Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы 15
1.1. Существующие способы производства печенья 15
1.2. Влияние технологических параметров на свойства сахарного теста и готовых изделий 20
1.3. Пути повышения пищевой и биологической ценности мучных кондитерских изделий 27
1.3.1. Белоксодержащие добавки и их способы получения 27
1.3.2. Ржаная мука в производстве мучных кондитерских изделий 38
1.3.3. Витаминные и минеральные добавки, пищевые волокна 44
1.4. Способы получения порошкообразных полуфабрикатов, состав, свойства и направления использования 51
1.5. Выводы и задачи исследования 55
ГЛАВА 2. Экспериментальные стенды и методики исследования 57
2.1. Объект и методы исследования 57
2.2. Экспериментальная установка и методика приготовления эмульсии под давлением сжатого воздуха 61
2.3. Универсальная смесительно-формующая установка и методика приготовления сахарного теста 63
ГЛАВА 3. Разработка нового способа приготовления эмульсии 68
ЗЛ. Влияние эмульгатора штернцетин на качество эмульсии 69
3.2. Влияние порядка внесения химических разрыхлителей в эмульсию на свойства сахарного печенья 71
3.3. Приготовление эмульсии на модернизированной сбивальной установке РЗ-ХВА 76
3.3.1. Влияние поверхностно-активных веществ на процесс сбивания эмульсии 78
3.3.2. Выбор параметров приготовления эмульсии сбиванием под давлением сжатого воздуха 81
3.3.3. Влияние процесса сбивания на качество эмульсии и печенья 89
3.4. Выводы 92
ГЛАВА 4. Исследование процесса замеса сахарного теста для разработки нового способа приготовления печенья улучшенного качества 93
4.1. Влияние технологических параметров на структурообразование сахарного теста 93
4.2. Разработка интенсивного способа приготовления сахарного теста 108
4.3. Свойства сахарного теста, приготовленного интенсивным способом, и печенья 121
4.4. Выводы 125
ГЛАВА 5. Нетрадиционное сырье для производства печенья 126
5.1. Использование чечевичной муки в производстве сахарного печенья 126
5.2. Применение продукта экструдирования смеси чечевицы и пшеницы в производстве сахарного печенья 139
5.3. Ржаная мука для производства сахарного печенья 149
5.4. Использование макаронной крупки в производстве сахарного печенья 156
5.5. Исследование влияния нетрадиционного сырья на структурообразование сахарного теста 164
5.6. Выводы 174
ГЛАВА 6. Использование многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов в производстве печенья 175
6.1. Свойства многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов и их изменения в процессе хранения 175
6.2. Выбор многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов для производства сахарного печенья на основании теории нечетких множеств 186
6.3. Оптимизация рецептуры сахарного печенья с многокомпонентными порошкообразными полуфабрикатами 200
6.4. Влияние многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов на свойства эмульсии и сахарного печенья 206
ГЛАВА 7. Комбинированные мучные полуфабрикаты для производства сдобного печенья 217
7.1. Получение и свойства комбинированных мучных полуфабрикатов 217
7.2. Оптимизация рецептуры сдобного печенья на основе комбинированного мучного полуфабриката 221
7.3. Получение сдобного печенья на основе комбинированных мучных полуфабрикатов и его свойства 228
7.4. Выводы 234
Общие выводы по работе 235
Список использованных источников 238
Приложения 252
- Влияние технологических параметров на свойства сахарного теста и готовых изделий
- Экспериментальная установка и методика приготовления эмульсии под давлением сжатого воздуха
- Приготовление эмульсии на модернизированной сбивальной установке РЗ-ХВА
- Разработка интенсивного способа приготовления сахарного теста
Введение к работе
Мы вступили в 21 век. Достижения науки о питании позволяют сделать вывод о том, что пища - один из важнейших факторов, определяющих наше здоровье. 20 век принес нам твердую уверенность в том, что продукты питания должны не только удовлетворять физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии. Правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний и продлению жизни, повышению работоспособности и созданию условий для адекватной адаптации к окружающей среде.
Сегодня научно подтверждается положение, выдвинутое еще Гиппократом: «Наши пищевые вещества должны быть лечебными средствами, а наши лечебные средства должны быть пищевыми веществами» [114].
Кондитерские изделия представляют собой группу пищевых продуктов весьма обширного ассортимента, значительно различающихся по рецептурному составу, технологии производства и потребительским свойствам. Несмотря на то, что они не являются предметом первой необходимости и не входят в состав «продуктов корзины», ввиду своей потребительской привлекательности (особенно для детей), они пользуются большим покупательским спросом населения и играют существенную роль в восполнении энергетического баланса человека.
Стратегия развития пищевой промышленности, в том числе кондитерской отрасли, определена в Концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ до 2005 г.
Технический прогресс в пищевых и перерабатывающих отраслях АПК связан с достижениями медицины, новыми технологическими возможностями, которые появляются в результате развития науки и техники, ухудшением экологической обстановки, жесткой конкуренцией на рынке продуктов питания. Все это требует не только коренного совершенствования технологии получения традиционных продуктов, но и создания нового поколения продуктов, отвечающих реалиям сегодняшнего дня [114]. При этом главное внимание обращается на качество пищевых продуктов и их соответствие медико-биологическим требованиям. Научные исследования нацеливаются на совершенствование действующих и создание оригинальных технологий качественно новых пищевых продуктов, которые позволяют направленно изменить химический состав, для соответствия его потребностям организма человека.
