 |
|
Структурно-механические (реологические) характеристики теста для различных хлебобулочных изделий
Ниже рассмотрены структурно-механические (реологические) характеристики (вязкость эффективная hэф, вязкость пластическая hпл , модуль упругости E1, модуль эластичности E2, время релаксации напряжений tрел, 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, Wт% | Эффективная вязкость, hэф, Па·с |
| Опара | Вязко-пластическое | 2,0 | ||
| Хлебопекарное из муки | ||||
| I сорта | – | 5,0 | 44,5 | 6,5·102 |
| II | – | 5,0 | 45,7 | 5,5·102 |
| Для болгарского хлеба | Шведова–Бингама | 2,0 | 42,6 | 8·102 |
| Для бубликов | То же | 0,5 | 33,5 | 3·105 |
| Для баранок сахарных | –‘’– | 0,3 | 31,6 | 2·106 |
| Для баранок ванильных | –‘’– | 0,5 | 31,8 | 8·105 |
| Для хрустящих хлебцев | — | 1,0 | 38,0 | 6·102 |
| Для лепешек | Упруго-вязко-пластическое | 2,0 | 41,0 | 1·104 |
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 + еаWb , (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, % | Пластическая вязкость, η·10–5, Па·с | Модуль упругости, E·10–3, Па ???Пересчитать цифры | Время релаксации напряжения, η/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 | |
| Kη | KE | |||
| 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 | 3,0·103 | 5,0·105 | 0,0015 | |||
| С сахаром: | |||||||
| 5% | 30,6 | 1,1·103 | 2,0·105 | 0,0030 | |||
| 10% | 5,1·102 | 8,8·104 | 0,0045 | ||||
| 20% | 30,3 | 2,7·102 | 2,7··104 | 0,0090 | |||
| 50% | 30,5 | 1,4·102 | 1,6·104 | 0,0045 | |||
| Контрольное | 30,6 | 3,6·103 | 6,2·105 | 0,0015 | |||
| С маргарином: | |||||||
| 5% | 30,3 | 1,9·103 | 2,9·105 | 0,0030 | |||
| 10% | 28,0 | 1,8·103 | 2,4·105 | 0,0030 | |||
| 20% | 28,0 | 1,5·103 | 1,8·105 | 0,0040 | |||
| 50% | 30,4 | 4,8·103 | 7,9·104 | 0,0045 | |||
| С 50% сахара | 20,8 | 5,7·103 | 4,3·104 | 0,0075 | |||
| С 50% маргарина | 20,4 | 4,9·103 | 2,8·105 | 0,0090 | |||
| С 50% сахара и 50% маргарина | 20,0 | 6,1·103 | 3,6·104 | 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, % | КЕ, % | Кη, % |
| 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, % | КЕ, % | Градиент Е | Кη, % | 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.