Структурно-механические свойства пищевых продуктов выполняют двойную функцию: они предназначены не только для количественных, но и для качественных характеристик пищевых продуктов. Структурно- механические (реологические) свойства - особенности товаров, проявляющиеся при их деформации. Они характеризуют способность товаров сопротивляться приложенным внешним силам или изменяться под их воздействием. К ним относятся прочность, твердость, упругость, эластичность, пластичность, вязкость, адгезия, тиксотропия и др.
Эти свойства зависят не только от химического состава продуктов, но и от строения, или структуры. Показатели структурно-механических свойств характеризуют качество (консистенцию) пищевых продуктов, заметно изменяются при их разрушении и учитываются при выборе условий их технологической обработки, перевозки и хранения.
Прочность - способность твердого тела сопротивляться механическому разрушению при приложении к нему внешней силы растяжения и сжатия.
Прочность материала зависит от его структуры и пористости. Прочность имеет важное значение для количественной характеристики таких пищевых продуктов, как макароны, сахар-рафинад, печенье, сухари. Если пищевые продукты недостаточно прочные, увеличивается количество лома, крошки, Этот показатель учитывается при переработке зерна на муку, при дроблении винограда, при измельчении картофеля и т.д.
Твердость - местная поверхностная прочность тела, которая характеризуется сопротивлением проникновению в него другого более твердого тела.
Твердость объектов зависит от их природы, формы, структуры, размеров и расположения атомов, а также сил межмолекулярного сцепления. Твердость определяют при оценке степени зрелости свежих плодов и овощей, по твердости сухарных и бараночных изделий судят о процессах черствения.
Деформация - способность объекта изменять размеры, форму и структуру под влиянием внешних воздействий, вызывающих смещение отдельных частиц по отношению друг к другу. Деформация товаров зависит от величины и вида нагрузки, структуры и физико-химических свойств объекта.
Деформации могут быть обратимыми и необратимыми (остаточными). При обратимой деформации первоначальные размеры, форма и структура продуктов восстанавливаются полностью после снятия нагрузки, а при необратимой - не восстанавливаются. Обратимая деформация может быть упругой, когда происходит моментальное восстановление формы и размера объекта, и эластичной, когда на восстановление требуется более или менее продолжительный отрезок времени. Остаточной называется деформация, остающаяся после прекращения действия внешних сил. Остаточная необратимая деформация называется также пластической.
Если внешние силы, приложенные к телу, будут настолько велики, что перемещающиеся в процессе деформации частицы тела потеряют взаимную связь, наступает разрушение тела.
Пищевые продукты, как правило, характеризуются мно-гокомпонентностью состава; им свойственна как упругая деформация, так и эластичная, а также пластическая деформация.
Упругость - способность тел мгновенно восстанавливать свою первоначальную форму или объем после прекращения действия деформирующих сил. Применяется этот показатель при определении упругости теста, клейковины пшеничного теста, хлебных изделий и других товаров. Этим свойством характеризуются такие товары, как, например, резиновые надувные изделия (шины, игрушки и т. п.).
Эластичность - свойство тел постепенно восстанавливать форму или объем в течение некоторого времени после прекращения действия деформирующих сил.
Это свойство также используется при оценке качества хлеба (состояние мякиша), мяса и рыбы, клейковины теста. Так, эластичность мякиша хлеба, мяса и рыбы служит показателем их свежести, так как при черствении мякиш утрачивает эластичность; при перезревании мяса и рыбы или их порче мышечная ткань сильно размягчается и также утрачивает эластичность.
Пластичность - способность объекта к необратимым деформациям, вследствие чего изменяется первоначальная форма, а после прекращения внешнего воздействия сохраняется новая форма. Типичным примером пластичных материалов служат пластилин. Пластичность пищевого сырья и полуфабрикатов используется при формовании готовых изделий. Так, благодаря пластичности пшеничного теста можно придавать определенную форму хлебобулочным, мучным кондитерским, бараночным и макаронным изделиям. Пластичностью обладают горячие карамельные, конфетные, шоколадные и мармеладные массы. После выпечки и остывания готовые изделия утрачивают пластичность, приобретая новые свойства (эластичность, твердость и т. п.).
При перевозке, хранении и реализации продукции следует учитывать ее способность к деформации и зависимость ее от механических нагрузок и температуры товара.Так, пищевые жиры, маргариновая продукция, коровье масло, хлеб при низких температурах обладают относительно высокой прочностью, а при повышенных температурах - пластичностью. Поэтому перевозка, например, горячего (неостывшего) хлеба может привести к деформированию изделий и увеличению процента санитарного брака.
Следует отметить, что тел, способных только к обратимым или необратимым деформациям, практически нет. В каждом материале или товаре проявляются различные виды деформаций, но одним в большей степени присущи обратимые деформации, упругость, эластичность, а другим - пластичные. Упругие деформации наиболее присущи товарам, имеющим кристаллическую структуру, эластичные - товарам, состоящим из высокомолекулярных органических соединений (белки, крахмал и т. п.), пластичные - товарам, обладающим слабыми связями между отдельными частицами.
Принципиальные различия между упругими, эластичными и пластичными деформациями заключаются в структурных изменениях, происходящих под воздействием внешней силы. При упругих и эластичных деформациях изменяется расстояние между частицами, а при пластичных - их взаимное расположение.
В результате длительного внешнего воздействия упругая деформация может переходить в пластическую. Этот переход связан с релаксацией - падением напряжения внутри материала при постоянной начальной деформации.
Примером может служить деформация плодов и овощей под воздействием силы тяжести верхних слоев, свежевыпеченного хлеба при ударах или давлении. При этом товар может частично или полностью утрачивать способность восстанавливать свою форму вследствие изменения взаимного расположения частиц.
Вязкость (внутреннее трение) - способность жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой под действием внешней силы.
Вязкость жидких товаров определяется с помощью прибора вискозиметра. Применяется вязкость для оценки качества товаров с жидкой и вязкой консистенцией (сиропов, экстрактов, меда, растительных масел, соков, спиртных напитков и т. п.). Вязкость зависит от химического состава (содержания воды, сухих веществ, жира) и температуры товара. При повышении содержания воды и жира, а также температуры снижается вязкость сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, что облегчает их приготовление, вязкость возрастает с увеличением концентрации растворов, степени их дисперсности.
Вязкость косвенно свидетельствует о качестве жидких и вязких продуктов, характеризует степень их готовности при переработке сырья, влияет на потери при их перемещении из одного вида тары в другой.
Липкость (адгезия) - способность продуктов проявлять силы взаимодействия с другим продуктом или с поверхностью тары, в которой находится продукт. Этот показатель тесно связан с пластичностью, вязкостью пищевых продуктов. Адгезия характерна для таких пищевых продуктов, как сыр, сливочное масло, мясной фарш и др. Они прилипают к лезвию ножа при разрезании, к зубам при разжевывании. Липкость продуктов определяют с целью управления этим свойством в процессе производства и хранения товаров.
Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться под воздействием постоянной нагрузки. Это свойство характерно для сыров, мороженого, коровьего масла, мармелада и др. В пищевых продуктах ползучесть проявляется очень быстро, с чем приходится считаться при их обработке в хранении.
Тиксотропия - способность некоторых дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она обнаружена у многих полуфабрикатов и продуктов пищевой промышленности и общественного питания, например, у студней.
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРОДЯЩЕГО ТЕСТА
Небродящее мучное тесто следует считать материалом, призванным оценивать технологические свойства зерна и муки. Бродящее тесто для указанной цели менее пригодно, так как содержит дрожжи, закваски, газообразные вещества, преимущественно углекислоту, органические кислоты, образующиеся при брожении. Оно является структурным аналогом и предшественником структуры хлебного мякиша, незафиксированной термической обработкой. Количество образующейся в единице объема теста углекислоты зависит от содержания и распределения в нем дрожжевых клеток, энергии их брожения, определяемой массой дрожжей, условиями их жизнедеятельности. Величина пузырьков углекислоты и их количество в объеме определяются газопроницаемостью теста (по С0 2), зависящей от его структурно-механических свойств.
Газообразные вещества, как известно, существенно отличаются от твердых тел и жидкостей меньшей плотностью, большей сжимаемостью, а также зависимостью коэффициента их объемного расширения от температуры. Их наличие в структуре теста увеличивает объем, понижает его плотность, усложняет структуру. Упруго-пластичные деформации бродящего теста протекают в стенках пор его структурированной массы. Для того чтобы рассмотреть влияние газообразной фазы на механические свойства бродящего теста, рассмотрим схему его структуры, приведенной на рис. 21. В ней палочками с круглым концом схематически показаны ПАВ, белки, липоиды и др. Их закругленная часть представляет полярную, а прямой «хвост» - неполярную группу атомов в молекуле.