С целью значительного повышения качества отечественных кондитерских изделий, увеличения объемов их производства целесообразно и необходимо выделить приоритетные направления исследований. Важным аспектом при разработке прогрессивных технологий является стабильность показателей качества сырья и его состав.
Реализация продовольственной политики в области здорового питания населения РФ предусматривает на первом этапе принятие неотложных мер по увеличению на 20-30 % доли продуктов, обогащенных витаминами, минеральными веществами, белком и биологически активными добавками.
Основная функция белков заключается в снабжении организма человека аминокислотами, необходимыми для синтеза собственных белков организма [123]. Минеральные вещества играют роль в обменных процессах организма: выполняют пластическую функцию, участвуют в построении костной ткани. Витамины - важный класс незаменимых пищевых веществ. Организм человека не синтезирует витамины или синтезирует их в недостаточном количестве. Жирные кислоты являются необходимым компонентом многих клеточных структур, особенно мембран, выполняют различные физиологические и биохимические функции, участвуют в усвоении некоторых нутриентов. Ненасыщенные жирные кислоты не синтезируются в организме человека, недостаточное их содержание приводит к прекращению роста и патологическим нарушениям [98].
Необходимо разрабатывать принципиально новые подходы к созданию прогрессивных технологий получения конкурентоспособных кондитерских изделий не только безопасных, но и выполняющих профилактические и лечебные цели.
Сложившаяся экономическая ситуация в стране обусловила тот факт, что употребление населением основных продуктов питания стало значительно ниже норм, а химический состав продукции, за редким исключением, не позволяет говорить о сбалансированности питания.
Рациональное питание детей - предмет особого внимания государства. Создание кондитерских изделий лечебно-профилактического назначения и питания для детей - это генеральное направление, которое массировано входит в третье тысячелетие. Поэтому в соответствии с требованиями науки о питании необходимо гармонизировать качество сырья, параметры технологии, функциональные свойства добавок и потребительские свойства изделий [6].
Максимизация темпов производства продуктов питания и сырья для них в ущерб натуральности и безопасности для человека уже сейчас приносит свои горькие плоды. Так, наряду с неблагоприятным воздействием техногенных и антропогенных факторов на первый план выходит все большее содержание в продовольственном сырье и продуктах питания пищевых добавок искусственного происхождения, число которых превысило 5000 наименований. Вышеуказанные обстоятельства привели к тому, что у значительной части населения цивилизованных стран возникает все больший интерес к потреблению исключительно натуральных продуктов питания, как способу повышения качества жизни.
В 21 веке население земного шара будет согласно платить только за пищу, которая будет натуральной, здоровой.
Актуальность темы
Потребление мучных кондитерских изделий постоянно растет в силу привычек и вкусов, характерных для России, несмотря на то, что эти продукты являются десертными и их не рекомендуется есть ежедневно [31].
Сложное экономическое положение, сложившееся за последние годы в России, привело к резкому спаду производства на отечественных предприятиях. В этой связи необходимо решить следующие задачи: повышение качества продукции, внедрение ресурсосберегающих технологий. Непрерывный замес сахарного печенья имеет ряд недостатков: тесто плотное, с непромесами, изделия с низкой намокаемостью, пористостью. Для обеспечения конкурентоспособности продукции необходимо устранить вышеперечисленные недостатки.
Современные представления о потребности человека в пище получили в теории сбалансированного питания, утверждающей, что обеспечение нормальной жизнедеятельности возможно только при условии снабжения организма адекватным количеством энергии, белка и соблюдении строго определенных ее отношений между многими незаменимыми факторами питания - аминокислотами, жирными кислотами, минеральными веществами, витаминами, пищевыми волокнами.
Одним из оправданных путей снижения количества потребляемой с пищей энергии является замена в продуктах массового потребления жиров и углеводов белками или создании на его основе низкокалорийных продуктов питания с заданной пищевой ценностью. Кроме того, ухудшение экологической обстановки практически во всех регионах страны выдвигает задачу создания специальных пищевых продуктов лечебно-профилактического и диетического назначения. Наиболее перспективными для этих целей являются полифункциональные добавки из традиционных и новых источников сырья [97]. Пищевая и биологическая ценность порошков из овощей и фруктов заключается в богатом наборе важных для здоровья человека витаминов, минеральных солей.
В свете решения этих задач актуальным является разработка принципиально новых технологических процессов производства печенья на научной основе, что позволит гарантировать высокое качество выпускаемой продукции, упростить технологический процесс, снизить себестоимость. С точки зрения концепции здорового питания создание изделий лечебно-профилактического и диетического назначения, с пониженным содержанием сахара и обогащенных белковыми веществами, создание и внедрение технологии получения порошкообразных полуфабрикатов из овощей и фруктов имеют первостепенное значение.
Цель и задачи исследований
Целью исследований является разработка новых подходов к улучшению качества печенья, выявление наиболее значимых технологических параметров, влияющих на качество печенья; научное обоснование и разработка печенья с биологически ценными добавками, позволяющими получать изделия с обогащенным белковым, минеральным и витаминным составом.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:
Изучить влияние непрерывного и периодического замесов на свойства сахарного теста и готовых изделий
Исследовать порядок внесения химических разрыхлителей на качество эмульсии и готовых изделий.
