Description of a New Methodology for Baking Products from Wheat and Rye Flour by the Sour Dough Method

Full Text

Введение

В кулинарном производстве процесс приготовления хлебобулочных изделий относится к разряду сложных физико-химических процессов и зависит от множества различных факторов, в том числе от технологического оборудования и способа термического воздействия. В зависимости от способов термического воздействия на готовящийся продукт меняются его потребительские качества, а также количество энергетических затрат. Исследования и внедрение новых способов термического воздействия на продукты питания будут положительно влиять на степень эффективности выпечки хлеба и доступность качественного продукта массовому потребителю.

Хлебобулочные изделия играют важную роль в индустрии быстрого питания. Потребительское качество, время приготовления определяются технологическими режимами и применяемым оборудованием. Совершенствование и оптимизация технологических режимов в данной отрасли осуществляется в основном за счет внедрения систем автоматизации и применения программируемых устройств без изменения метода термического воздействия, при этом особое внимание уделяется инфракрасному методу [1]. Опыт мастеров кулинарного искусства демонстрирует преимущество инфракрасного метода приготовления продуктов питания, а системы автоматизации помогают распространить этот опыт в индустрии [2]. Для быстрого питания инновации в области оптимизации алгоритмов управления технологическими процессами являются приоритетом, так как при обработке продуктов инфракрасным излучением различной интенсивности, в совокупности с другими термическими процессами, у продукта появляются новые потребительские свойства, что позволяет расширять ассортимент выпускаемой продукции [3].

В отличие от всех других методов термического воздействия на продукты питания спектр воздействия инфракрасного излучения на любой продукт зависит от его состава и структуры. В нашем исследовании мы предлагаем осуществить воздействие инфракрасным излучением волн различной длины на продукт. Количество энергии Q(t), необходимое для приготовления продукта, определяется его теплоемкостью, а время приготовления зависит от площади теплопередачи и коэффициента теплопроводности. В случае с инфракрасным излучением немаловажную роль играют три физических параметра: длина волны, интенсивность и площадь излучения. От длины волны зависит глубина проникновения тепловой энергии. Интенсивность воздействия влияет на величину передаваемой энергии в заданный объем продукта. При увеличении интенсивности с одной и той же площади мы получаем большее количество энергии, которое обеспечивает приготовление наружных и внутренних слоев продукта. Чтобы добиться необходимого качества изделия из пшенично-ржаной муки на закваске, важно обеспечить равномерное температурное поле за счет интенсивности инфракрасного излучения с различными значениями длин волн с заданной площади нагрева. Для применения новой методики термического воздействия в индустрии быстрого питания необходимо также обеспечить управление технологическими режимами при изменении объема готовящегося продукта.

Обзор литературы

Обзор литературы показывает, что среди научных работ в данном  направлении особое место занимают исследования, связанные с созданием различных композиций зерновых культур для понижения количества глютена, для придания более высоких потребительских свойств в состав добавляются различные пищевые добавки [4–7]. Ученые отмечают, что формирование продукта перед термообработкой должно сопровождаться приданием определенных реологических свойств, которые благоприятно будут влиять на процесс теплопередачи, а значит, и на процесс
термообработки¹ [8–10]. Термообработка продукта – это процесс, во время которого продукт доводится до готовности и ему придаются основные потребительские свойства. Изучается непосредственный отклик на любое термическое воздействие, которое может повлиять на технологический процесс [11].

Основными факторами, влияющими на сохранение потребительских качеств, являются состав и способ термообработки. Исследования в области микробиологических и физико-химических свойств показали, что при одинаково высоком качестве получаемого продукта, в котором содержатся полезные свойства биологически активных веществ, бывших в исходном сырье, их сохранение осуществляется в зависимости от применяемого технологического режима термообработки, при этом выявлено, что определяющим фактором является равномерное температурное воздействие как на площадь, так и на объем продукта [12].