Наиболее вероятными центрами образования первичных пузырьков С0 2 в бродящем тесте являются точки сцепления неполярных групп молекул ПАВ, связанных наиболее слабыми силами дисперсионных взаимодействий. Образующиеся в тесте при его брожении газообразные продукты (СО 2 и др.) растворяются в свободной воде, адсорбируются на поверхностях молекул гидрофильных полимеров. Их избыток образует пузырьки газа в бродящем тесте. Стенки пузырьков образуют поверхностно- активные вещества. Увеличение количества газообразных продуктов вызывает соответствующее увеличение числа и объема газовых пузырьков, уменьшение толщины их стенок, а также прорыв стенок, диффузию и утечку газа с поверхности теста.
Этот сложный процесс образования структуры бродящего теста, естественно, сопровождается увеличением объема его массы и деформациями сдвига. Накопление множества пузырьков газообразных продуктов приводит к образованию пенообразной структуры бродящего теста, имеющей двойные стенки, образованные поверхностно-активными веществами. Они заполнены массой гидратированных гидрофильных веществ теста, связанных с полярными группами ПАВ стенок пузырьков вторичными химическими связями. Тесто обладает значительной вязкостью и упруго-эластичными свойствами, обеспечивающими его пенообразной структуре достаточную прочность и долговечность, определенную способность течения и удерживания газообразных веществ (воздуха, пара, углекислоты).
Упруго-пластичные деформации сдвига такой структуры в результате перманентного увеличения объема газовых пузырьков и теста приводят к уменьшению толщины стенок, их разрыву и слиянию (коалесценции) отдельных пузьцрьков с уменьшением общего объема.
Развитие упруго-пластичных деформаций сдвига в массе начинающего быстро бродить теста, понижающего свою плотность, происходит при соответствующих пониженных напряжениях, поэтому начальные модули упругости-эластичности сдвига и вязкость такого теста должна быть не выше, чем у небродящего теста. Однако в процессе его брожения и увеличения объема деформации сферических стенок его газовых пор должны сопровождаться ориентацией белков и других полимеров в направлении сдвига и течения, образованием дополнительных межмолекулярных связей между ними и увеличением вязкости теста. Понижение плотности бродящего теста при брожении позволяет белкам полнее реализовать эластичные свойства - понизить модуль упругости-эластичности сдвига. При увеличенной вязкости, сниженном модуле бродящее тесто должно иметь значительно большее отношение этих характеристик, иметь более твердообразную систему, чем небродящее.
Благодаря перманентному образованию углекислоты и увеличению таким путем объема бродящее тесто в отличие от не- бродящего является двояко напряженной системой. Силы гравитации его массы при брожении уступают, равны или больше энергии химических реакций образования С0 2 , создающей силы, развивающие и движущие газовые пузырьки вверх по закону Стокса (движения сферических тел в вязкой среде). Количество и размеры пузырьков газа в тесте определяются энергией и скоростью брожения дрожжей, структурно-механическими свойствами теста, его газопроницаемостью.
Величина образующегося при брожении пузырька углекислого газа в каждый данный момент будет зависеть от равновесия его растягивающих сил
Р=π rp (4.1)
и сжимающих
P =2π rσ (4.2)
где π, r , р , σ - соответственно отношение окружности к диаметру (3, 14), радиус пузырька, избыточное давление и поверхностное натяжение.
Из условий равенства уравнений (4.1) и (4.2) следует, что
P =2 σ / r (4.3)
Уравнение (4.3) показывает, что в начальный момент образования газового пузырька, когда его размеры, определяемые радиусом, весьма малы, величина избыточного давления должна быть значительна. С увеличением радиуса пузырьков оно снижается. Соседство пузырьков газа различного радиуса должно сопровождаться диффузией СО 2 через стенки в направлении от большего к меньшему давлению и выравниванием его. При наличии определенного избыточного давления и среднего размера газовых пузырьков нетрудно подсчитать, зная вязкость теста, скорость их подъема по упомянутому закону Стокса.
Согласно этому закону сила, поднимающая пузырьки газа,
P =4/3π rg ( ρ - ρ ) (4.4)
преодолевает силу их трения
P =6 πrηυ (4.5)
где g-константа гравитации;
ρ и ρ - плотности газа и теста;
η-эффективная структурная вязкость теста;
υ- скорость вертикального движения пузырьков газа в тесте
возникающую в массе теста при движении в нем сферического тела (пузырька газа).
Из равенства уравнения (4.4) и (4.5) легко определяется величина скорости
V =2 gr ( ρ - ρ )/9 η (4 .6)
Данное уравнение имеет большое практическое значение, позволяя установить зависимость скорости увеличения объема бродящего теста от его плотности и вязкости, размера отдельных пор, определяемого также энергией брожения микроорганизмов. Подсчитанная по уравнению скорость увеличения объема пшеничного теста из муки I сорта плотностью 1,2 со средним радиусом пор 1 мм и вязкостью порядка 110 4 Пас составляет около 10 мм/мин. Практические наблюдения показывают, что такое тесто имеет среднюю скорость подъема от 2 до 7 мм/мин. Наибольшая скорость наблюдается в первые часы брожения.
При наличии в тесте соседних пор, имеющих различные размеры и давление газа, происходят разрыв их стенок и слияние пор (коалесценция); это явление также зависит от скорости брожения и механических свойств теста; по-видимому, большинство пор теста и хлебного мякиша являются незамкнутыми, открытыми. Вследствие явлений диффузии С0 2 через стенки пор и их разрыва избыточным давлением бродящее тесто теряет углекислоту своей поверхностью: принимая затрату сухих веществ (сахара) на брожение теста, равным в среднем 3% массы муки, при спиртовом брожении на 1 кг муки (или 1,5 кг хлеба) выделяется около 15 г, или примерно 7,5 л С0 2 . Это количество при атмосферном давлении в несколько раз превышает объем газообразных продуктов в указанном объеме хлеба и характеризует их потери при брожении теста.
В бродящем тесте образуются также многие другие органические кислоты и спирты, способные изменять растворимость соединений зерна. Таким образом, все изложенное выше показывает, что структура бродящего теста является более сложной, чем у небродящего. Оно должно отличаться от последнего меньшими: плотностью, модулем упругости-эластичности, большей вязкостью и η/Е (большей способностью сохранения формы), перманентным увеличением объема и кислотности при брожении.
Пекари практически издавна характеризовали хлебопекарные свойства бродящего теста по его способности к проявлению упруго-эластичных деформаций после снятия напряжений: «живое» (или упруго-эластичное) «движущееся» после деформации тесто всегда давало хлебные изделия хорошего объема, формы и структуры пористости мякиша в отличие от неподвижного (пластичного) теста, лишенного этих свойств.
Структура бродящего теста, его механические свойства находятся во взаимной зависимости от сахарообразующей способности муки, а также газообразующей и газоудерживающей (газопроницаемости) способностей теста. Они зависят также от вида, возраста и бродильной способности микроорганизмов - генераторов брожения.
Это подтверждается данными величин газообразования и удерживания теста из муки сортовых пшениц, приведенными в табл. 3.10. При равной в среднем газообразующей способности муки пшениц первой и второй групп меньшая абсолютная и относительная газоудерживающая способность теста (и объемный выход хлеба) первой объясняется его более высокими упруго- пластичными свойствами. Вместе с тем меньшая газоудерживающая способность теста (и объемный выход хлеба) из пшениц третьей группы в сравнении с этими характеристиками теста (и хлеба) из пшениц второй, а также первой групп отчасти могут быть отнесены за счет их меньшей газообразующей способности.
Их относительная (в % к газообразованию) газоудерживающая способность оказалась выше, чем у теста пшениц второй и первой групп, что может быть отнесено за счет наиболее высокого содержания клейковинных белков в пшеницах этой группы. Таким образом, при рассмотрении газоудерживающей способности теста и объемного выхода хлеба приходится учитывать не только механические характеристики теста, но и названные свойства муки. Представлялось целесообразным исследовать и сравнить структуру небродящего и бродящего теста. Последнее является фактическим материалом, из которого делают хлебные изделия из муки разных сортов, отличающиеся физическими показателями качества. Представляло интерес сравнить механические свойства небродящего и бродящего теста из муки разного сорта, а также провести примерное нормирование их у последнего.