Изучить влияние основных рецептурных компонентов на удельную работу смешивания и формования сахарного теста, методом математической апроксимации результатов исследования выбрать их оптимальные соотношения.
Разработать новый способ приготовления эмульсии путем смешивания и сбивания рецептурных компонентов под давлением сжатого воздуха.
Разработать интенсивный способ приготовления сахарного теста на универсальной смесительно-формующей установке (УСФУ).
Исследовать влияние частичной или полной замены пшеничной муки на чечевичную, ржаную обдирную муку, макаронную крупку, продукт экструдирования смеси зерновых и бобовых культур на свойства теста и готовых изделий и разработать технологию производства сахарного печенья.
Изучить свойства многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов и научно обосновать технологию производства сахарного печенья на их основе.
Исследовать свойства комбинированных мучных полуфабрикатов и разработать технологию производства сдобного печенья при полной замене муки на порошкообразный полуфабрикат.
Разработать нормативную документацию на печенье улучшенного качества.
Выпустить опытно-промышленную партию изделий.
11. Рассчитать экономическую эффективность.
Научная новизна работы
Разработка интенсивного способа приготовления сахарного печенья и применение нового нетрадиционного сырья для обогащения мучных кондитерских изделий с целью повышения их биологической и пищевой ценности следует отнести к одному из приоритетных научно-практических направлений в агропромышленном комплексе.
На основании комплексных исследований научной новизной работы является:
1. Обоснование основных принципов и порядка внесения рецептурных компонентов на стадии приготовления эмульсии для целенаправленного управления технологическим процессом производства мучных кондитерских изделий.
Изучение влияния массовой доли влаги, сахара, жира на удельную работу замеса и формования сахарного теста, выбор их оптимальных параметров методом оптимизации.
Принципиально новый способ приготовления эмульсии путем сбивания ее под давлением сжатого воздуха, выбор оптимальных показателей: продолжительности, давления, интенсивности сбивания.
Интенсивный способ приготовления сахарного теста.
Обоснование и экспериментальное подтверждение целесообразности использования чечевичной, ржаной муки, макаронной крупки, продукта экструдирования смеси чечевицы и пшеницы при производстве сахарного печенья. Выявление закономерностей изменения реологических характеристик теста и качества изделий с использованием вышеперечисленных добавок. По данной работе получен приоритет № 99123900 от 15.11.99г. и приоритет № 99123867 от 15.11.99г.
Изучение влияния чечевичной и ржаной муки, макаронной крупки, продукта экструдирования смеси чечевицы и пшеницы на удельную работу замеса и формования сахарного теста.
Исследование физико-химических, микробиологических свойств, минерального, витаминного состава многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов, обоснование сроков их хранения.
Разработка математических моделей классификации многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов на основании теории нечетких множеств для принятия решения о целесообразности выбора порошкообразных полуфабрикатов на основе плодово-овощного сырья для производства сахарного печенья диетического и лечебно-профилактического назначения и технология сахарного печенья с порошкообразными свекольно-паточным и яблочно-паточным полуфабрикатами. Выбор оптимальных показателей замеса теста с добавлением порошкообразных полуфабрикатов и даны рекомендации по их внесению.
9. Получение методом распылительной сушки комбинированных мучных полуфабрикатов путем напыления пшеничной муки на основание факела распыленного сока или пюре и исследование физико-химических, реологических и структурно-механических свойства.
10. Выбор методом математического планирования эксперимента оптимальной рецептуры сдобного печенья на основе мучного порошкообразного полуфабриката (патент РФ 2021724).
Таким образом, изучение и разработка технологии приготовления мучных кондитерских изделий и целенаправленное их обогащение белоксодержащими, витаминными и минеральными добавками - актуальная научно-практическая задача. В этом аспекте особенно ценны чечевичная мука и продукты ее переработки, ржаная мука, фруктовые и овощные порошкообразные полуфабрикаты.
Тема диссертационной работы соответствует плану НИР кафедры Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств ВГТА на 1997-2001 гг. «Создание и совершенствование ресурсосберегающих технологий при переработке сельскохозяйственного растительного сырья» №г.р. 01970008815.
Результаты исследований были представлены на конференциях в г. Воронеж (ВГТА, ВГАУ), г. Москва (IV международный симпозиум). Работа была представлена на соискание премии областной администрации для молодых ученых. Постановлением № 21 от 17.01.2000 г. присуждена премия администрации Воронежской области для молодых ученых за 1999 г.
Экспериментальные исследования и опытные работы проводились в сотрудничестве с учеными и специалистами ВГТА на кафедрах «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств», «Микробиология и биохимия», «Технология мяса и мясных продуктов», Воронежского института комбикормовой промышленности, экспериментальной лаборатории ВГАУ им. Глинки, научно-производственной лаборатории и технологической лаборатории ОАО «Воронежская кондитерская фабрика».
Выражаем искреннюю благодарность и признательность за консультации и помощь при выполнении диссертационной работы.
