготовок влажностью 52 % была высокой и достигала значення 2,50С/мші уже в первые минуты процесса замораживания (рис. 22). Это обусловливает наименьшую продолжительность замораживания тестовых заготовок, равную 90 минутам и уменьшение периода максимального крисів ллообразовшш.
Фазовые изменения гидроколлоидов теста, происходящие при замораживании и размораживании полуфабрикатов, сопровождаютем выделением и поглощением теплоты. Энергетически оценить процессы, цротскающііе на этих стадию обработай тестовых заготовок, можно методом дифференциальной екдаируїощей микрокалориметрии.
Влияние процессов замораживания и размораживания на показатели, характеризующие биотехнологические свойства ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов и качество хлеба
Ранее проведёнными исследованиями было показано, что применение сухих молочнокислых заквасок в технологии приготовления ржано-пшеничного хлеба из замороженных полуфабрикатов с программируемым составом молочнокислых бактерий, возможно, стабилизировать криотропную крахмально-белковую систему, каковой является замороженное ржано-пшеничное тесто. Установлено, что препарат «Цитоферм» в составе молочнокислых бактерий рода Lactobacillus casei и Lactobacillus acidophillus обладает консервирующим действием на дрожжевые клетки, а также позволяет сохранить в большем количестве микроорганизмы в активном состоянии.
В соответствии с поставленными задачами были выполнены исследования, целью которых являлось установить влияние биотехнологических процессов, связанных с формированием вкусовых веществ (органических кислот), обусловливающих качество ржано-шпеничного хлеба, приготовленного из замороженных тестовых полуфабрикатов.
Исследовали влияние добавления молочнокислых бактерий рода Lactobacillus casei и Lactobacillus acidophillus в составе препарата «Цитоферм» на изменение содержания летучих кислот и активность молочнокислых бактерий в размороженных ржано-пшеничных тестовых полуфабрикатах.
Объектами исследований служили ржаная густая закваска и тесто, которые готовили по рецептуре и методике, приведенными в разделе 1,5.2.2.
Молочнокислые бактерии в составе препарата «Цитоферм» вносили при замесе ржано-пшеничного теста в количестве 0,1 % от массы муки содержащейся в закваске- После полного размораживания исследовали изменение содержания летучих кислот полумикрометодом ГосНИИХПа и активность молочнокислых бактерий по изменению окраски индикатора по методикам, приведённым в разделе L5.23. В качестве контрольных образцов использовали не замороженные ржано-пшеничные тестовые заготовки без добавления препарата «Цитоферм».
Использование препарата «Цитоферм» при замесе ржано-пшеничного теста с последующим формованием тестовых заготовок и их замораживанием влияло на динамику изменения содержания летучих кислот (рис.37) и активность молочнокислых бактерий в размороженных заготовках. Внесение препарата Щ,итоферм» приводило к увеличению на 8% содержания летучих кислот в размороженных ржано-пшеничных тестовых полуфабрикатах по сравнению с размороженными тестовыми заготовками без добавления, данного препарата. Срок хранения полуфабрикатов составлял 26 суток. Результаты исследований иллюстрируются рис. 38 и 39.
Исходя из результатов исследований, мы можем рекомендовать к применению в криогенной технологии препарат «Цитоферм» для выработки ржано-пшеничных сортов хлеба.
При проведении исследований, связанных с реологическим поведением ржано-пшеничного теста на стадии размораживания, использовали прибор «Структурометр СТ-1» раздел 1.5.2.3. Определяли упругую и пластическую деформации размороженных тестовых заготовок и время их релаксации при заданной величине деформации (1 и 8 режимы соответственно).
В качестве контрольных образцов использовали замороженные ржано-пшеничные тестовые полуфабрикаты без добавления препарата «Цитоферм».
Внесение молочнокислых бактерий рода Lactobacillus casei и Lactobacillus acidophillus в составе препарата «Цитоферм» на стадии замеса ржано-пшеничного теста с последующим формованием тестовых заготовок и их замораживанием приводило к изменению показателей времени релаксации и максимального усилиянагружения, при заданной величине внедрения конуса, размороженных тестовых полуфабрикатов (рис, 40),
В соответствии с поставленными задачами исследований проводили изучение влияния препарата «Цитоферм» на показатели качества ржапо-пшеничного хлеба из замороженных тестовых полуфабрикатов, а также на изменение содержания летучих кислот.
Ржано-пшеничный хлеб готовили по рецептуре и методике, приведенной в разделе 1.522.
Размораживание тестовых полуфабрикатов проводили до температуры в центре заготовки 18-5-20 С. После размораживания формовали тестовые заготовки массой 0,4 кг для последующей расстойки и выпечки. Параметры расстойки и выпечки приведены в разделе 1.5.2-2. Выпеченные изделия охлаждали в естественных условиях и анализировали через 16-18 ч хранения по показателям, приведенным в разделе 1,5.2.4.
При проведении исследований связанных с определением содержания летучих кислот в ржано-пшеничном хлебе, приготовленном из замороженных тестовых полуфабрикатов, использовали хроматографический метод анализа (раздел 1,5.2.5), Определяли содержание трёх летучих органических кислот: муравьиной, уксусной и пропионовой.
В качестве контрольных образцов использовали ржано-пшеничный хлеб, приготовленный по классической схеме тестоприготовления с использованием ржаной густой производственной закваски.
Целью определения содержания летучих кислот в ржано-пшеничном хлебе было подтвердить высказанное ранее предположение о необходимости использования препарата «Цитоферм» для стабилизации биотехнологических свойств замороженных тестовых заготовок.
Результаты исследований, проведённые с помощью газовой хроматографии, представлены на рис.41.
Анализ разделения водных растворов органических кислот содержащих Сі -Сз показал, что внесение препарата «Цитоферм» на стадии замеса ржано-тненичного теста замораживанием тестовых заготовок позволил достичь содержания уксусной кислоты в готовом хлебе на уровне контрольного образца. При этом в образцах ржано-пшеничного хлеба с препаратом «Цитоферм»,