Структурно-механические свойства небродящего и бродящего теста, приготовленного из двух образцов товарной пшеничной муки I и II сортов, приведены в табл. 3.1 и 4.1.
| Таблица 4.1 Структурно-механические характеристики теста из пшеничной муки 1 сорта влажностью 44%
Примечание. В числителе приведены данные по небродящему тесту, в знаменателе - по бродящему. |
Тесто из пшеничной муки I сорта является менее сложной лабильной структурой, чем тесто из муки II сорта: в нем менее активны процессы гидролиза, меньше содержится сахаров и других соединений, изменяющих во времени упруго-эластичные свойства структуры. По этой причине отличия структуры небродяще- го теста из муки I сорта должны быть наиболее отчетливы.
Как показывают результаты табл. 4.1, непосредственно после замешивания небродящее тесто обоих образцов имело модули сдвига и вязкость, относительные пластичность и эластичность большие, а η/Е меньшее, чем у бродящего теста. После 2-часового брожения вязкость теста и η/Е не уменьшились, как у небродящего теста, а наоборот, увеличились, а пластичность уменьшилась. По указанной причине показатель К имел отрицательную величину, характеризуя не разжижение, а увеличение вязкости структуры.
Результаты сравнения механических свойств небродящего и бродящего пшеничного теста из двух образцов муки II сорта, приведенные в табл. 3.1, в основном полностью подтверждают закономерности, установленные для теста из муки I сорта; они, однако, представляют несомненный интерес потому, что процесс его выдержки продолжался до 24 ч. Известно, что брожение прессованных хлебопекарных дрожжей при их обычной дозировке (около 1 % к муке) заканчивается обычно на отрезке времени 3-4 ч (продолжительность брожения опары). По истечении этого времени тесто пополняют свежей порцией муки и перемешивают, после чего брожение в нем возобновляется. При отсутствии добавок муки и перемешивания спиртовое брожение уступает кислотному. Такое тесто, приобретая излишние количества этилового спирта и кислот, растворяет белки клейковины (разжижает), теряя углекислоту - уменьшает объем, становится более плотным. Из табл. 3.1 видно, что бродящее тесто после 6 ч и особенно после 24 ч брожения по величинам модулей сдвига, вязкости, относительных пластичности и эластичности приближается к этим показателям небродящего теста. Это показывает, что процессы дрожжевого брожения продолжительностью до 6 ч являются основной причиной существенных отличий структуры бродящего теста от его небродящей структуры. Опытами установлено, что образцы бродящего пшеничного теста из муки I и II сортов имеют структуру, обладающую более совершенными свойствами упругости-эластичности (меньшим модулем сдвига), большей вязкостью и формоустойчивостью (η/Е), а также большей стабильностью во времени в сравнении со структурой небродящего теста. Основной причиной этих отличий следует считать процесс спиртового брожения хлебопекарных дрожжей в бродящем тесте, образование в нем газонаполненных пор, вызывающих перманентное увеличение объема, развитие упруго-пластичных деформаций и упрочнение структуры вследствие ориентации полимеров в плоскостях сдвига. Кислотное брожение в нем менее значительно и, как показано ниже, влияет на эти свойства путем изменений процессов набухания и растворения соединений муки.
ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРОДЯЩЕГО ТЕСТА И КАЧЕСТВА ХЛЕБА ОТ ВИДА И СОРТА МУКИ
Качество хлебных изделий - их объемный выход, форма, структура пористости и другие характеристики, определяются сортом муки и соответственно номируются ГОСТами.
Структура бродящего теста является непосредственным материалом, из которого получают хлебные изделия путем его термической обработки в печи. Представляло интерес исследование биохимических и структурно-механических свойств бродящего пшеничного теста в зависимости от сорта муки. Для указанной цели семь образцов мягких краснозерных пшениц размалывали на лабораторной мельнице трехсортным помолом с общим выходом в среднем 78%. Затем мы исследовали газообразующую и газоудерживающую способность муки, структурно-механические характеристики сброженного теста после его расстойки, а также сырых клейковинных белков и их содержание в муке, удельный объем (в см 3 /г) формового, а также HID круглого подового хлеба, выпеченного по ГОСТ 9404-60. Полученные результаты приведены в табл. 4.2. Они показали, что выход сортовой муки даже в условиях лабораторного опытного помола существенно колеблется и тем сильнее, чем выше ее сорт. Таким образом, технология помола зерна должна оказывать влияние на химический состав, следовательно, и на структуру теста. Она является одним из существенных многочисленных факторов, влияющих на качественные показатели муки, теста и хлебных изделий.
Таблица 4.2
Биохимические и структурно-механические характеристики
белков клейковины бродящего теста и хлеба
(средние данные)
 |
Примечание. В числителе данные по белкам, в знаменателе – по тесту.
Технологические свойства зерна и муки каждого сорта характеризует прежде всего их газообразующая способность. Это свойство характеризует способность зерна и муки превращать химическую энергию окисления углеводов в тепловую и механическую энергию движения бродящего теста, преодолевающу инерцию его массы. Определение газообразующей способности муки сопровождается учетом количества выделенной С0 2 . Ее количество, задержанное тестом, определяет его. газоудерживание по приросту объема. Этот физико-химический показатель характеризует своим обратным значением газопроницаемость теста по углекислому газу. Последняя зависит от структуры и величины основных упруго-пластичных (Е, η, η/Е) характеристик теста. Опыты показали, что газообразующая способность муки значительно увеличивалась от высшего к первому и второму сортам, тогда как объемный выход хлеба, наоборот, понижался.
Газоудерживающая способность теста находится в прямой зависимости от газообразующей способности; несмотря на это, она в абсолютном и относительном (в % к газообразованию) значениях не увеличивалась, но заметно и закономерно понижалась с понижением сорта муки. Между абсолютным значением удержанного тестом СО и объемными характеристиками хлеба (объемным Выходом, удельным объемом) имеется тесная прямая зависимость. Изложенное позволяет сделать вывод, что данные характеристики качества хлеба определяются в основном не биохимическими, а физико-химическим (газопроницаемостью) и механическими свойствами (η, Е и η/Е) теста. Последние зависят в основном от соответствующих свойств сырых клейковинных белков и их содержания в тесте.
Опыты показали, что содержание сырых белков клейковины закономерно увеличивалось с понижением силы зерна и влагоем-кости (вязкости) муки и ее сорта. Структура белков муки высшего сорта имела более значительные величины модуля сдвига, а в среднем - и вязкости, чем структура белков муки I сорта. Это свидетельствует о их большей статистической молекулярной массе. Белки муки I сорта имели величину модуля сдвига и вязкость меньшие, чем эти характеристики белков муки II сорта, но превышали их по величине η/Е. Это характеризует их большую эластичность и формоустойчивость.
Газоудерживающая способность теста и объемный выход хлебных изделий прямо зависят от продолжительности периода релаксации напряжений клейковинных белков и теста, или η/Е. Отношение вязкости к модулю клейковинных белков муки II сорта было значительно меньшим, чем у белков муки высшего и I сортов.
Газоудерживающая способность теста из сортовой пшеничной муки зависела от соответствующих величин его модуля сдвига и вязкости. Эти характеристики с понижением сорта муки уменьшались аналогично способности газоудерживания.
Установлено, что бродящее тесто из муки высшего сорта влажностью 44% подобно сырым клейковинным белкам этой муки имело наиболее значительные величины модулей сдвига, вязкости и отношения вязкости к модулю, наименьшую относительную пластичность. Из этого теста были получены хлебные изделия наиболее высокой пористости, удельного объема формового, а также отношения высоты к диаметру подового хлеба. Таким образом, несмотря на значительную вязкость наименьшее газообразование благодаря высокому η/Е из этой муки получено тесто и хлеб высокого объемного выхода. Высокие величины вязкости и η/Е способствовали получению подового хлеба с наиболее высоким Н/Д.
Тесто из муки I сорта влажностью 44% по величинам газоудерживания, механическим характеристикам и качеству хлеба незначительно уступало качеству теста из муки высшего сорта, оно имело пониженные на 14-15% вязкость, η/Е теста, Н/Д. Это свидетельствует о том, что снижение вязкости теста из муки I сорта способствовало как развитию удельного объема формового, так и увеличению расплываемости подового хлеба.
Тесто из муки II сорта имело более высокую влажность (45%). Несмотря на наибольшее газообразование, оно значительно уступало тесту высшего и I сортов муки по величинам газоудерживания, вязкости. Отношение вязкости к модулю у этого теста, как и у клейковинных белков, было меньшим, а относительная пластичность более высокой, чем у теста из муки высшего и I сортов. Качество полученных хлебных изделий было гораздо ниже качества изделий из муки высшего и I сортов.
В целях уточнения влияния структурно-механических характеристик бродящего теста на физические свойства хлебных изделий мы дифференцировали результаты опытов на две группы. Первая группа образцов каждого сорта имела в среднем более высокие, чем среднеарифметические, модули сдвига и вязкость, вторая группа -более низкие. Учтены также характеристики газоудерживания теста и упруго-пластичных свойств сырых клейковинных белков (табл. 4.3).