Практическая ценность работы
Предложены для использования в производстве печенья новый способ приготовления эмульсии под давлением сжатого воздуха на станции РЗ-ХВА и интенсивный способ производства сахарного теста на универсальной смесительно-формующей установке (УСФУ).
Выбрана научно-обоснованная рецептура сахарного печенья путем изучения влияния основных рецептурных компонентов на удельную работу смешивания и формования теста.
Получен продукт экструдирования смеси зерновых и бобовых культур.
Разработаны новые изделия сахарного печенья с применением чечевичной, ржаной муки, продукта экструдирования смеси чечевицы и пшеницы, макаронной крупки. Разработаны и утверждены рецептуры, технологические инструкции на печенье «Нежное», «Колосок», «С крупкой», «С ПЭК».
Созданы математические модели классификации многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов на основании теории нечетких множеств для принятия решения о целесообразности выбора порошкообразных полуфабрикатов на основе плодово-овощного сырья для производства сахарного печенья диетического и лечебно-профилактического назначения.
Разработаны научные подходы для составления рецептур сахарного печенья с использованием яблочно-паточного и свекольно-паточного полуфабрикатов и обоснованы технологические параметры их производства. Разработаны и утверждены рецептуры на сахарное печенье «Крепыш» и «Яблоневый цвет».
Впервые методом распылительной сушки получены комбинированные мучные полуфабрикаты и разработана технология сдобного печенья на их основе.
Аналитически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования фруктозы как заменителя сахара при производстве печенья диабетического и лечебно-профилактического назначения. Разработана и утверждена нормативная документация (рецептура, технологические инструкции и технические условия) по производству печенья «Диабетического на фруктозе».
Полученные результаты явились основой разработок приготовления мучных кондитерских изделий с учетом его физико-химических и функциональных свойств, что позволило освоить промышленный выпуск сахарного печенья «Яблоневый цвет», «Соевое», «Крепыш», «Диабетическое на фруктозе» на ОАО «Воронежская кондитерская фабрика» и выпустить опытные партии печенья с чечевичной мукой «Нежное», макаронной крупкой и продуктом экструдирования (см. Приложения).
Экономический эффект от выпуска печенья «Крепыш» составит 1428 р/т, печенья «Яблоневый цвет» - 1435 р/т, печенья с чечевичной мукой «Нежное» -1316 р/т, печенья со ржаной мукой «Колосок» - 1143 р/т, печенья с макаронной крупкой - 1312 р/т, печенья диабетического на фруктозе - 2223 р/т, печенья «Соевое» - 1271 р/т, печенья с продуктом экструдирования смеси чечевицы и пшеницы 1:1 - 1270 р/т.
Влияние технологических параметров на свойства сахарного теста и готовых изделий
При замесе необходимо получать тесто с определенными физическими свойствами, позволяющими обрабатывать его механизмами поточной линии. Изменяя в рецептуре содержание сахара и жира в сочетании с другими технологическими факторами, такими как влажность, температура теста и продолжительность замеса, можно получать тесто с заданными упруго-пластично-вязкими свойствами.
Анализируя рецептуры на сахарное печенье, которые достаточно сложны по составу и свойствам, отмечено, что основным их компонентом является сахар, и его агрегатное состояние определяет структуру и качество массы.
Для замеса сахарного теста используется мало воды и много сахара. Применение для получения эмульсий таких устройств как гидродинамический преобразователь или вихревой диспергатор не обеспечивают полного растворения кристаллов сахара. Это указывает, что в жидкой фазе сахарного теста свободная влага отсутствует. В водном растворе молекулы Сахаров покрываются гидратными оболочками, что увеличивает их межмолекулярный объем, снижает скорость диффузии при осмотическом набухании белков муки. Особенно высокогидратированными являются молекулы сахарозы. При температуре 20 С они связывают и удерживают от 8 до 12 молекул воды. Поэтому в набухании белков муки участвует значительная часть жидкой фазы, содержащей растворенные вещества. Скорость диффузии низкомолекулярных гидратированных веществ при набухании несравнимо меньше, чем молекул воды. Кроме того, малые молекулы воды более легко и быстро заполняют внутримолекулярное пространство колеблющихся ветвей макромолекул белка и крахмала, чем громоздкие гидратированные молекулы сахарозы. Этим и объясняется ограниченное набухание белков муки. Кроме того, сахар повышает осмотическое давление в жидкой фазе теста, что также уменьшает набухание коллоидов муки.
Степень гидратации молекул Сахаров зависит от концентрации и температуры раствора. С повышением температуры водородные связи ослабевают, происходит частичная дегидратация молекул сахара, а освобождающаяся вода участвует в набухании коллоидов муки.
Таким образом, изменяя содержание сахара в тесте, можно регулировать процесс набухания белков муки и крахмала и получать тесто с различными физическими свойствами [40].
При введении сахара тесто становится мягким и вязким, а избыток сахара ведет к прилипанию теста к ячейкам формующего ротора и к лентам печи. Другие сахара (инвертный сахар, мед) при введении в тесто повышают намокаемость готовых изделий, делают их более рассыпчатыми [68].
Выявлено, что все добавки, влияющие на растворимость сахара, в порядке уменьшения их влияния, можно расположить в следующий ряд: белки сода пищевая соль углеаммонийная соль инвертный сироп лактоза.