Работы в данном научном направлении ведут многие российские и зарубежные исследователи. С помощью конструктивных решений они пытаются расширить функциональные возможности имеющихся нагревательных элементов инфракрасного действия. Основная задача сводится к увеличению площади равномерного воздействия инфракрасного излучения на изготовляемый продукт. В основном это достигается включением в конструкцию дополнительных экранов и отражателей или применением промежуточных материалов с большим коэффициентом теплоемкости [13; 14].  Инфракрасный нагрев хорошо зарекомендовал себя при приготовлении замороженных продуктов. В данном случае он помогает сохранить не только энергетическую ценность продуктов, но и вкусовые качества после замораживания полуфабрикатов при приготовлении хлебобулочных изделий.

Большой вклад в данном научном направлении делается российскими учеными, которые ведут работы по созданию безынерционных систем для выпечки хлеба с учетом сложного биохимического процесса, который происходит в продукте от начальной до конечной стадии изготовления [15; 16]. Ученые описывают электроконтактный способ приготовления хлеба, указывая на тот факт, что при управлении скоростью прогрева слоев продукта можно максимально сохранить полезные свойства и вкусовые качества. Сравнительные характеристики, которые приводят ученые, показывают, что данный контактный способ превосходит традиционный радиационно-конвекционный, который используется в большинстве хлебопекарных производств [17]. В работах зарубежных авторов также показано, что процесс выпечки и упек хлеба определяются равномерностью распределения температурного поля и скоростью регулирования температуры [18].

Особо хочется отметить результаты натурных исследований, которые показывают, что в создании конвейерных технологий переработки сельскохозяйственных продуктов, а именно хлебобулочных изделий, определяющими являются технология термического воздействия и конструкции нагревательных элементов [19].

Многие ученые указывают на то, что необходима разработка альтернативных ускоренных способов производства, при которых повысятся качество и физиологическая полноценность хлеба как традиционного продукта питания, включая общую теорию равномерного распределения инфракрасных волн при готовке продуктов [20–22].

Материалы и методы

Для исследования была взята рецептура хлебобулочного изделия из пшенично-ржаной муки на закваске «Домашний хлеб». Он подается к блюдам в одном из ресторанов итальянской кухни г. Иркутска. Оговоримся, что в классическом понимании хлебом может называться изделие весом больше 500 г. Исследуемый объект весит 125 г, но по рецепту является итальянским хлебом кафоне. Хлебобулочное изделие в миниатюрной форме готовится без добавок, имеет округлую форму. 

Многие производители стараются изменить рецептуру и способ приготовления для увеличения производительности и снижения себестоимости продукта [23]. Продукция данного ресторана не является исключением: у кафоне мучная база готовится на основе старого или оставленного после предыдущей выпечки теста, используется закваска из ржаной муки. Изделие выпекается  при 180 °C в увлажненной духовке 1 ч, предварительно их выкладывают на противень и дают подняться.

Для выпекания изделий использовалась стандартная духовка марки Gorenje, в которой были удалены штатные нагревательные элементы и установлены нагревательные блоки инфракрасного действия, изготовленные в соответствии с патентом на полезную модель № 199820 [24]. Нагревательные элементы для блоков изготавливались по технологии сеткотрафаретной печати (патент № 2463748) [25]. Нагревательные блоки были расположены в два ряда, в каждом ряду по четыре нагревательных элемента (рис. 1), два горизонтальных 4 и два вертикальных 5. В общей сложности в печи устанавливаются 8 нагревательных элементов.

 

 

Рис. 1. Модель воздействия нагревателей инфракрасного действия на изготовляемый продукт

Fig. 1. Model of the effect of infrared heaters on the prepared product

 

 

Данные нагревательные элементы, в зависимости от технологического цикла, можно подключать совместно или автономно, создавая необходимое температурное поле для приготовления продукта.

Продукт может быть различного размера: на рисунке 1 показан минимальный 1, средний 2 и большой 3. Для создания равномерного поля на маленьком пространстве задействованы греющие слои у горизонтальных нагревателей из области RT, а у вертикальных ZV. Соответственно, равномерное поле на среднем размере обеспечивается областями QO и YI, а на большом размере областями PW и XJ.

Для управления греющими слоями был использован прибор с ПИД-регулятором температуры ТРМ 148-Т с интерфейсом RS-485, время воздействия установленной температурой контролируется таймером.

В процессе экспериментов отслеживалась температура на нагревательных элементах, а для оптимизации технологических параметров – температура в готовящемся продукте.