Таблица 4.3
 |
Усредненные характеристики теста повышенной и пониженной вязкости
Из табл. 4.3 видно, что удельный объем хлеба из муки высшего сорта не зависит от величины газоудерживающей способности теста, которая для обеих групп образцов оказалась практически одинаковой. Удельный объем хлеба из муки I и II сортов находился в зависимости от несколько более высокой величины газоудерживающей способности теста второй группы образцов. Количество сырой клейковины по обеим группам образцов для всех сортов муки оказалось примерно одинаковым и не могло влиять на показатели качества хлеба.
Вязкость теста из муки высшего сорта обеих групп образцов оказалась в обратной зависимости, а отношение вязкости к модулю- в прямой зависимости от соответствующих показателей их сырых клейковинных белков, у теста из муки I и II сортов обеих групп образцов - наоборот.
Отсюда можно сделать вывод, что основные характеристики бродящего теста - вязкость и отношение вязкости к модулю - зависят не только от соответствующих характеристик клейковинных белков, но и влияния других соединений зерна.
Объемный выход формового, а также H/D подового хлеба в пределах каждого из трех сортов пшеничной муки зависят от вязкости и отношения вязкости к модулю бродящего теста. Вязкость оказывает обратное влияние на величину объемного выхода и прямое влияние на величину H/D. Отношение вязкости к модулю оказывает прямое влияние на обе указанные характеристики качества хлеба.
Степень влияния вязкости и отношения вязкости к модулю на физико-механические показатели качества хлеба может быть неодинаковой и взаимно направленной. Она зависит как от величины этих характеристик структуры теста, так и режимов его технологической обработки. Несмотря на это, данные табл. 4.3 позволяют объяснить полученные результаты не только сортом муки, но и зависимостью от величин вязкости и отношения вязкости к модулю теста. Так, значительную разницу в удельном объеме формового и H/D подового хлеба из муки высшего, I или II сортов при одинаковой примерно вязкости теста следует объяснить прежде всего неодинаковыми величинами их отношений вязкости к модулю. Полученные нами результаты позволяют констатировать, что сорт зерна, смолотого даже по одной и той же технологической схеме, оказывает влияние на газоудерживание и структурно-механические свойства теста, полученного из каждого сорта муки трехсортного помола. Вязкость и отношение вязкости к модулю бродящего теста из пшеничной сортовой муки можно использовать в качестве характеристик, предопределяющих физико-механические показатели формового и подового хлеба. Поэтому представлялось целесообразным их определение и нормирование для простого теста из товарной муки основных сортов, получаемого на московских предприятиях в условиях действующих технологических режимов производства.
Путем массовых измерений упруго-пластичных характеристик сброженного, готового к разделке теста и статистической обработки результатов были установлены средние оптимальные (М±δ) величины вязкости и отношения вязкости к модулю для трех сортов пшеничной и ржаной товарной муки (табл. 4.4).
Таблица 4.4
Средние оптимальные величины вязкости и η/Е бродящего теста (D=0,003 с)
| Влажность теста,% |
|||
| Пшеничная I сорта |
|||
| обдирная |
Сравнивая данные табл. 4.4. и 3.14, можно видеть, что бродящее тесто из пшеничной муки I сорта имеет, как и в табл. 3.1 и 4.1, значительно большие, а ржаное тесто обоих сортов -меньшие, чем у небродящего теста, величины вязкости и отношения вязкости к модулю.
Основной причиной снижения вязкости и отношения вязкости к модулю бродящего теста из ржаной обойной муки следует считать растворение его соединений кислотами теста.
Исследования влияния подкисления молочной кислотой небродящего теста из трех образцов ржаной обойной муки показали, что все образцы подкисленного (до нормы бродящего) теста имели меньшую вязкость и отношение вязкости к модулю, чем у неподкисленного. Это следует отнести за счет частичной пепти-зации набухающих белков и других соединений ржи растворами органических кислот.
ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ТЕСТОВЕДЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕСТА И КАЧЕСТВО ХЛЕБНЫХ
ИЗДЕЛИИ
За последние годы в СССР и за рубежом проведены работы, показавшие возможность сокращения расхода муки и времени на приготовление хлебных изделий. Это достигается применением технологических схем, предусматривающих механическое воздействие на опару и тесто, активирующее их брожение. В основу таких схем заложено применение больших жидких (влажностью около 70%) или густых (влажностью 40-50%) опар.
Жидкие опары имеют вязкость на 1-2 десятичных порядка меньшую, чем густые; последние трудно перекачивать наверх; их после сбраживания разводят водой. Установлено, что разведенные опары имеют вязкость значительно ниже, чем неразведенные соответствующей влажности; при брожении вязкость опар снижается.
Сокращение продолжительности брожения опары и теста достигается более продолжительным интенсивным воздействием в процессе замешивания. При этом снижается количество отмываемых из теста белков клейковины, увеличивается содержание водорастворимых азотистых соединений, углеводов, повышаются атакуемость крахмала амилазой и бродильная активность дрожжей. Перечисленные процессы повышают объемный выход теста и хлеба, улучшают структуру пористости мякиша, форму подовых изделий.
Указанные характеристики хлебных изделий улучшаются также путем дополнительной механической обработки теста в процессах его разделки. Однако чрезмерная механическая обработка может привести к ухудшению физико-механических характеристик изделий, поэтому необходима ее оптимизация. В качестве критерия степени механического воздействия на тесто при его замешивании предлагается величина удельной работы. Она колеблется в зависимости от влагоемкости муки от 12 до 50 Дж/г.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
Бродящее тесто в отличие от небродящего является более сложной двояко напряженной коллоидной дисперсной системой, включающей газовую фазу, имеющую поэтому пониженную плотность. Его пенообразная пористая масса, непрерывно образуя С0 2 , увеличивает объем - коалесцирует вследствие выравнивания давления соседних пор различного размера, образуя открытую структуру; в ней непрерывно происходят согласно закону Стокса движение наиболее крупных пор вверх к поверхности теста и выделение углекислого газа. В процессе образования пор, увеличения объема малыми напряжениями и медленными деформациями сдвига структуры бродящего теста эластифицируется, повышает вязкость и η/Е.
Бродящее тесто из пшеничной муки I и II сортов отличается от небродящего меньшими величинами модулей сдвига, относительной пластичности (большей эластичностью), большими вязкостью и отношением вязкости к модулю, а также стабильностью и увеличением этих характеристик в процессе брожения после замешивания. Более существенные отличия установлены для теста из муки I сорта, имеющего меньшую на 3-4% влажность, чем тесто из муки II сорта, и иной химический состав.
Бродящее тесто из ржаной муки обойного и обдирного помолов отличается от небродящего большими величинами модулей сдвига, меньшими вязкостью и отношением вязкости к модулю. Это объясняется влиянием значительной концентрации в нем органических кислот, частично растворяющих набухающие белки и другие полимеры зерна.
Структурно-механические свойства бродящего пшеничного теста и сырых белков клейковины из муки высшего, I и II сортов, полученных из одного зерна трехсортным помолом, вязкость, а также отношение вязкости к модулю существенно различаются: они определяют газоудерживающую способность теста, объемный выход формового, а также H/D подового хлеба. С понижением сорта муки уменьшается вязкость и отношение вязкости к модулю клейковинных белков и газоудерживание теста, объемный выход хлеба, его пористость и H/D. Наиболее существенные различия указанных характеристик теста, клейковинных белков и хлеба наблюдаются между I и II сортами муки.
В пределах каждого сорта вязкость бродящего теста оказывает обратное влияние на развитие его объема (газоудерживание), объемный выход хлеба и прямое влияние на H/D хлеба. Отношение вязкости к модулю теста оказывают прямое влияние на оба показателя хлеба. Сорт зерна в ряде случаев оказывает влияние на структурно-механические свойства теста из муки каждого сорта.
Перечисленные свойства бродящего теста в целях контроля и управления ими целесообразно нормировать и регулировать. В качестве примерных норм для теста из пшеничной муки I сорта, ржаной обойной и обдирной муки можно использовать результаты табл. 4.4.
ВЛИЯНИЕ ПРОГРЕВА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕСТА. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛЕБНОГО
Процесс производства хлебных изделий завершается прогревом массы бродящего теста от 30 до 100°С в условиях больших градиентов тепло- и массопереноса.