На эмульсию большое влияние оказывает плотность многокомпонентного сахарного раствора. Установлено, что добавки, влияющие на плотность сахарного раствора, в порядке уменьшения их влияния, можно расположить в следующий ряд: сода пищевая соль фруктоза глюкоза углеаммонийнаясоль.
Концентрация сахара в дисперсионной среде эмульсии обуславливает технологию производства того или иного изделия. При работе с насыщенными сахарными растворами или сахарными суспензиями (замес теста проводят в течение 5-10 мин при температуре 20 - 25 С) мука не является "основой" теста, а только наполнителем (пряники, сдобное и сахарное печенье). При работе с ненасыщенными сахарными растворами (замес теста проводят 30-40 мин при температуре 35-40 С) мука является "основой" теста, а ее компоненты участвуют в коллоидных процессах и определяют реологические свойства теста (крекер и затяжное печенье) [13].
Важную роль в образовании теста играют жиры. При этом имеет значение не только химический состав жира, но и его физическое состояние. Жиры должны быть пластичными. В этом случае они образуют в тесте тончайшие пленки, обволакивающие и смазывающие частицы муки.
При производстве печенья в тесто вводят от 5 до 25 % жира к массе муки (в зависимости от сорта изделий). Значительная часть этого жира, если он находится в тесте в расплавленном состоянии, связывается клейковиной и крахмалом. Механизм взаимодействия липидов и вносимых жиров с компонентами теста в значительной мере зависит от химического состава и свойств используемого жира и муки. Важную роль при этом играют входящие в состав жиров триглицериды насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Чем больше содержание в жире триглицеридов ненасыщенных жирных кислот, тем он больше сорбируется белками.
Жиры в зависимости от состава и свойств изменяют структуру белковых частиц либо путем прямого взаимодействия их с различными химическими группами, входящие в состав макромолекулы белка, либо путем косвенного воздействия на ее структуру, адсорбируясь на поверхности белковой молекулы. Жиры или твердые фракции жирового продукта с температурой плавления выше температуры теста остаются в нем в виде твердых частиц.
Адсорбируясь на поверхности белковых мицелл, жир препятствует набуханию коллоидов муки и увеличивает содержание жидкой фазы теста. В следствии этого ослабляется связь между компонентами твердой фазы теста, что делает его более пластичным.
Жиры лучше вводить в тесто в виде тонко диспергированной эмульсии. В таком состоянии частицы жира при замесе теста лучше распределяются в виде тончайших пленок между частицами муки, а при выпечке тестовых заготовок способствуют образованию слоистой структуры изделий. Чем тоньше пленки жира и чем больше их в тесте, тем более пористую и хрупкую структуру имеют готовые изделия.
Жиры, вводимые в тесто в виде эмульсий, более стойки к окислительным процессам, что способствует длительному сохранению высоких качеств печенья.
Частичная замена в рецептуре 0,25 - 6,0 % жира фосфатидными концентратами способствует образованию при той же влажности и температуре более пластичного теста [40].
При производстве печенья используют пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ). К ПАВ относятся группы веществ, которые при растворении или диспергировании в жидкости, концентрируясь на поверхности раздела фаз, снижают поверхностное натяжение. Это позволяет использовать их, в том числе, для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. Обычно это соединения, молекулы которых имеют дифильное строение, то есть содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы. Первые (гидрофильные) обеспечивают растворимость в воде, вторые
Экспериментальная установка и методика приготовления эмульсии под давлением сжатого воздуха
Эмульсию для сахарного печенья «Шахматное» готовили на экспериментальной сбивальной установке для получения пенообразных масс (рис.5).
Установка состоит из следующих узлов: сбивальной камеры 1 со струнной мешалкой 6 и устройством для выгрузки готовой массы 10, термостатирующей рубашкой, электродвигателя постоянного тока 2, приводящего в движение вал струнных мешалок, компрессора 3, пульта управления 4, термостата 5, манометра 8 для измерения давления сжатого воздуха в сбивальной камере.
Перед началом работы устанавливали температуру 36 С в термостатирующей рубашке и частоту вращения струнных мешалок. Предварительно отвешенное сырье: воду, сахар, инвертный сироп, соль, меланж, маргарин, загружали в сбивальную камеру установки и при частоте вращения мешалок 50 мин" перемешивали в течение 2-3 минут, затем добавляли химические разрыхлители и фосфатиды, герметично закрывали камеру крышкой и продолжали сбивать 7 минут при частоте вращения мешалок 100 мин"1 и давлении 0,25 МПа. По завершении процесса отключали подачу сжатого воздуха и мешалку одновременно, открывали клапан 9 для сбрасывания давления. После чего открывали крышку и пенообразную эмульсию использовали для замеса теста.
Для приготовления эмульсии в производственных условиях использовали сбивальную установку РЗ-ХВА (рис.6). Установка состоит из станины 1, сбивальной камеры 2, вала с закрепленными на нем мешалками 3, воздуховода сжатого воздуха 4, дозаторов 5 для сахара-песка, инвертного сиропа, воды, меланжа, маргарина, сгущенного молока, химических разрыхлителей, штернцетина, эссенции, трехходового крана 6 для выгрузки готовой массы, электродвигателя 7, манометра 8 для регистрации давления сжатого воздуха в рабочей камере, пробковых кранов 9 для сброса давления в рабочей камере, люка 10, рукоятки 11, крана 12.
