Изучение вязкости модельных образцов блинного теста из нетрадиционных видов сырья

В настоящее время все больше растет спрос на продукты функциональной направленности, которые содержат ингредиенты, оказывающие благотворное влияние на организм. Это, безусловно, связано с популяризацией здорового образа жизни и, в частности, правильного питания.

Совершенствование рецептуры пищевой продукции, в том числе на основе теста, с учетом принципов здорового питания позволяет улучшить структуру рациона, повысить пищевую ценность и обеспечить диетическим питанием некоторые категории населения [1–6]. Замена пшеничной муки нетрадиционными видами при производстве кондитерских, хлебобулочных и мучных кулинарных изделий изучалась в ряде исследований [7–11]. Наиболее значимыми разработками в этой области являются безглютеновые продукты, необходимые для формирования адекватного рациона питания людей с целиакией [12–15]. Как известно, данное заболевание предполагает полную непереносимость глютена, содержащегося во многих зерновых культурах – пшенице, овсе, ячмене и ржи. Кроме того, при составлении рациона питания необходимо учитывать скрытый глютен, который в составе продукта может указываться как модифицированный крахмал или гидролизованный белок, входящие в состав различных продуктов в качестве загустителя.

Одним из видов безглютенового сырья при производстве мучных изделий является рисовая мука. В зависимости от сорта зерен рисовую муку подразделяют на произведенную из очищенных от оболочки зерен белого риса – шлифованного (белого) риса - и из неочищенных зерен коричневого риса (цельнозерновую). В настоящее время пищевая промышленность производит рисовую муку из шлифованного риса, муку с повышенным содержанием клейковины (клейкую) и муку из неочищенного риса (цельнозерновую). Тесто на основе рисовой клейкой муки обладает вязким и тянущимся свойствами. Оно применяется для приготовления азиатских десертов [8, 10].

При использовании нетрадиционного сырья в рецептуре мучных кулинарных изделий необходимо учитывать реологические свойства теста. Одним из важнейших технологических показателей является вязкость, которая имеет большое значение для производственного процесса и качества конечного продукта.

Целью работы является изучение вязкости модельных образцов блинного теста, приготовленного с использованием разных видов рисовой муки.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования были выбраны следующие виды блинного теста: из пшеничной муки (контроль) [16]; с мукой из шлифованного (белого) риса производства компании ООО «Пудофф» (образец 1); с мукой из неочищенного риса (цельнозернового) производства компании ООО «ТД Тамбовкрахмал» (образец 2).

Вязкость блинного теста определяли на ротационном вискозиметре Brookfield RVDV-II+ Pro (США, Brookfield Engineering Labs.Inc., 2009), адаптере ULA с диапазоном вязкости 3,0 - 2000 сПз (ЦКП «Прогресс» ФГБОУ «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»). Принцип работы данного прибора заключается в измерении степени закручивания откалиброванной пружины при одновременном вращении шпинделя с одинаковой скоростью в образцах блинного теста [17]. Степень трения шпинделя в жидкости автоматически определяется датчиком при вращении калиброванной пружины. Для оценки вязкости образцов блинного теста использовалась программа Rheocalc V3.2, позволяющая осуществлять автоматическое компьютерное управление и сбор данных.

Результаты исследования и их обсуждение

Экспериментально исследовали три модели блинного теста, приготовленные по классической технологии на основе различных видов муки. Для контрольного образца использовали пшеничную муку высшего сорта, для образца 1 – муку из шлифованного (белого) риса, для образца 2 – цельнозерновую рисовую муку. Рецептуры образцов представлены в таблице.

Рецептура исследуемых образцов

Таблица

Наименование сырья	Контрольный образец*	Образец 1	Образец 2
1	2	3	4
Мука пшеничная, г	416	-	-
Мука из шлифованного риса, г	-	416	-
Мука рисовая цельнозерновая, г	-	-	416
Вода, см 3	1040	1040	1040

Продолжение таблицы

1	2	3	4
Яйца, шт.	2 1 13	2 1 13	2 1 13
Сахар, г	25	25	25
Соль, г	8	8	8
Масса теста, г	1538	1538	1538

Примечание. * – Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий: для предприятий общественного питания / авт.-сост. А.И. Здобнов, В.А. Цыганенко. – Киев: Арий, 2014. – 680 с.