Термическая обработка при выпечке в указанном интервале температуры существенно влияет на активность биохимических процессов, изменяет конформации молекул основных полимеров зерна, их гидрофильные свойства, а также механические свойства теста; в структуре уменьшается содержание свободной воды, тесто теряет способность течения под напряжением сил гравитации массы. Затем пластично-упругая структура теста превращается в упруго-хрупкую пластичную студнеобразную структуру хлебного мякиша. Следует полагать, что его пластичные деформации имеют место в основном при малых скоростях деформации вследствие релаксации напряжений, а при больших скоростях-в результате явлений хрупкости, разрушения сплошности стенок пор концентрированного белково-крахмального студня - мякиша в упругой области. В связи с этим при исследовании механических свойств хлебного мякиша следует ограничиваться возможно малыми величинами его деформаций и их скорости. Вместо деформаций сдвига целесообразно использовать деформации одноосного сжатия пористой пенообразной" структуры мякиша.
Прогревание усиливает тепловое движение молекул химических соединений. В растворах полимеров оно снижает коэффициент внутреннего трения (вязкость). Обратная зависимость вязкости растворов полимеров от температуры определяется известным эмпирическим уравнением Аррениуса
η=Ае
где A -постоянная, зависящая от свойств вещества;
е -основание натурального логарифма;
Т - абсолютная температура;
К - газовая постоянная;
Е - энергия активации (работа, затрачиваемая на перемещение частиц).
Однако это уравнение справедливо лишь для растворов низкой концентрации и при условии отсутствия существенных изменений формы молекул полимеров. Концентрация основных полимеров зерна - клейковинных белков и крахмала - в хлебном тесте является весьма высокой, а термическая его обработка изменяет форму молекул, а также способность взаимодействия этих основных полимеров зерна с растворителем - водой. Размеры и формы их молекул изменяются также при гидролизе и брожении ферментами зерна и микроорганизмов теста.
Все указанные процессы могут оказывать влияние на структуру, изменять механические свойства теста. Поэтому следовало ожидать, что применение уравнения Аррениуса для структуры теста допустимо в весьма ограниченной области температуры. Зависимость этих свойств теста от температуры в широких ее пределах является более сложной. Рассмотрим более подробно ее возможное влияние на эти свойства: прогрев теста при выпечке и превращение его в хлебный мякиш протекает в две основные стадии. В начальной стадии прогрева теста до 50-60°С активируются ферментные системы теста, увеличивается содержание в нем водорастворимых соединений, которые могут пластифицировать структуру и одновременно с усилением молекулярно-теплового движения снижать вязкость, усиливать его адгезионные свойства. На этой стадии начинаются также основные процессы выпечки хлеба: клейстеризация крахмала и денатурация белков зерна, которые наиболее активно протекают и заканчиваются во второй, завершающей стадии прогрева теста от 60 до 100°С, когда имеет место также инактивация его ферментных систем.
Структурно-механические, или реологические, свойства пищевых продуктов характеризуют их сопротивляемость воздействию внешней энергии, обусловленную строением и структурой продукта, а также качество пищевых продуктов и учитываются при выборе условий их перевозки и хранения.
К структурно-механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, эластичность, пластичность, вязкость, адгезию, тиксотропию и др.
Прочность - свойство продукта противостоять деформации и механическому разрушению.
Под деформацией понимают изменение формы и размера тела под действием внешних сил. Деформация бывает обратимой и остаточной. При обратимой деформации происходит восстановление первоначальной формы тела после снятия нагрузки. Обратимая деформация может быть упругой, когда происходит моментальное восстановление формы и размера тела, и эластичной, когда на восстановление требуется более или менее продолжительный отрезок времени. Остаточной (пластической) называется деформация, остающаяся после прекращения действия внешних сил.
Пищевые продукты, как правило, характеризуются многокомпонентностью состава; им свойственна как упругая деформация, исчезающая мгновенно, так и эластичная, а также пластическая деформация. Однако у одних преобладают упругие свойства над пластическими, у других - пластические над упругими, а у третьих преобладающими являются эластичные свойства. Если пищевые продукты не способны к остаточным деформациям, то они хрупки, например сахар-рафинад, сушки, сухари и т.д.
Прочность - один из важнейших показателей качества макаронных изделий, сахара-рафинада и других продуктов.
Этот показатель учитывается при переработке зерна на муку, при дроблении винограда (при производстве виноградных вин), при измельчении картофеля (при выработке крахмала) и т.д.
Твердость - способность материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Твердость определяют при оценке качества плодов, овощей, сахара, зерна и других продуктов. Этот показатель играет важную роль при сборе, сортировке, упаковке, транспортировании, хранении и переработке плодов и овощей. Кроме того, твердость может быть объективным показателем степени их зрелости.
Твердость определяют вдавливанием в поверхность продукта твердого наконечника, имеющего форму шарика, конуса или пирамиды. По диаметру образующейся лунки судят о твердости продукта: чем меньше размер лунки, тем тверже продукт. Твердость плодов и овощей определяют по величине нагрузки, которую нужно приложить, чтобы игла или шарик определенных размеров вошли в мякоть плода.
Упругость - способность тел мгновенно восстанавливать свою первоначальную форму или объем после прекращения действия деформирующих сил.
Эластичность - свойство тел постепенно восстанавливать форму или объем в течение некоторого времени.
Показатели упругости и эластичности используют при определении качества теста, клейковины пшеничной муки, свежести мясных, рыбных и других изделий. Они учитываются при изготовлении тары, при определении условий перевозки и хранения пищевых продуктов.
Пластичность - способность тела необратимо деформироваться под действием внешних сил. Свойство сырья изменять свою форму при переработке и сохранять ее в дальнейшем используется при производстве таких пищевых продуктов, как печенье, мармелад, карамель и др.
В результате длительного внешнего воздействия упругая деформация может переходить в пластическую. Этот переход связан с релаксацией - свойством материалов изменять напряжение при постоянной начальной деформации. На релаксации основано изготовление некоторых пищевых продуктов, например колбасных изделий. Из мяса, характеризующегося упругой деформацией, готовят фарш, а из него колбасу, обладающую свойствами пластического материала. Определенные величины релаксации характерны только для продуктов твердожидкой структуры - сыра, творога, фарша и др. Это свойство пищевых продуктов учитывается при перевозке и хранении хлебобулочных изделий, плодов, овощей и др.
Вязкость - способность жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой под действием внешней силы.
Различают вязкость динамическую и кинематическую.
Динамическая вязкость характеризует силу внутреннего трения среды, которую необходимо преодолеть для перемещения единицы поверхности одного слоя относительно другого при градиенте скорости смещения, равном единице. За единицу динамической вязкости принята вязкость такой среды, у которой один слой при действии силы, равной 1 Ньютону на квадратный метр, перемещается со скоростью 1 м/с относительно другого слоя, находящегося на расстоянии 1 м. Измеряется динамическая вязкость в Н-с/м 2 .Кинематической вязкостью называется величина, равная отношению динамической вязкости к плотности среды, и выражается В М 2 /С.
Величина, обратная вязкости, называется текучестью.
На вязкость продуктов влияют температура, давление, влажность или жирность, концентрация сухих веществ и другие факторы. Вязкость пищевых продуктов уменьшается при повышении "влажности, температуры, жирности и возрастает с увеличением концентрации растворов, степени их дисперсности.
Вязкость - свойство, характерное для таких пищевых продуктов, как мед, растительное масло, сиропы, соки, спиртные напитки и др.
Вязкость является показателем качества многих пищевых продуктов и часто характеризует степень их готовности при переработке сырья. Она играет важную роль при производстве многих продуктов, так как активно влияет на технологические процессы - перемешивание, фильтрование, нагревание, экстрагирование и др.
Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться под воздействием постоянной нагрузки. Это свойство характерно для сыров, мороженого, коровьего масла, мармелада и др. В пищевых продуктах ползучесть проявляется очень быстро, с чем приходится считаться при их обработке и хранении.
Тиксотропия - способность некоторых дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она свойственна дисперсным системам и обнаружена у многих полуфабрикатов и продуктов пищевой промышленности.
Особое место среди структурно-механических свойств занимают поверхностные свойства, к которым относят адгезию, или липкость.
Адгезия характеризует усилие взаимодействия между поверхностями продукта и материала или тары, с которыми он соприкасается. Этот показатель тесно связан с пластичностью, вязкостью пищевых продуктов. Различают два вида адгезии: специфическую (собственно адгезия) и механическую. Первая является результатом сил сцепления между поверхностями материала. Вторая возникает при проникновении адгезива в поры материала и удержании его вследствие механического заклинивания.
Адгезия характерна для таких пищевых продуктов, как сыр, сливочное масло, мясной фарш, некоторые кондитерские изделия и др. Они прилипают к лезвию ножа при разрезании, к зубам при разжевывании.