При помощи дозаторов загружали в сбивальную камеру сырье, необходимое по рецептуре, перемешивали 2 -3 минуты, герметично закрывали люк. Подавали сжатый воздух в сбивальную камеру установки до заданного рабочего давления 0,25 МПа и закрывали вентиль. Рецептурную смесь сбивали в течение 7 минут при интенсивности перемешивания 100 мин"1. По окончании заданного времени отключали установку и открывали кран подачи эмульсии в промежуточную емкость. По окончании выгрузки эмульсии давление в камере снижается до нуля.Для приготовления теста с влажностью 17,5 ± 0,5 % периодическим способом использовали лабораторную месильную машину с Z - образными лопастями, снабженную водяной рубашкой. При приготовлении эмульсии сырье загружали в следующей очередности: вода, сахар-песок, инвертный сироп, меланж, соль. После перемешивания добавляли расплавленный маргарин. В последнюю очередь добавляли химические разрыхлители (гидрокарбонат натрия и углеаммонийную соль). Полученную эмульсию перемешивали с мукой (или смесью муки) в течении 5-6 минут.
При приготовлении печенья с порошкообразными многокомпонентными полуфабрикатами рекомендуется вносить их непосредственно в эмульсию вместе с сахаром или в виде пасты. Для приготовления пасты к порошкообразному полуфабрикату добавляли половину количества воды, необходимого по рецептуре печенья, смесь перемешивали и оставляли на 20-40 минут. Это время, достаточное для полного набухания частиц полуфабриката и лучшего распределения их в эмульсии. В течении 5-10 минут смесь перемешивали без добавления жира, затем загружали жир. Продолжительность приготовления эмульсии 15-20 минут. Температуру смеси поддерживали в пределах 35-36 С. Далее в процессе работы готовили образцы сахарного теста. Для исследования процесса замеса теста использовали смесительно-формующую машину с двумя винтообразными мешалками и шнеком. Наблюдали за процессом тестообразования по изменению удельной мощности привода от продолжительности замеса теста.
От правильного научного подхода при выборе рецептурных компонентов, их смешивания и формования теста зависит качество готовых изделий. Для реализации вышеуказанных принципов при получении сахарного печенья была использована универсальная смесительно-формующая установка УСФУ (рис.5). Смесительно-формующая установка подключена к компьютеру IBM PC. Это позволяет получать графические зависимости, характеризующие технологические процессы. В течении замеса на УСФУ определяли удельную мощность и работу замеса и формования теста.
Универсальная смесительно-формующая установка состоит из пневматического дозатора для дозирования жидких компонентов 1, механического вибродозатора для дозирования сухих и порошкообразных компонентов 2, варочного котла для уваривания сиропов 3, мешалки котла 4, двигателя 5, приводящего во вращение мешалку котла, нагревательного элемента 6 для прогрева стенок котла, несущей конструкции для закрепления вышеперечисленного оборудования 7, лопастей мешалок 8, смесительно-формующей машины с рубашкой водяного охлаждения 9, привода лопастей мешалок 10, шнека 11, привода шнека 12, формующей насадки 13, механизма пневматической струнной резки 14, фотоэлемента для контроля размера отформованного изделия 15, охлаждающей камеры с рубашкой охлаждения 16, подъемного сетчатого транспортера для выгрузки охлаждаемых в камере изделий 17, поворотного стола 18, манометра 19, панели со смонтированной арматурой управления работой электрооборудования 20, корпуса для изоляции силового и другого оборудования установки 21, блока отображения символьной информации 22, компьютера IBM PC 23, принтера 24, рубильника подачи напряжения на установку 25 и термореле варочного котла для поддержания заданной температуры в котле 26.
Процесс приготовления тестовых заготовок на универсальной смесительно-формующей установке можно разбить на несколько стадий: дозирование сыпучих компонентов, дозирование жидких компонентов, смешивание рецептурных компонентов, формование теста.
Микропроцессорная система контроля и управления МПСКУ предназначена для автоматического контроля и управления технологическими процессами смешивания и формования кондитерских масс универсальной смесительно-формующей установкой УСФУ и вывода информации в цифровом и графическом виде.Импульсы с датчика числа оборотов шнека BE-178 поступают в модуль согласования. Полученное значение количества оборотов шнека выводится на экран блока индикации и параллельно выводится на монитор IBM PC. Аналогично происходит подсчет количества оборотов в минуту мешалок.
Приготовление эмульсии на модернизированной сбивальной установке РЗ-ХВА
При исследовании процесса приготовления эмульсии установили, что при смешивании рецептурных компонентов (сахара-песка, воды, инвертного сиропа, соли, соды, аммония, меланжа) в течение 15 минут происходит лишь частичное растворение кристаллов сахара. После внесения маргарина и остальных рецептурных компонентов до влажности эмульсии 29,0 %, большая часть сахара растворяется и дисперсность его увеличивается (рис.11, 12).
Однако измельчение и растворение сахара-песка происходит неполностью. Такая эмульсия является трехфазной («суспензированной»). Сахар,остающийся нерастворимым в эмульсии, обнаруживается на поверхностипеченья и ухудшает его качество. Установлено, что количествонерастворившегося кристаллического сырья в эмульсии зависит отпродолжительности и интенсивности ее приготовления. Увеличение обработкиэмульсии в эмульсаторе нежелательно, при этом снижаетсяпроизводительность линии.
