Описание новой методики приготовления хлебобулочных изделий из пшенично-ржаной муки на закваске

Бесплатный доступ

Введение. В статье представлены результаты исследования по применению различных методов термообработки хлебобулочных изделий. Показано, что инфракрасный метод является одним из перспективных при термообработке. Проведенный анализ демонстрирует, что при комбинировании различных способов термообработки у продуктов сохраняются потребительские качества и уменьшается время технологического цикла. Автором предлагается применение метода термического воздействия в индустрии быстрого питания. Материалы и методы. Предметом исследования является новый способ термической обработки хлебобулочных изделий из пшенично-ржаной муки с использованием инфракрасного излучения. Для исследования был изготовлен нагревательный блок (патент на полезную модель № 199820). Были установлены нагревательные элементы, изготовленные по технологии сеткотрафаретной печати, управление и контроль нагревательными элементами осуществлялся с помощью ПИД-регулятора марки ТРМ 148-Т с интерфейсом RS-485. Результаты исследования. В статье показано, что с помощью данного метода можно создавать равномерное поле нагрева продукта. Приводятся результаты исследований управления температурными режимами приготовления хлебобулочных изделий. Показано, что время приготовления хлебобулочных изделий сократилось более чем на 25 %, при этом потребительские качества продукта не изменились. Обсуждение и заключение. Исследования показали, что применение описанного способа термической обработки открывает новые возможности в индустрии быстрого питания и других отраслях народного хозяйства. Результаты показали, что при наборе экспериментальных данных метод можно применить в индивидуальном секторе и осуществить интеллектуализацию процесса приготовления различных продуктов питания.

Еще

Инфракрасный нагревательный элемент, пшенично-ржаной хлеб, термообработка, равномерное температурное поле, индустрия быстрого питания, потребительские свойства

Короткий адрес: https://sciup.org/147234632

IDR: 147234632   |   DOI: 10.15507/2658-4123.031.202102.291-303

Текст научной статьи Описание новой методики приготовления хлебобулочных изделий из пшенично-ржаной муки на закваске

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 физикохимических 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 ка-фоне 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.

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.

Р и с. 1. Модель воздействия нагревателей инфракрасного действия на изготовляемый продукт F i g. 1. Model of the effect of infrared heaters on the prepared product

Т , °C

1    30

210   240

Ширина, мм/

Глубина, мм / Depth, mm

Width, mm

Р и с. 2. Параметры линейности распределения температуры при мощности 400 Вт

F i g. 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.

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.

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).

Т , °C

30    60

210  24030

270   300330

Ширина, мм/

Глубина, мм / Depth, mm

Width, mm

Р и с. 3. Параметры линейности распределения температуры при мощности 1 440 Вт F i g. 3. Parameters of the linearity of the temperature distribution at a power of 1,440 W

a)                                    b)                                    c)

Р и с. 4. Образцы для выпечки хлебобулочного изделия из ржано-пшеничной муки

F i g. 4. Samples for baking products from rye-wheat flou

Electrotechnologies and electrical equipment in agriculture                                       297

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.

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.

Том 31, № 2. 2021

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.

a)

b)

c)

Р и с. 5. Выпечка, осуществленная в соответствии с новой методикой

F i g. 5. Products baked in accordance with the new method

a)                                    b)                                   c)

Р и с. 6. Визуальное представление приготовленного продукта

F i g. 6. A visual representation of the prepared product

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.

Поступила 16.03.2021; одобрена после рецензирования 15.04.2021; принята к публикации 26.04.2021

Об авторе:

Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.

Submitted 16.03.2021; approved after reviewing 15.04.2021; accepted for publication 26.04.2021

About the author:

The author has read and approved the final manuscript.

Список литературы Описание новой методики приготовления хлебобулочных изделий из пшенично-ржаной муки на закваске