Излишняя адгезия усложняет технологический процесс, при этом повышаются потери при переработке продукта. Это свойство пищевых продуктов учитывается при выборе способа их переработки, упаковочного материала и условий хранения.
Ниже рассмотрены структурно-механические (реологические) характеристики (вязкость эффективная h эф, вязкость пластическая h пл, модуль упругости E 1 , модуль эластичности E 2 , время релаксации напряжений t рел, относительная пластичность П и др.) для теста различных хлебобулочных изделий (хлеба пшеничного, сдобных изделий, бараночных, бубличных, соломки, слоеного дрожжевого и слоеного пресного, лепешек и др.). Показано влияние на реологические характеристики различных факторов: качества сырья, способа технологической обработки, степени механического воздействия на тесто (тестосмесильной, раскаточной машин, шнекового пресса и жр.), отлежки теста, формования тестовых заготовок, а также таких технологических факторов, как температура, влажность теста, рецептура, включение добавок и улучшителей. Приведены примеры использования реологических характеристик для оценки качества полуфабрикатов и готовой продукции.
Изложенный материал может быть использован работниками проектных и конструкторских бюро, инженерами хлебопекарной промышленности при модернизации старого и создании нового механического оборудования, а также научными работниками и студентами в исследовательских и дипломных работах.
Рецептура, основное и дополнительное сырье
Значение вязкости для различных видов теста
Средние значения вязкости различных видов теста при 30 °C и атмосферном давлении приведены в табл. 6.19.
Таблица 6.19. Средние значения вязкости различных видов теста при 30 °C и атмосферном давлении
| Вид теста | Реологическое тело | Скорость сдвига, с –1 | Влажность, W т % | Эффективная вязкость, h эф, Па·с |
| Опара | Вязко-пластическое | 2,0 | ||
| Хлебопекарное из муки | ||||
| I сорта | – | 5,0 | 44,5 | 6,5·10 2 |
| II | – | 5,0 | 45,7 | 5,5·10 2 |
| Для болгарского хлеба | Шведова–Бингама | 2,0 | 42,6 | 8·10 2 |
| Для бубликов | То же | 0,5 | 33,5 | 3·10 5 |
| Для баранок сахарных | –‘’– | 0,3 | 31,6 | 2·10 6 |
| Для баранок ванильных | –‘’– | 0,5 | 31,8 | 8·10 5 |
| Для хрустящих хлебцев | - | 1,0 | 38,0 | 6·10 2 |
| Для лепешек | Упруго-вязко-пластическое | 2,0 | 41,0 | 1·10 4 |
Вязкость мучного теста находится в диапазоне от 0,5 до 2000 кПа·с при влажности от 17,0 до 45,7%. Различные виды теста относятся к разным классам реологических тел, что вызывает необходимость выбирать в каждом случае соответствующее расчетное уравнение при описании течения данного вида теста в технологических машинах.
Тесто бездрожжевое
При выработке тестовых полуфабрикатов вафель используют жидкое тесто, отличающееся от обычного хлебопекарного отсутствием дрожжей и наличием большого количества сахара и молока.
Исследования () проводили на реконструированном вискозиметре
РВ-8 при следующих параметрах: скорость сдвига 0-9 с−¹, влажность теста 31,8 - 44,3%, температура теста 15 - 40ºC.
Полученные зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига характерны для большинства видов мучного теста. Повышение влажности и температуры приводит к снижению вязкости.
Нелинейность полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что исследованное тесто обладает аномальной вязкостью и является неньютоновской жидкость. При скоростях сдвига до 6 с−¹ эта зависимость описывается степенным законом, выше указанного значения – линейным. Обработка экспериментальных данных позволила получить уравнение, описывающее зависимость вязкости от скорости сдвига, влажности и температуры,
h=108.8-3.985g+0.25gІ+1.13T-0.032TІ-4.043W+0.0359WІ. (1)
Уравнение (1) справедливо для следующих интервалов изменения аргументов: 0,5 с –1 £g£7,0 с - 1 ; 31,8%£W£40,0%; 15°C£T£30°C.
Пори разработке систем автоматического контроля и регулирования технологических процессов необходимо знать корреляционную связь между отдельными технологическими параметрами и структурно-механическими характеристиками изучаемого продукта.
С этой целью были проведены опыты (12) по определению вязкости теста при различной его влажности. Для приготовления теста использовали товарную пшеничную муку высшего и I сортов. Эксперименты проводили с бездрожжевым тестом влажностью от 44,5 до 65% при температуре 30°C. Выбор указанного диапазона объясняется следующим: верхний предел (44,5%) равен принятому на хлебозаводе значению влажности пшеничного теста из муки I сорта, нижний предел (65%) выбран в связи с тем, что во многих работах отмечается перспективность способа приготовления пшеничного теста на жидких опарах, который имеет ряд преимуществ.
Определение вязкости производили на ротационном вискозиметре «Реотест-RV» (ГДР). Скорость деформации изменяли в пределах от 0,167 до 1,8 с -1 . Усредненные результаты приведены на рис.59.
Рис. 59. Зависимость вязкости теста из муки I сорта от его влажности при различных ско-ростях сдвига (в с- 1):
I - 0,167; 2 - 0,333; 3 - 0.6; 4 - 1.0; 5 -1.8.
Как видно из графиков, зависимости носят экспоненциальный характер. С увеличением влажности полуфабрикатов значительно снижается их вязкость. Так, для скорости сдвига 0,167 с -1 при изменении влажности от 46 до 50% вязкость уменьшилась примерно в 3,5раза. С увеличением скорости сдвига интенсивность изменения вязкости существенно уменьшилась. Например, при скорости сдвига 0,167 с-1 и изменении влажности от 46,0 до 65,0% .вязкость уменьшилась с 1385 до 42 кПа*с, а при 1,8 с -1 и таком же изменении влажности вязкость снизилась лишь от 284 до 20 Па·c, т.е. интенсивность изменения вязкости уменьшилась в 5 раз. Здесь значительную роль играет аномалия вязкости хлебопекарного теста.
Обработка полученных экспериментальных данных позволила предложить следующую форму корреляционной связи:
h= с + е а W b , (3-13) а
где a, b, с - эмпирические коэффициенты, имеющие следующие значения: для теста из муки I сорта а =50,26, b = -12,47, с=0,1; для теста из муки высшего сорта а=52,77, b=-13,17, с=0,1.
Уравнение (3-13) а справедливо при скорости сдвига от 0,167 до 1 с? и влажности теста в пределах от 44 до 62%.
Крупнота помола пшеничной муки
Таблица. Зависимость упруго-пластических характеристик теста от крупноты помола пшеничной муки
| Фракции помола | Содержание сырой клейковины, % | Модуль упругости, E | E , с | |
| через 30 мин | ||||
| Проход через сито 43 | 43/39,5 | 4,2/9,1 | 7,0/6,9 | 60/132 |
| Проход через сито 38 | 38/39,3 | 3,2/8,4 | 3,5/4,7 | 91/179 |
| Проход через сито 25 | 25/38,1 | 3,0/6,8 | 3,3/4,3 | 91/157 |
| Сход с сита | 25/37,5 | 2,6/6,4 | 2,9/4,0 | |
| Установлена обратная зависимость вязкости и модулей сдвига теста от размера частиц муки. Эта закономерность частично зависит от увеличения содержания белков клейковины с понижением размера частиц муки. |
Правая часть таблицы 6.2
| Пластическая вязкость, η·10 –5 , Па·с | Модуль упругости, E ·10 –3 , Па???Пересчитать цифры | Время релаксации напряжения, η/E , с | Коэффициенты разжижения | |
| K η | K E | |||
| через 3 ч | ||||
| 2,6/6,2 | 4,2/6,5 | 62/95 | 38/32 | 40/6 |
| 2,4/4,4 | 3,3/3,9 | 73/13 | 25/47 | 6/17 |
| 2,2/3,1 | 3,2/3,15 | 71/91 | 27/53 | 7/19 |
| 1,6/2,9 | 2,1/3,2 | 76/91 | 39/51 | 28/20 |
Таблица 6.20. Структурно-механические свойства сдобного теста с различным содержанием сахара и жира (при 20 °C)
| Тесто | Влажность, % | Е, Па | η, Οа·с | η/E , с | П, % | Э, % | D, с –1 |
| Контрольное | 30,2 | 3,0·10 3 | 5,0·10 5 | 0,0015 | |||
| С сахаром: | |||||||
| 5% | 30,6 | 1,1·10 3 | 2,0·10 5 | 0,0030 | |||
| 10% | 5,1·10 2 | 8,8·10 4 | 0,0045 | ||||
| 20% | 30,3 | 2,7·10 2 | 2,7··10 4 | 0,0090 | |||
| 50% | 30,5 | 1,4·10 2 | 1,6·10 4 | 0,0045 | |||
| Контрольное | 30,6 | 3,6·10 3 | 6,2·10 5 | 0,0015 | |||
| С маргарином: | |||||||
| 5% | 30,3 | 1,9·10 3 | 2,9·10 5 | 0,0030 | |||
| 10% | 28,0 | 1,8·10 3 | 2,4·10 5 | 0,0030 | |||
| 20% | 28,0 | 1,5·10 3 | 1,8·10 5 | 0,0040 | |||
| 50% | 30,4 | 4,8·10 3 | 7,9·10 4 | 0,0045 | |||
| С 50% сахара | 20,8 | 5,7·10 3 | 4,3·10 4 | 0,0075 | |||
| С 50% маргарина | 20,4 | 4,9·10 3 | 2,8·10 5 | 0,0090 | |||
| С 50% сахара и 50% маргарина | 20,0 | 6,1·10 3 | 3,6·10 4 | 0,0030 |
Влияние добавок сахара и жира на механические свойства мучного теста зависит от его влажности. Значительные добавки в пшеничное тесто из сортовой муки белковых соединений, сахаров и жиров существенно изменяют его структурно-механические характеристики. Добавлением от 5 до 50% сахара к муке достигается пластификация структуры пшеничного теста - понижение величин модулей сдвига и вязкости; наблюдается эластификация теста в виде более значительного снижения модулей.