Результаты исследования

Контроль температурных параметров в печи показал, что путем изменения конфигурации подключения нагревательных элементов и контроля выделяемой мощности можно создавать равномерное распределение температурного поля необходимого размера.

На рисунке 2 показано минимальное распределение температурного поля при потреблении 400 Вт, отклонение от заданного интервала ±5 °С на площади 200 см².

 

 

Рис. 2. Параметры линейности распределения температуры при мощности 400 Вт

Fig. 2. Parameters of the linearity of the temperature distribution at a power of 400 W

 

 

На рисунке 3 показано распределение температурного поля при потреблении 1 440 Вт, отклонение от заданного интервала ±10 °С на площади 600 см².

 

 

 

Рис. 3. Параметры линейности распределения температуры при мощности 1 440 Вт

Fig. 3. Parameters of the linearity of the temperature distribution at a power of 1,440 W

 

Из графиков, представленных на рисунках 2 и 3 видно, что нагревательные блоки могут создавать равномерное температурное поле на заданном пространстве и вырабатывать необходимое количество энергии для технологического процесса. Соответственно, в зависимости от количества изготовляемого продукта в одной и той же камере можно задать локализованную зону нагрева. После серии экспериментов были выбраны оптимальный технологический режим для приготовления хлебобулочного изделия из ржано-пшеничной муки и время выпекания.

 

 

Рис. 4. Образцы для выпечки хлебобулочного изделия из ржано-пшеничной муки

Fig. 4. Samples for baking products from rye-wheat flou

 

Для подтверждения экспериментальных расчетов было приготовлено тесто по рецептуре указанного выше ресторана: выпечка одного образца (рис. 4а), четырех образцов (рис. 4b) и десяти образцов (рис. 4c).

На рисунке 5 представлена полученная выпечка, время выпекания во всех трех случаях составила 44 минуты. Визуальная разница между полученным продуктом и изделием, предлагаемым рестораном, не наблюдается (рис. 6), потребительские свойства идентичны.

 

 

Рис. 5. Выпечка, осуществленная в соответствии с новой методикой

Fig. 5. Products baked in accordance with the new method

 

 

 

 

Рис. 6. Визуальное представление приготовленного продукта

Fig. 6. A visual representation of the prepared product

 

 

Обсуждение и заключение

Инфракрасный способ приготовления – перспективное направление в области обработки пищевой продукции. С его помощью возможна термообработка широкого спектра продуктов без снижения качества, оптимизация энергетических затрат и существенное сокращение технологического цикла.

Работы в области совершенствования инфракрасного метода термического воздействия на продукты питания остаются актуальными. Благодаря новой технологии производства нагревательных элементов инфракрасного действия открываются перспективы по их применению не только в индустрии питания, но и в других отраслях народного хозяйства [26].

Описанный метод позволяет снизить время приготовления продуктов питания, удешевить процесс производства технологического оборудования, увеличить степень надежности и универсальности.

Дальнейшие работы в данной области помогут увеличить набор экспериментальных данных, благодаря чему появится возможность не только расширить спектр продуктов, но и осуществить интеллектуализацию процесса приготовления. На текущий момент данный метод предназначен для индустрии быстрого питания, дальнейшие исследования позволят адаптировать его для индивидуального сектора.

¹           Kaplan S. L. Good Bread Is Back: A Contemporary History of French Bread, the Way It Is Made, and the People Who Make It. Durham. London: Duke University Press, 2006. 384 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/37720453_Good_bread_is_back_a_contemporary_history_of_French_bread_the_way_it_is_made_and_the_people_who_make_it (дата обращения: 10.03.2021).

About the authors

Igor Yu. Shelekhov

Author for correspondence.
Email: promteplo@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7677-3187
ResearcherId: V-3045-2017

Associate Professor, Cand.Sc. (Engineering)

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Model of the effect of infrared heaters on the prepared product

Download (75KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Parameters of the linearity of the temperature distribution at a power of 400 W

Download (19KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Parameters of the linearity of the temperature distribution at a power of 1,440 W

Download (37KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Samples for baking products from rye-wheat flou

Download (42KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Products baked in accordance with the new method

Download (48KB)

Indexing metadata

7. Fig. 6. A visual representation of the prepared product

Download (57KB)

Indexing metadata