Из проведенных исследований следует, что невозможно на имеющемся оборудовании получить эмульсию высокого качества. Перед нами стояла задача получить высокодисперсную, устойчивую эмульсию с полным растворением кристаллов сахара. Для улучшения качества сахарного теста и готовых изделий готовили эмульсию путем смешивания и сбивания рецептурных компонентов под давлением сжатого воздуха. Готовность эмульсии определяли по полноте растворения кристаллического сырья и максимальному насыщению эмульсии воздухом. О качестве полученной эмульсии судили по дисперсности частиц жировых шариков и пузырьков воздуха и устойчивости ее.
Наиболее рационально вносить сырье для приготовления эмульсии в следующей последовательности: вода, инвертный сироп, сахар, меланж, жир, разрыхлители, штернцетин.
С повышением влажности и температуры эмульсии продолжительность растворения кристаллического сырья уменьшается. Однако при этом снижается дисперсность жировых шариков эмульсии и устойчивость ее.
Турбулентные вихревые потоки поднимают со дна рабочей емкости кристаллическую часть сырья и распределяют ее по всему объему. Перемешивание компонентов, измельчение кристаллов сахара, соли и жира происходит при помощи лопастей мешалки и ударе частиц о стенки емкости, а также при соударении частичек друг с другом в создавшихся вихревых зонах. При этом происходит растворение кристаллов сырья при вязкости эмульсии 3,0 Па-с, что позволяет легко транспортировать и дозировать эмульсию. Продолжительность сбивания эмульсии 7 мин до полного растворения сахара.
Поверхностно-активные вещества (меланж, молоко и др.) способствуют эмульгированию и повышают стойкость эмульсии. Распределение жидкости в пене между пленками, каналами и узлами после установления равновесия зависит от способа получения пены, ее дисперсности и физико-химических свойств пенообразующего раствора. Пенообразующая способность эмульсии с увеличением концентрации меланжа повышается. Кроме того, при увеличении массовой доли меланжа уменьшается коалесценция эмульсии. На аэрацию массы большое влияние оказывает температура. С повышением температуры уменьшается вязкость жидкой фазы, что благоприятствует подъему пены, но образованная пена легко коалесцирует. Температуру сбивания поддерживали постоянной в пределах 36 С, влажность эмульсии 29,5 %.
В водных растворах молекулы яичного альбумина, казеина находятся в виде глобул и большинство неполярных групп создают гидрофобные области внутри глобулы. При адсорбции белка на поверхности в результате избытка свободной энергии на границе раздела фаз происходят конформационные изменения адсорбированных молекул. С увеличением концентрации белка в растворе межфазная прочность повышается, что может быть связано с увеличением числа межмолекулярных контактов в адсорбционном слое и увеличением его толщины, тем скорее образуется адсорбционный слой, так как при этом выше вероятность выхода молекул белка на поверхность раздела фаз. Поверхность слоя, обращенного к воде, становится более гидрофильной, что должно приводить к образованию толстых структурированных слоев.
В процессе сбивания эмульсии с массовой долей меланжа 3 % в течение 7 минут происходит резкое понижение объемной массы, а в дальнейшем процесс стабилизируется. При увеличении массовой доли меланжа в эмульсии до 5 % процесс пенообразования интенсифицируется (рис. 13 кривая 2).
Исследовали влияние штернцетина на качество эмульсии и установили, что штернцетин значительно повышает дисперсность эмульсии и ее устойчивость. Особенно быстро повышается дисперсность и устойчивость эмульсии при внесении 0,9 % штернцетина к массе теста (рис. 14, 15).
Многочисленными исследованиями установлено /60/, что скорость вытекания жидкости пропорциональна квадрату ее дисперсности. С увеличением концентрации пенообразователя пена становится более высокодисперсной, что является основной причиной уменьшения скорости синерезиса. При одинаковых начальных условиях скорость синерезиса уменьшается обратно пропорционально увеличению вязкости жидкой фазы.
Разработка интенсивного способа приготовления сахарного теста
Для получения дисперсных систем с заданными свойствами должны быть реализованы такие параметры механических воздействий в установке, которые обеспечивают предельное разрушение структуры на начальной стадии во всем объеме системы и максимальную однородность распределения фаз в самом начале процесса структурообразования.
Противоречие между потребностью в высокой однородности тестовой смеси и ограничением деформационного воздействия на нее можно разрешить на основе начального равномерного распределения фаз и последующего заданного структурирования теста. Исключить начальную стадию образования мучных агрегатов и конечное образование больших гранул возможно только путем разрыва связей между частицами контактирующих фаз, взаимодействия их при эффективном взаимном проникновении и контакте отдельных частиц твердой и жидкой фаз.
Из-за склонности муки к комкованию происходит обволакивание эмульсией отдельных скоплений из частиц муки с образованием агрегатов разного размера. В то же время часть компонентов не участвует в этом процессе, на что указывает наличие неувлажненных частиц муки. Это свидетельствует об общей макронеоднородности структуры. Образование агрегатов способствует тому, что часть влаги эмульсии поглощается за счет капиллярного всасывания. Вследствие этого подвижность дисперсной фазы уменьшается, и равномерное протекание коллоидных процессов затрудняется.