Таблица 6.21. Структурно-механические характеристики не бродящего и бродящего теста из муки I сорта с добавлением сахаров
| Номер образца | Образцы теста | Влажность, % | Е·10 –2 , Па | η·10 –4 , Па·с | η/E , с | П, % | Э, % | К Е, % | К η , % |
| Не бродящее тесто | |||||||||
| Без добавок | 44,0 | 8,5/3,5 | 5,9/1,9 | 69/53 | 72/78 | 74/82 | |||
| С 5% сахарозы | 43,7 | 4,7/2,4 | 3,5/1,6 | 74/62 | 71/74 | 77/82 | |||
| С 5% глюкозы | 44,0 | 5,4/2,8 | 4,0/2,0 | 74/68 | 71/72 | 73/77 | |||
| С 10% сахарозы | 43,3 | 3,3/1,7 | 2,7/1,3 | 84/74 | 73/71 | 77/82 | |||
| С 10% глюкозы | 44,1 | 3,1/1,6 | 3,1/1,8 | 99/108 | 64/62 | 91/76 | |||
| С 15% сахарозы | 43,4 | 1,5/1,0 | 1,5/1,3 | 100/130 | 67/55 | 85/78 | |||
| С 15% глюкозы | 43,5 | 1,9/1,2 | 2,5/1,6 | 140/140 | 58/55 | 76/77 | |||
| С 20% сахарозы | 43,0 | 1,0/0,6 | 1,3/1,1 | 130/180 | 58/52 | 75/76 | |||
| С 20% глюкозы | 43,0 | 1,0/0,9 | 1,5/1,7 | 145/180 | 53/48 | 64/67 | |||
| Бродящее тесто | |||||||||
| Без добавок | 44,2 | 6,0/2,9 | 5,4/6,2 | 90/214 | 67/45 | 64/65 | –12 | ||
| С 5% сахарозы | 44,0 | 3,5/1,6 | 3,2/4,4 | 92/277 | 66/42 | 67/67 | –38 | ||
| С 10% » | 43,8 | 1,8/1,4 | 1,7/2,9 | 100/207 | 65/46 | 59/60 | –71 | ||
| С 15 » | 44,0 | 0,9/0,8 | 0,8/1,4 | 96/178 | 65/50 | 67/63 | –75 | ||
| С 20 » | 44,1 | 0,2/0,25 | 0,25/0,37 | 125/135 | 59/56 | 74/74 | –25 | –48 |
Структура не бродящего теста без добавки сахаров вследствие увеличенного содержания водорастворимых соединений имеет повышенную пластичность, разжижается. Тесто с выдержкой 2 часа имеет низкую вязкость теста, увеличивается его относительная эластичность. Добавление в тесто 5–20% сахаров значительно понижает его вязкость и еще более заметно модули сдвига: относительная эластичность увеличивается, а пластичность понижается; с увеличением дозировки сахара указанное влияние возрастает. Влияние добавок сахаров на структуру небродящего теста, выдержанного 2 часа, аналогично их влиянию на структуру без выдержки. Одновременно добавки сахара постепенно изменяют характер влияния продолжительности выдержки теста на его упруго-эластичные, пластично-вязкие свойства.
Таблица 6.22. Влияние на структурно-механические характеристики теста из муки I сорта совместной добавки сахара и жира
| Вариант опыта | Образец | Влажность, % | Е·10 –2 , Па | η·10 –4 , Па·с | η/E , с | П, % | Э, % | К Е, % | Градиент Е | К η , % | Градиент η |
| Небродящее тесто | |||||||||||
| Контрольный | 43,6 | 10/4·1 | 6,8/2,8 | 68/68 | 73/73 | 73/82 | - | - | |||
| С 5% сахара и 2,5% жира | 43,3 | 5,2/2,7 | 4,0/1,5 | 76/55 | 71/77 | 80/80 | 0,2 | 0,2 | |||
| С 10% сахара и 5% жира | 44,3 | 1,7/1,4 | 1,6/0,7 | 94/45 | 66/78 | 76/68 | 0,2 | 0,1 | |||
| С 20% сахара и 10% жира | 44,1 | 0,7/0,8 | 0,6/0,3 | 85/50 | 68/65 | 75/86 | –11 | 0,1 | 0,1 | ||
| Бродящее тесто | |||||||||||
| Контрольный | 43,8 | 8,2/4,5 | 7,4/11,0 | 91/240 | 67/44 | 70/75 | - | –15 | - | ||
| С 5% сахара и 2,5% жира | 43,8 | 3,0/2,0 | 3,6/4,1 | 120/209 | 60/47 | 75/76 | 0,3 | –11 | 0,9 | ||
| С 10% сахара и 5% жира | 44,7 | 1,3/0,8 | 1,3/2,0 | 100/250 | 64/42 | 70/67 | 0,3 | –15 | 0,6 | ||
| С 20% сахара и 10% жира | 44,2 | 0,3/0,25 | 0,4/0,5 | 133/200 | 63/51 | 74/77 | 0,1 | –12 | 0,3 |
Примечание. В числителе приведены данные по свежезамешанному тесту, в знаменателе - по тесту двухчасовой выдержки.
Сахара сильнее снижают модули сдвига и вязкость обоих видов теста; более значительно, чем жиры, увеличивают отношение вязкости к модулю не бродящего теста; в сравнении с жирами менее активно понижают эту важную характеристику бродящего теста. Совместное добавление сахара и жира будет иметь наиболее значительное влияние не столько на упруго-пластичные, сколько на релаксационные свойства бродящего пшеничного теста. Совместное добавление сахара и жира в не бродящее тесто не улучшает, а ухудшает его хлебопекарные свойства; а в бродящее несколько увеличивает вязкость и снижает модули сдвига.
Оценка хлебопекарных свойств пшеничной муки. (1 часть)
Применяемый термин «сила» муки фактически является синонимом качества муки, ее физических свойств. Сильной считают муку, способную при замесе поглощать относительно большее количество воды и образовывать при этом тесто, устойчиво сохраняющее форму, не липнущее к рукам и машинам, не расплывающееся при разделке и выпечке. Из хорогшей пшеничной муки получается ароматный, вкусный, пышный хле(б правильной формы, покрытый гладкой блестящей зарумяненной коркой, с эластичным равномерно разрыхленным мелкопористым мякишем. Прогнозирование и обеспечение высокого качества хлеба возможны лишь при учете хлебопекарных достоинств муки, которые зависят от белко-допротеиназного и углеводно-амилазного комплексов муки. Под термином «белково-протеиназный комплекс» подразумевают белки муки (главным образом глиади:н и глютенин), протеолитические ферменты, гидролизующие их, а также активаторы и ингибиторы протеолиза. В понятие «углеводно-амилазный комплекс» включены сахар, крахмал и амилазы, гидролизующие его.
Белково-протеиназный комплекс. Белково-протеиназный комплекс, и прежде всего клейковина, является основным фактором, обусловливающим силу муки. Клейковина пшеничной муки представляет собой сильно гидратированный комплекс, состоящий в основном из белков глиадина и глютенина. Их соотношение, по данным В. С. Смирнова, в клейковине из муки высшего сорта находится в пределах от 1: 1,6 до 1:1,8. С увеличением выхода муки оно снижается и в клейковине из муки 2-го сорта составляет от 1:1,1 до 1:1,2. Оба эти белка гетерогенны, каждый состоит из нескольких фракций.