Как видно из таблицы, исследуемые образцы аналогичны по составу, за исключением используемой муки.

На первом этапе исследований был проведен органолептический анализ. Рассматривали показатели цвета, запаха, вкуса, однородности, текучести по пятибалльной шкале. Результаты анализа приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Профилограмма органолептического анализа модельных образцов блинного теста

—•— контроль

—•— образец 1

—•— образец 2

Органолептический анализ показал, что наиболее близким к контролю по показателям цвета, запаха, вкуса и однородности был образец из муки неочищенного риса. А образец из муки шлифованного риса имел выраженный рисовый вкус и неоднородную консистенцию с включением взвешенных частиц, которые через некоторое время выпадали в осадок.

На следующем этапе изучали структурно-технологические свойства теста, в частности вязкость, поскольку она является одним из основных показателей при замесе теста, который влияет на качество готового продукта.

Графики зависимости динамической вязкости от времени выстаивания теста приведены на рисунке 2.

с

и

К Я § и г S

S а                                                   б

Рисунок 2 – Зависимость вязкости различных образцов блинного теста от времени: а – контрольный образец; б – образец 1

в

Рисунок 2 (продолжение) – Зависимость вязкости различных образцов блинного теста от времени: в – образец 2

Полученные данные свидетельствовали о том, что значения вязкости образца 1 отличались от контрольного. При увеличении скорости, крутящего момента и скорости сдвига значения вязкости образца 1 находились в пределах от 18,2 до 83,7 сПз, однако, по данным Ро-скачества, вязкость блинного теста должна быть в пределах от 200 до 600 сПз [ 18 ] .

Вязкость образца 2 имела значения выше контрольного образца на 17,8–33,8 % и находилась в пределах допустимой нормы. Различие в показателях вязкости образцов может быть связано с химическим составом муки, а именно наличием зерновой оболочки в образце 2. Причем в контроле и образце 2 наблюдалось снижение вязкости с продолжительностью механического воздействия, данное поведение характерно для неньютоновской жидкости. В то время как в образце 1, наоборот, вязкость повышалась с увеличением продолжительности механического воздействия.

Для установления закономерности изменения реологических свойств исследуемых образцов теста было изучено изменение вязкости исследуемых образцов от скорости сдвига.

Скорость сдвига изменяли в диапазоне от 5 до 100 об/мин. С увеличением скорости сдвига динамическая вязкость в исследуемых образцах закономерно снижалась (рис. 3).

Рисунок 3 – Зависимость вязкости различных образцов блинного теста от скорости сдвига: а – контрольный образец; б – образец 1

б

в

Рисунок 3 (продолжение) – Зависимость вязкости различных образцов блинного теста от скорости сдвига: в – образец 2

Как видно из графических зависимостей, представленных на рисунке 3, модели контроля и образца 2 имели кривую «петля гистерезиса», которая свидетельствует о постепенном снижении вязкости при увеличении скорости вращения и последующем возвращении к исходному значению при снятии нагрузки (снижении скорости вращения). Такие жидкости относятся к тиксотропным жидкостям.

Вязкость образца 1 увеличивалась при увеличении скорости вращения адаптера, после снятия нагрузки. Возможно, образец проявлял свойства дилантного материала, когда кажущаяся вязкость увеличивается с возрастанием напряжения сдвига.

На основе экспериментальных исследований были подобраны математические модели, характеризующие закономерности изменения вязкости образцов теста из разных видов муки. Так, изменения вязкости контроля и образца 2 были описаны математической моделью Гершеля - Балкли.

Математическая модель Гершеля - Балкли является моделью неньютоновских жидкостей, где напряжение, оказываемое на тело, взаимосвязано с напряжением сдвига нелинейной зависимостью. Эта зависимость характеризует три параметра: индексы консистенции (k) и течения (n), а также предельное напряжение сдвига (τ 0 ). Индекс консистенции можно представить как константу пропорциональности, а индекс течения - как степень разрушения или консолидации структуры при приложении напряжения [19, 20]. Напряжение сдвига можно определить как степень воздействия, которое испытывает жидкость, перед стеканием. Уравнение данной модели можно выразить в следующем виде (1):

τ = τ 0 + kDn, (1)

где τ – напряжение сдвига (предел тягучести), Дин/см²; τ 0 – сдвиговая прочность (сдвигающее напряжение), Дин/см²; k – индекс консистенции, сПз; D – скорость сдвига, с^-1; n – индекс течения, безразмерный.