  • Патент № 2145403 Российская Федерация, МПК F24C 7/00, H05B 6/68. Устройство для приготовления пищевых продуктов с датчиком инфракрасного излучения : № 98105419 : за-явл. 17.03.1998 : опубл. 10.02.2000 / Уехаси Х., Таино К., Такимото К. [и др.] ; патентообладатель Санио Электрик Ко., Лтд. 23 с. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/40/43/72/ f44912ee8dd2e7/RU2145403C1.pdf (дата обращения: 10.03.2021). Рез. англ.
  • Ermoshin, N. A. The Electrohydraulic Method for Meat Tenderization and Curing / N. A. Er-moshin, S. A. Romanchikov, O. I. Nikolyuk. DOI 10.21323/2414-438X-2020-5-2-45-49 // Theory and Practice of Meat Processing. 2020. Vol. 5, no. 2. Pp. 45-49. URL: https://www.meatjournal.ru/jour/ article/view/140 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Патент № 2638546 Российская Федерация, МПК A23L 5/30, A47J 37/00. Способы тепловой обработки мясных полуфабрикатов с использованием современных электрофизических методов нагрева : № 2016131786 : заявл. 02.08.2016 : опубл. 14.12.2017 / Беляева М. А., Безотосова О. К. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова». 10 с. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/66/75/c8/eb9034b7bd0c3f/ RU2638546C1.pdf (дата обращения: 10.03.2021). Рез. англ.
  • Разработка технологии и оценка эффективности нового продукта функционального без-глютенового кекса / И. М. Жаркова, Ю. А. Сафонова, В. Г. Густинович, Т. Л. Ильева. Текст : непосредственный // Хранение и переработка сельхозсырья. 2020. № 1. С. 70-85.
  • Laheri, Z. Awareness of Alternative Gluten-Free Grains for Individuals with Coeliac Disease / Z. Laheri, J. M. Soon. DOI 10.1108/BFJ-05-2018-0329 // British Food Journal. 2018. Vol. 120, Issue 12. Pp. 2793-2803. URL: https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/BFJ-05-2018-0329/ full/html (дата обращения: 10.03.2021).
  • Dennett, A. L. The Genotypic and Phenotypic Interaction of Wheat and Rye Storage Proteins in Primary Triticale / A. L. Dennett, K. V. Cooper, R. M. Trethowan. DOI 10.1007/s10681-013-0950-y // Euphytica. 2013. Vol. 194, no. 2. Pp. 235-242. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/ s10681-013-0950-y (дата обращения: 10.03.2021).
  • Prediction of Triticale Grain Quality Properties, Based on Both Chemical and Indirectly Measured Reference Methods, Using Near-Infrared Spectroscopy / M. Manley, C. M. McGoverin, F. Sny-ders [et al.]. DOI 10.1094/CCHEM-02-13-0021-R // Cereal Chemistry. 2013. Vol. 90, Issue 6. -Pp. 540-545. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1094/CCHEM-02-13-0021-R (дата обращения: 10.03.2021).
  • Baking Properties and Microstructure of Pseudocereal Flours in Gluten-Free Bread Formulations / L. Alvarez-Jubete, M. Auty, E. K. Arendt, E. Gallagher. DOI 10.1007/s00217-009-1184-z // European Food Research and Technology. 2010. Vol. 230. Pp. 437-445. URL: https://link.springer.com/ article/10.1007%2Fs00217-009-1184-z#citeas (дата обращения: 10.03.2021).
  • Application of Response Surface Methodology in the Development of Gluten-Free Bread / D. F. McCarthy, E. Gallagher, T. R. Gormley [et al.]. DOI 10.1094/CC-82-0609 // Cereal Chemistry. 2005. Vol. 82, Issue 5. Pp. 609-615. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1094/ CC-82-0609 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Rakha, A. Rheological Characterisation of Aqueous Extracts of Triticale Grains and Its Relation to Dietary Fibre Characteristics / A. Rakha, P. Aman, R. Andersson. DOI 10.1016/j.jcs.2012.11.005 // Journal of Cereal Science. 2013. Vol. 57, Issue 2. Pp. 230-236. URL: https://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S0733521012002378?via%3Dihub (дата обращения: 10.03.2021).
  • Production of Gluten-Free Bread Using Soybean Flour / P. D. Ribotta, S. F. Ausar, M. H. Morcillo [et al.]. DOI 10.1002/jsfa.1915 // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2004. Vol. 84, Issue 14. Pp. 1969-1974. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jsfa.1915 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Backashi, A. K Study of Physicochemical, Reological, Baking and Noodle Quality of Improved Durum and Bread Wheat Cultivars / A. K. Bakhshi, G. S. Bains. Текст : непосредственный // Journal of Food Science and Technology. 1987. Vol. 24, Issue 5. Pp. 217-221.