Глиадин имеет молекулярную массу от 27000 до 65000. Набухая в воде, он образует относительно жидкую сиропообразную массу, которая характеризуется липкой, вязкотекучей, сильно растяжимой и не упругой консистенцией.
Глютенина молекулы более крупные, их молекулярная масса составляет от сотни тысяч до нескольких миллионов. Гидратиро-ванный глютенин образует резиноподобную, короткорастяжимую массу с большим сопротивлением деформации, упругую и относительно жесткую.
Сырая клейковина сочетает в себе структурно-механические свойства этих белков и занимает как бы промежуточное положение: глютенин является основой, а глиадин - ее склеивающим началом.
В сырой клейковине доля воды составляет 64-70 %. Кроме воды, белки прочно удерживают небольшое количество крахмала, сахара, липидов, минеральных элементов. В клейковине небелковые вещества составляют (в % на сухое вещество): из муки высшего сорта-8-10; 1-го- 10-12; 2-го-16-22. Установлено, что липиды, углеводы и минеральные элементы находятся в клейковине в химически связанном состоянии - в виде лило- и гликопротеидов, а крахмал и оболочечные частицы удерживаются механически. Входящие в состав клейковины липиды оказывают влияние на ее свойства. Их действие объясняется тем, что ненасыщенные жирные кислоты, окисляясь и образуя перекиси и гидроперекиси, способствуют окислению сульфгидрильных групп - SH с образованием дисульфидных связей - S - S -, которые упрочняют внутримолекулярную структуру белка, делая ее более плотной. Дисульфидные связи образуются как внутри одной молекулы белка, так и между разными молекулами клейко-винных белков. Определенная часть липидов остается не связанной с белками и служит как бы смазкой между белковыми молекулами, придавая клейковине дополнительную эластичность.
Свойства клейковины и методы их определения регламентированы стандартом, которым нормируется количество клейковины. Содержание сырой клейковины должно быть (в % к массе муки, не менее): в крупчатке - 30, высшем сорте - 28, 1-м - 30, 2-м - 25, обойной - 20.
Качество клейковины характеризуется в основном органо-лептически по цвету и запаху, а также упругости, эластичности и растяжимости. У клейковины хорошего качества цвет белый с желтоватым или сероватым оттенком и слабый приятный мучной запах. Клейковина пониженного качества имеет серый цвет, иногда с коричневатым оттенком, и посторонний неприятный запах.
Клейковина хорошего качества упругая, связная, после деформации быстро восстанавливает первоначальную форму, к рукам не липнет. Плохая клейковина не упруга, прилипает к пальцам, консистенция у нее мажущаяся, иногда губчатая или крошливая.
Клейковина считается крепкой, если кусочек в 4 г растягивается менее чем на 10 см, средней растяжимости - от 11 до 16 и слабой - более чем на 16 см.
Стандартом клейковину делят на три группы по указанным выше показателям: I - хорошая упругость, длинная или средняя растяжимость; II - хорошая упругость и короткая растяжимость или удовлетворительная упругость, короткая, средняя или длинная растяжимость; III - слабая упругость, сильно тянущаяся, провисающая при растягивании, разрывающаяся на весу под собственной тяжестью, а также неупругая, плывущая, несвязная.
О качестве клейковины достаточно объективно может свидетельствовать еегидратационная способность. По данным Г. Н. Прониной, она колеблется (в % к сырой клейковине): у муки высшего сорта - от 175 до 188, 1-го - от 172 до 197 и 2-го - от 166 до 186.
Определение сухой клейковины (в % к массе муки на сухое вещество) позволяет исключить влияние колебаний влажности муки и гидратационной способности клейковины, поэтому характеризует муку более объективно и теснее коррелирует с содержанием белка. Содержание сухой клейковины (в %): в муке высшего сорта - 9,4-10,ЗГ 1-го - 10,2-12,7; 2-го - 8,7-11,7.
Выпечка шарика из 2 г клейковины позволяет в определенной степени прогнозировать объемный выход хлеба. Шарик из клейковины хорошего качества имеет объем 4,5-5,5 см 3 , а отношение его высоты к диаметру равно 1,1 -1,2.
Расплываемость шарика из 10 г сырой клейковины, определяемая при температуре 30 °С, за один, два и три часа расстойки достаточно объективно отражает качество и косвенно свидетельствует об активности протеолитических ферментов. Диаметр шариков (полусумма двух перпендикулярных замеров) клейковины среднего качества примерно равен (в мм): в начале определения - около 30; через 1 ч - от 40 до 50; через 2 ч - от 50 до 55; через 3 ч - от 55 до бО.
Характеристика качества клейковины может быть проведена с помощью приборов, наиболее распространенным является измеритель деформации клейковины ИДК-1, в котором на шарик клейковины массой 4 г в течение 30 с действует сила Р = 1,18 Н. Чем глубже пуансон прибора погружается в клейковину, тем она слабее. И. М. Ройтер приводит следующую градацию качества клейковины (Н деф - критерии качества в единицах прибора): сильная - 60-70, средняя - 71-80, удовлетворительная - 81 -100, слабая - более 100. Если результат, полученный на ИДК-1, умножить на 0,2, то получают растяжимость клейковины в сантиметрах.
Таким образом, изучение качества клейковины стандартными и дополнительными методами позволяет достаточно объективно и разносторонне характеризовать ее свойства. Однако на процесс отмывания клейковины влияет множество факторов, в том числе температура и жесткость воды, длительность отмывания, количество израсходованной при этом воды и др. Кроме того, клейко-винные белки выделены из природной среды, и поэтому их свойства не полностью совпадают с поведением их в тесте. Поэтому, хотя изучать клейковину несколько быстрее и проще, но определение силы муки по свойствам теста дает более надежные результаты.
Протеолитические ферменты являются вторым компонентом белково-протеиназного комплекса; в здоровом зерне пшеницы они имеют сравнительно невысокую активность. Однако в дефектном зерне и муке из него она резко возрастает. Протеазы, воздействуя на клейковину, снижают ее упругость, увеличивают текучесть. Протеолиз не всегда сопровождается образованием свободных аминокислот, т. е. разрушением первичной структуры белка. В начальной стадии протеолиз воздействует на третичную и четвертичную структуры белковой молекулы, вызывая ее дезагрегацию, образование полипептидов.
Ингибируют (замедляют) протеолиз окислители, способные окислять сульфгидрильные группы до дисульфидных.
Активаторами протеолиза являются восстановители, разрушающие дисульфидные мостики между молекулами белка и тем самым ослабляющие клейковину. В муке и дрожжах, особенно старых, присутствует трипептид глютатион, обладающий сильным восстановительным действием. Таким же свойством обладает аминокислота цистеин. Специальные исследования активности протеолитических ферментов при оценке муки не производят. Об их деятельности судят по качеству клейковины и структурно-механическим свойствам теста.
Характеристика «силы» муки по структурно-механическим (реологическим) свойствам теста. Тесто является оводненным коллоидным комплексом - полидисперсоидом. Оно обладает определенной внутренней структурой и своеобразными непрерывно изменяющимися структурно-механическими свойствами. Методы, позволяющие дать их характеристику, одновременно характеризуют «силу» муки.
Определение «силы» муки по расплываемости шарика бездрожжевого теста предложено проф. Л. Я- Ауэрманом. По этому методу замешивают тесто с влажностью 46,3 %; 100 г теста закатывают в шарик и выдерживают один, два и три часа, учитывая не только свойства клейковины, но и суммарное влияние белковых веществ, протеолитических ферментов и некрахмальных полисахаридов на реологические свойства теста. За 3 ч отлежки диаметр шарика теста из сильной муки увеличивается не более чем до 83 мм, средней - до 97, слабой - более 97 мм.
Определение, «силы» муки по консистенции теста проводят консистометром (пенетрометром). При этом исследуют структурно-механические свойства теста, по которым судят об активности протеолитических ферментов, вызывающих дезагрегацию клейковины и снижение ее упругости. Для испытания замешивают тесто постоянной для каждого сорта муки влажности. Выдерживают его в термостате при температуре 35 °С в течение 60, 120 и 180 мин (Ко, Keo, Кi20 и Kieo) и определяют глубину продавлива-ния теста пуансоном под действием силы Р = 50 г (0,49 Н). Чем глубже пуансон погружается в тесто, тем слабее мука и тем больше значение К в условных единицах прибора. Так, в муке 1-го сорта хорошего качества Ко не превышает 100, Кбо - до 120, Ki20 -до 150 и Kieo - до 180.