Введение к работе
Актуальность темы. Ржаной хлеб традиционно является одним из основных продуктов питания населения России. Существующие технологии производства ржаного хлеба, исходя из особенностей химического состава ржаной муки, предусматривают применение при приготовлении теста различных видов ржаных заквасок, имеющих титруемую кислотность в пределах 10-16град.
Применение заквасок с такой кислотностью обеспечивает необходимое реологическое поведение ржаного теста при разделке и тестовых заготовок при выпечке. Кроме того, особый вкус, свойственный ржаному хлебу, в значительной мере зависит от видового состава микроорганизмов ржаных заквасок и обусловлен содержанием в готовых изделиях целого спектра органических кислот, играющих существенную роль в формировании физико-химических и биотехнологических свойств ржаных полуфабрикатов.
В разные годы исследованием технологических свойств ржаной муки,
микробиологического состава ржаных заквасок и ржаного теста, процесса их созревания,
а также влияющих на него факторов во взаимосвязи с качеством хлеба при выпечке
занимались многие отечественные и зарубежные исследователи:
ЛЯ. Ауэрман, В.Ф. Голенков, Л.Н. Казанская, Е.И. Квасников, Л.И. Кузнецова, О.В. Афанасьева, Т.Г. Богатырева, Н.М. Дерканосова, И.В. Черных, Л.А. Буров, В.И. Маклюков, Л.И. Пучкова, В.А. Брязун, И.Е. Ковалева, W. Bushuk, M.J. Callejo, G. Spicher, A.I. Fengler и др.
В последнее время в России наблюдается тенденция снижения удельного потребления ржаного хлеба, посредством замены его ржано-пшеничным или пшеничным хлебом.
Уменьшение выработки ржаного хлеба объясняется рядом причин: производством ржаной муки с нестабильными технологическими свойствами, переходом многих хлебозаводов с трехсменной работы на работу в одну смену, что отражается на стабильности бродильной активности используемых ржаных заквасок, обусловленной остановкой и запуском процесса производства, а также повышенными технологическими потерями при формовании тестовых заготовок.
Что касается оценки технологических свойств ржаной муки, то в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52809-2007 параметры её хлебопекарных свойств не соответствуют критическим точкам, обеспечивающим получение хлеба стабильно высокого качества.
В действующем стандарте приведена только одна наиболее информативная и инструментально определяемая физико-химическая характеристика - это «число падения», раскрывающая технологические свойства муки по реологическому поведению её клейстеризованной суспензии. Данный параметр в большей степени отражает состояние её углеводно-амилазного комплекса. Полная же оценка хлебопекарных свойств ржаной муки может быть осуществлена с использованием дополнительных физико-химических параметров, в первую очередь, реологических характеристик теста, объективно отражающих состояние всех макрокомплексов ржаной муки, а не только углеводно-амилазного.
Прямой метод оценки технологических свойств ржаной муки по показателям качества ржаного хлеба после проведения пробной лабораторной выпечки, также требует своего совершенствования в части пересмотра технологического регламента, как параметров приготовления теста, так и параметров выпечки хлеба.
Поэтому разработка технологических решений по совершенствованию технологии ржаного хлеба на основе использования многопараметрического метода контроля
физико-химических характеристик ржаной муки, раскрывающих состояние всех ее биополимеров, установления критических точек этих характеристик и определения рациональных значений реологических параметров теста после замеса и режимов протекания стадий процесса производства ржаного формового хлеба является актуальной задачей для хлебопекарной промышленности РФ.
Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование технологии производства ржаного хлеба на основе применения многопараметрического метода контроля технологических свойств ржаной муки и установления критических точек измеряемых физико-химических характеристик ржаной муки и ржаного теста, а также определения рациональных режимов протекания стадий приготовления теста и выпечки хлеба.
Для реализации поставленной цели, направленной на получение ржаного хлеба стабильно высокого качества, решали следующие задачи:
- анализ существующих методов и средств контроля технологических свойств
ржаной муки, а также информационно-измерительных систем мониторинга параметров
стадий приготовления теста и выпечки ржаного формового хлеба;
разработка многопараметрического инструментального метода контроля хлебопекарных свойств ржаной муки;
формирование определенных требований к технологическим свойствам зерна ржи, используемого для производства хлебопекарной ржаной муки и определение критических точек её физико-химических характеристик;
изучение влияния консистенции и кислотности ржаного теста на протекание технологических операций его замеса и созревания и качество выпекаемого хлеба и установление критических точек физико-химических характеристик ржаного теста;
изучение влияния режима выпечки тестовых заготовок на изменение их физико-химических параметров и показатели качества готового ржаного формового хлеба;
разработка метода пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба;
- опытно-промышленная апробация основных результатов исследования.