В существующих способах приготовления кондитерских масс жидкие и твердые (сыпучие) компоненты вводятся в смеситель одновременно и сразу же подвергаются механическим воздействиям. При одновременной загрузке жидких и твердых компонентов механические воздействия совпадают с началом коллоидных процессов, поэтому возрастание вязкости в результате этих процессов начинается уже в начале замеса. В таких условиях происходит дополнительное снижение взаимной подвижности компонентов, ухудшение условий контактирования жидкой и твердой фаз и их равномерного распределения в объеме смеси, что приводит к образованию неодинаковых по размеру увлажненных агрегатов, неравномерному набуханию и локальному образованию теста. Поэтому для достижения требуемой однородности и обеспечения протекания необходимых физико-химических процессов требуется продолжительный замес [126].
Тестообразные массы можно рассматривать как дисперсные системы, состоящие из твердой, жидкой и газообразной фаз. Твердую фазу представляют прежде всего водонерастворимые белковые комплексы и крахмал пшеничной муки. Набухшие глиадиновая и глютениновая фракции белка образуют основную массу клейковины. От количества и качества клейковины зависит способность пшеничной муки образовывать тесто с определенными упруго-пластично-вязкими свойствами.
Белковые вещества пшеничной муки способны поглощать и связывать воду в 2,0 - 2,5 раза больше своей массы. Из этого количества воды менее четвертой части связывается адсорбционно. Остальная часть воды впитывается осмотически, что приводит к набуханию и резкому увеличению объема белков в тесте.
Набухшие белковые мицеллы являются лиофильными коллоидными системами. Состояние молекул в мицеллах близко к их состоянию в монослоях на границе раздела фаз с водой. Такие межфазные границы характеризуются низкими значениями межфазного натяжения. Такие системы термодинамически устойчивы, поскольку агрегирование частиц не сопровождается значительным выигрышем энергии Гиббса. На лиофильных поверхностях за счет сильных водородных связей образуются слои жидкости с измененной структурой, которая распространяется на значительные расстояния (до десятков нанометров). Ориентация молекул в граничных слоях жидкости, повышение вязкости, упругости, появление сопротивления сдвигу значительно препятствует сближению набухших белковых мицелл. Перекрытие граничных слоев при сближении частиц приводит к появлению структурной составляющей расклинивающего давления, ответственной за устойчивость гидрофильных коллоидов.
При сближении гидрофильных поверхностей белковых макромолекул и перекрытии граничных слоев жидкой фазы появляется структурное отталкивание, которое препятствует агрегированию. Перемешивание массы теста приводит к разрушению и утончению гидратных прослоек у поверхности макромолекул, возрастающему с увеличением времени механического воздействия, и сопровождается ослаблением структурного отталкивания. Чем продолжительнее или интенсивнее замес, тем быстрее достигается тот критический рубеж дегидратации белковых макромолекул, за которым наступает процесс коагуляции, так как механическое воздействие становится достаточным для преодоления ими электростатического барьера.
Атомные группировки белковой молекулы резко отличаются по характеру взаимодействия с молекулами воды в растворе: они содержат полярные группы, образующие водородные связи с водой; заряженные группы, вызывающие сильное электрострикционное сжатие воды в своей гидратной оболочке; гидрофобные группы, влияние которых на многие характеристики воды качественно отличается от влияния полярных и заряженных групп. Поэтому гидратная оболочка белковой глобулы гетерогенна, она способствует агрегативной устойчивости белков в растворе.
Значительная доля поверхностных гидрофильных атомных групп биополимеров представлена заряженными группами. Их взаимодействие с водой и ионными компонентами растворителя во многом определяет структуру и стабильность белков и термодинамические свойства их растворов. В результате диссоциации заряженных групп в водном растворе поверхность белковой молекулы приобретает избыточный электрический заряд, а в гидратной оболочке возникает двойной электрический слой, от величины потенциала которого зависят электростатические силы отталкивания.
Особое состояние воды в тонких пленках обусловлено влиянием дальнодействующих поверхностных сил, действие которых распространяется на десятки и сотни слоев молекул от поверхности раздела фаз. Термодинамической характеристикой особого состояния воды в тонких пленках является зависимость расклинивающего давления от толщины пленки.
Необходимо допустить, что ионизирующие группы белковой глобулы содействуют ее раскрытию, что способствует образованию множества новых коагуляционных контактов между отдельными участками разветвленной белковой молекулы. Только с этого момента из разрозненных белковых мицелл начинается образование длинных нитей и пленок, а затем формирование трехмерного структурного каркаса.
Основная роль в образовании белкового каркаса принадлежит гидрофобным взаимодействиям между неполярными группами белковых молекул. Значительную роль в возникновении структурного каркаса теста играют окислительно-восстановительные реакции. Перемешивание теста в атмосфере воздуха вызывает окисление сульфгидрильных групп кислородом с образованием дисульфидных связей, что упрочняет структуру белка, увеличивает его эластичность и прочность.
При механическом воздействии возникают также поперечные дисульфидные связи. Когда полипептидные цепочки белковых молекул при замесе теста смещаются друг относительно друга, то сульфгидрильные группы цистеина одной цепи могут взаимодействовать при их сближении с