  • Патент № 2049419 Российская Федерация, МПК A47J27/06. Устройство для тепловой обработки пищевых продуктов : заявл. 05.05.1991 : опубл. 10.12.1995 / Кулаков С. В. URL: http://www. freepatent.ru/patents/2049419 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Патент № 2699690 Российская Федерация, МПК A47J27/62. Способы и системы для приготовления пищи на роботизированной кухне : № 2016134234 : заявл. 20.02.2015 : опубл. 09.09.2019 / Олейник М. ; заявитель и патентообладатель Олейник М. 430 с. URL: https://patenton.ru/patent/ RU2699690C2.pdf (дата обращения: 10.03.2021). Рез. англ.
  • Верболоз, Е. И. Энергосберегающие нагреватели для выпечки хлеба / Е. И. Верболоз, А. П. Савельев // Ползуновский вестник. 2017. № 4. С. 31-35. URL: https://journal.altstu.ru/ media/f/old2/pv2017_04/pdf/031Verboloz.pdf (дата обращения: 10.03.2021).
  • Перспективы применения электроконтактного способа выпечки хлеба / Б. А. Кули-шов, А. Г. Новоселов, С. Ю. Иващенко, В. А. Еськов // Ползуновский вестник. 2017. № 2. -С. 14-18. URL: https://journal.altstu.ru/media/f/old2/pv2017_02/pdf/014kulishiv.pdf (дата обращения: 10.03.2021).
  • Электроконтактный энергоподвод при выпеке хлеба / Г. А. Сидоренко, В. П. Попов, Г. Б. Зинюхин [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 1. -С. 214-221. URL: https://clck.ru/UTPEe (дата обращения: 10.03.2021).
  • Boggini, G. Qualita Panifactoria Di Miscele Di Sfarinati Di Framento Duro Con Farina Di Ten-ero / G. Boggini, M. A. Pagani, M. Lusiano. Текст : непосредственный // Tecn. molit. 1997. Vol. 48, Issue 7. Pp. 781-780.
  • Титова, Н. Е. Обеспечение снижения экологической нагрузки и ресурсосбережения при хлебопечении / Н. Е. Титова, И. П. Кумпан // Вестник современных исследований. 2018. Т. 7, № 3 (22). С. 319-322. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35351218 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Громцев, С. А. Особенности производства ржано-пшеничного хлеба в полевых условиях / С. А. Громцев, А. С. Громцев, О. М. Червяков. Текст : электронный // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2013. № 3. URL: http://processes. ihbt.ifmo.ru/file/article/7623.pdf (дата обращения: 10.03.2021). Рез. англ.
  • Innovative Trends in the Development of Advanced Triticale Grain Processing Technology / E. P. Meleshkina, G. N. Pankratov, I. S. Vitol. DOI 10.21603/2308-4057-2017-2-70-82 // Foods and Raw Materials. 2017. Vol. 5, no. 2. Pp. 70-82. URL: http://jfrm.ru/en/issues/703/1170/ (дата обращения: 10.03.2021).
  • Infrared Thermographic Measurement of the Surface Temperature and Emissivity of Glossy Materials / P. Alexa, J. Solar, F. Cmiel [et al.]. DOI 10.1177/1744259117731344 // Journal of Building Physics. 2018. Vol. 41, Issue 6. Pp. 533-546. URL: https://journals.sagepub.com/ doi/10.1177/1744259117731344 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Давидович, Е. А. Разработка и исследование улучшителей для пшенично-ржаных сортов хлеба [На основе соевой муки] / Е. А. Давидович // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. 2008. № 2. С. 417. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11453482 (дата обращения: 10.03.2021).
  • Патент на полезную модель № 199820 Российская Федерация, МПК H05B 3/06, A47J 37/04. Устройство с нагревательными элементами инфракрасного действия для приготовления различных продуктов питания : № 2020114473 : заявл. 13.04.2020 : опубл. 21.09.2020 / Шелехов М. И., Шелехова А. И. ; заявитель и патентообладатель ООО «Иркутское профессиональное оборудование». 13 с. URL: https://viewer.rusneb.ru/ru/000224_000128_0000199820_20200921_U1_ RU?page=1&rotate=0&theme=white (дата обращения: 10.03.2021).
  • Патент № 2463748 Российская Федерация, МПК H05B 3/00. Способ изготовления толстопленочного резистивного нагревателя : № 2011103148 : заявл. 28.01.2011 : опубл. 10.10.2012 / Шелехов И. Ю., Шелехова И. В., Иванов Н. А. [и др.] ; заявитель и патентообладатель ООО «Термостат». 9 с. URL: http://www.freepatent.ru/images/patents/54/2463748/patent-2463748.pdf (дата обращения: 10.03.2021).
  • Анисимов, А. В. Экспериментальное определение оптимальных параметров оборудования для обработки зерна при подготовке к помолу / А. В. Анисимов, Ф. Я. Рудик. DOI 10.15507/26584123.029.201904.594-613 // Инженерные технологии и системы. 2019. Т. 29, № 4. С. 594-613. -URL: http://vestnik.mrsu.ru/index.php/en/articles2-en/86-19-4/743-10-15507-0236-2910-029-201904-8 (дата обращения: 10.03.2021).
Еще
Статья научная