Научная новизна работы. На основании проведенных комплексных
исследований физико-химических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки, а также анализа влияния технологических факторов на формирование реологических свойств ржаного теста при его приготовлении и показатели качества формового хлеба при выпечке:
- выявлена взаимосвязь между показателем «твердозерности» зерна ржи
(«индексом прочности») и хлебопекарными свойствами ржаной муки; установлены
характер его изменения в зависимости от технологических свойств зерна, его значение
{0,36±0,02 Н-м/(%-с.в.У) и влияние на хлебопекарные свойства ржаной муки;
установлена зависимость величины сжатия пробы муки и шрота при прессовании от среднего эквивалентного диаметра их частиц, позволяющая косвенным путем оценить их крупность;
на основе анализа кинетики крутящего момента на приводе месильных органов разработана концептуальная модель формирования коагуляционной структуры ржаного теста при замесе, которая позволяет устанавливать момент получения гомогенной структуры в процессе смешения рецептурных ингредиентов и момент окончания получения его капиллярно-пористой структуры;
- показана взаимосвязь между консистенцией и кислотностью ржаного теста и
параметрами его замеса и брожения, установлено улучшение реологических
характеристик ржаного теста при его консистенции - 250±10е.Ф. и титруемой
кислотности после замеса - б,0±0,5град.;
- выявлена взаимосвязь технологических свойств ржаной муки с показателем
эффективной вязкости ржаного теста после замеса, на основании чего установлена
критическая точка эффективной вязкости ржаного полуфабриката, равная
277,0±2,0кПа-с;
установлен характер изменения относительной деформации, объема, температуры тестовой заготовки и давления газовой фракции в её порах при выпечке формового хлеба, позволившая разработать рациональный двухстадийный режим, предусматривающий обжарку тестовой заготовки при температуре 280±5С в течение времени, обусловливающего образование поверхностного слоя мякиша, толщиной 4-6мм, и допекание изделия при температуре 225±5С по достижению центральными слоями ржаного хлеба температуры 96-98С.
Практическая значимость. Разработаны технологические решения, направленные на совершенствование технологии ржаного формового хлеба; сформулированы рекомендации по параметрам технологических свойств зерна ржи, ржаной хлебопекарной муки и режимам стадии приготовления теста и выпечки хлеба.
Разработан многопараметрический метод контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки, предусматривающий определение параметров фаринограммы ржаной муки (времени образования ржаного теста; его разжижения; количества механической энергии, затраченной на формирование структуры теста при замесе), параметров миксолабограммы (величины максимальной консистенции ржаного теста при нагревании и времени ее достижения) и эффективной вязкости ржаного теста.
Определены рациональные значения контролируемых параметров свойств ржаной муки и ржаного теста, а также параметров его приготовления при производстве ржаного формового хлеба. Установлены критические точки физико-химических характеристик ржаной хлебопекарной муки по параметрам фаринограммы и миксолабограммы, обусловливающее формирование рациональных значений реологических свойств ржаного теста при замесе и мякиша хлеба при выпечке.
Выявлены причины дефектов верхней поверхности ржаного формового хлеба при выпечке с температурой среды пекарной камеры, равной 180-240С. Определен рекомендуемый диапазон температур 260-350С, при котором следует проводить обжарку выпекаемой тестовой заготовки для обеспечения максимального объема и правильной формы верхней корки формового хлеба.
Разработан метод пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба, предусматривающий приготовление теста с определенными реологическими характеристиками и выпечку хлеба с обжаркой при температуре 280±5С до получения поверхностного слоя мякиша толщиной 4-6мм и последующим допеканием при температуре 225±5С до температуры в центре мякиша, равной 96-98С.
Проведена апробация метода контроля технологических свойств ржаной хлебопекарной муки в условиях ОАО «Мелькомбинат в Сокольниках» (г. Москва), а также метода пробной лабораторной выпечки ржаного хлеба для оценки технологических свойств зерна ржи и ржаной хлебопекарной муки в условиях ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» Россельхозакадемии (пос. Новоивановское, Московская область). Проведены производственные испытания основных результатов исследований, направленных на совершенствование технологии ржаного хлеба на основе установленных рациональных параметров стадий приготовления теста и выпечки хлеба, в условиях ЗАО «Дедовский хлеб» (г. Дедовск, Московская область).
Основные положения, выносимые на защиту:
- методы многопараметрического контроля физико-химических характеристик
зерна ржи, хлебопекарной ржаной муки и ржаного теста, позволяющие
дифференцированно выдавать рекомендации по регулированию хлебопекарных свойств ржаной муки и управлению стадиями процесса производства ржаного хлеба.
- результаты исследований влияния технологических факторов: консистенции
ржаных полуфабрикатов, вида и дозировки вносимых органических кислот на
протекание технологических операций замеса ржаного теста, его созревание и
окончательную расстойку тестовых заготовок и качество выпекаемого ржаного хлеба;
- совокупность экспериментальных данных по влиянию режима выпечки тестовых
заготовок на изменение их физико-химических характеристик, в том числе
реологических, и показатели качества ржаного формового хлеба;
технологические решения по совершенствованию технологии ржаного формового хлеба на основе установления рациональных параметров хлебопекарных свойств ржаной муки и режимов протекания стадий приготовления теста и выпечки хлеба.
Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных автором, представлены на второй научно-практической конференции и выставке с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г. Москва, МГУПП, 29-31 марта 2010г.), на общеуниверситетской научной конференции молодых ученых и специалистов (г. Москва, МГУПП, апрель 2010г.), на инновационном форуме пищевых технологий и научной конференции молодых ученых и специалистов «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации. Эффективное использование ресурсов отрасли» (г. Москва, МГУПП, 25 ноября 2010г.), на III конференции молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем» (г. Суздаль, 10-15 мая 2011г.), на 7-th Annual European Rheology Conference (Suzdal, 10-14 May, 2011г.), на 18-й Международной выставке «Современное хлебопечение России-2012г.», на 26 Симпозиуме по реологии (г. Тверь 10-
-
сентября 2012г.), на третьей научно-практической конференции с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г. Москва, 15-
-
ноября 2012г.), на IV International conference on colloid chemistry and physicochemical mechanics (Moscow, 30 June - 05 July, 2013r.).
По результатам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и