При индексе течения, равном 1, и нулевой сдвиговой прочности математическая модель принимает вид как для ньютоновской жидкости. При одинаковом условии – приложении напряжения сдвига, в случае когда значение индекса течения (n) менее единицы, вязкость жидкости уменьшается, а при возрастании более единицы значения индекса течения (n) вязкость увеличивается [21]. Высокое значение показателя сдвигающего напряжения (τ0) свидетельствует о том, что жидкость будет стекать при условии приложения достаточного напряжения сдвига. Данное явление характерно для бингамовских систем.

Применяя программу Rheocalc V3.2 и используя полученную модель, определяли индексы течения и консистенции, а также не только предельное напряжение сдвига, но и степень сходимости (в %) между экспериментальными данными и расчетными значениями.

Математическая модель в графическом виде представлена на рисунках 4 а, б.

-•- Исходные данные при разных скоростях сдвига

а

-•- Расчетные данные

—•— Исходные данные при разных скоростях сдвига —•—Расчетные данные

б

Рисунок 4 – График зависимости между разностью напряжения сдвига и сдвигающего напряжения (сдвигающей прочности) от скорости сдвига для образцов контроля (а) и 2 (б)

Индекс консистенции для контрольного образца был равен 66,1, индекс текучести - 1,01 и предел текучести составил 5,01. Индекс консистенции для образца 2 был равен 50,3, индекс текучести - 0,64 и предел текучести составил 6,59.

Проведенные исследования свидетельствуют о возможности использования муки из неочищенного риса (цельнозерновой) для приготовления блинного теста, динамическая вязкость которого существенно не отличается от традиционного с пшеничной мукой.

Закономерность изменения вязкости в образце 1 описывается математической моделью Кессона, которая выражается линейной зависимостью напряжения сдвига от скорости сдвига в виде одноименного уравнения. Математическое выражение предела напряжения сдвига определяли как квадрат длины отрезка, отсекаемого прямой относительно оси напряжения сдвига. Данная математическая модель дает возможность проследить за изменением пластических дилантных жидкостей. Математическое выражение модели Кессона имеет вид (2):

τ 1/2 =τ₀ 1/2 +(ηD) 1/2 ,

где τ – напряжение сдвига (предел тягучести), Дин/см²; τ 0 – сдвиговая прочность (предельное напряжение сдвига), Дин/см²; η – пластическая вязкость, сПз; D – скорость сдвига, с^–1.

При использовании данной модели программа Rheocalc V3.2 определяет значения пластической вязкости, предельного напряжения сдвига и степени сходимости (в %) между экспериментальными данными и расчетными значениями [21].

Программа позволяет выстроить графическую зависимость, которая представлена на рисунке 5.

—•—Исходные данные при разных скоростях сдвига   —•—Расчетные данные

Рисунок 5 – График зависимости квадратных корней из напряжения сдвига от скорости сдвига для блинного теста с мукой из белого риса

Пластическая вязкость для образца 1 была равна 9,54, предел текучести составил 9,55.

Как видно на рисунке 5, вязкость блинного теста из муки белого риса возрастала равномерно при увеличении скорости сдвига. Данный эффект можно объяснить химическим составом муки, который включал в основном крахмал и в котором отсутствовали проламины и глютеины.

Заключение

В результате проведенных исследований были изучены структурно-реологические свойства, в частности динамическая вязкость, моделей блинного теста из разных видов муки. Было установлено, что динамическая вязкость блинного теста из муки шлифованного белого риса уменьшалась на 70 %, а из муки неочищенного риса увеличивалась на 27 % по сравнению с контрольным образцом. Наряду с этим было отмечено, что при постоянной скорости сдвига динамическая вязкость образца с цельнозерновой рисовой мукой изменялась в пределах 236 - 227 сПз.

На основе результатов исследования были предложены математические модели, описывающие закономерности изменения вязкости блинного теста исследуемых образцов. Так, закономерности изменения вязкости контроля и образца из цельнозерновой рисовой муки могут быть описаны математической моделью Гершеля - Балкли, образец из шлифованного риса – моделью Кессона. В дальнейшем математические модели могут быть использованы при изучении реологических свойств теста из других видов муки.