CC BY
42
Функциональные продукты питания
УДК 664.64.016
Влияние хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки
на теплофизические характеристики ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании и дефростации
А. Э. Козловская, аспирант; Н. В. Лабутина, д-р техн. наук, профессор; О. А. Суворов, канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств
Введение. Технология производства хлеба из замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности - одно из прогрессивных направлений в хлебопечении.
Актуальность этого направления исследований подтверждается необходимостью решения вопросов оптимизации технологических параметров производства хлеба, расширения ассортимента и повышения качества готовой продукции. Увеличение выпуска замороженных полуфабрикатов хлебобулочных изделий в ассортименте на промышленной основе имеет стратегическое значение, а также перспективно для организации здорового питания населения в нашей стране.
Обеспечение высокого качества хлеба из замороженных полуфабрикатов может быть достигнуто на основе научных исследований и всестороннего анализа процессов, происходящих на различных стадиях технологического процесса его производства [1-3].
Для хлебопекарной промышленности практическую значимость имеют результаты исследований биотехнологических, теплофизических процессов, протекающих при замораживании, криохранении и дефростации ржано-пшеничных полуфабрикатов, а также практические рекомендации по их применению на производстве.
Цель исследований - изучение влияния хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки на тепло-физические характеристики ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности при замораживании и дефростации.
Методы исследования. В работе применяли общепринятые и специальные методы анализа свойств сырья и полуфабрикатов, а также качества готовой продукции. Образцы муки пшеничной хлебопекарной первого сорта и ржаной обдирной анализировали по органо-
лептическим и физико-химическим показателям в соответствии с требованиями нормативно-технической документации. Структурно-механические свойства мякиша хлебобулочных изделий определяли на приборе «Структу-рометр». При лабораторных выпечках тесто готовили, используя ржаные закваски.
Частичную выпечку тестовых заготовок осуществляли в лабораторной печи Winkler шас^е!. Затем полуфабрикаты охлаждали в естественных условиях, упаковывали и помещали в морозильную камеру. После кри-охранения полуфабрикаты освобождали от упаковки и размораживали до полного оттаивания в естествен-
ных условиях при температуре помещения. После дефростации полуфабрикаты допекали радиационно-конвективным способом. Качество готовых изделий анализировали через 24 ч после выпечки.
Изменение температуры в центре тестовых заготовок при выпечке и динамику замораживания и дефростации исследуемых проб регистрировали при помощи Digital Multimetr. Тепло-физические характеристики (ТФХ) полуфабрикатов и проб готовых изделий определяли калориметрическим методом при помощи информационно-измерительного комплекса на базе дифференциального сканирующего микрокалориметра [3].
Результаты исследований. Для объяснения теплофизических процессов, происходящих при замораживании и дефростации тестовых заготовок, устанавливали температуру начала замораживания и дефростации (°С), энтальпию пика (mW) и энтальпию исследуемой пробы (Дж/г).
На основании данных, зарегистрированных методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии, получили термограммы ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании и дефростации, приготовленных из муки с различными хлебопекарными свойствами и фиксировали температуру начала и конца термографических пиков при замораживании и дефростации.
Число падения 165 с
-20
Температура, °С Число падения 194 с
а
-15
-10
10
Число падения 165 с
Температура, °С Число падения 194 с
б
Рис. 1. Термограмма ржано-пшеничных полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с различными хлебопекарными свойствами: а - при замораживании; б - при размораживании
600 500 | 400
с
3 300 □= 200 100 0
-100
165 194
Число падения,с
■ Энтальпия при замораживании □ Энтальпия при размораживании
Рис. 2. Энтальпия ржано-пшеничных полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с различными хлебопекарными свойствами
Продолжительность замораживания, мин — Число падения 165 с —Число падения 194 с
Рис. 3. Динамика температуры замораживания в центре ржано-пшеничных полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с различными хлебопекарными свойствами
Продолжительность дефростации, мин — Число падения 165 с —Число падения 194 с
Рис. 4. Динамика температуры размораживания в центре ржано-пшеничных полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с различными хлебопекарными свойствами
На термограммах (рис. 1) наблюдали пики, свидетельствующие о том, что в определенных температурных интервалах происходят фазовые переходы влаги.
Выявили, что хлебопекарные свойства ржаной обдирной муки влияют на теплофизические харак-
теристики. Начальное и конечное значения температуры пика при замораживании полуфабрикатов с 20 °С до -35 °С почти не различались у исследуемых проб и составляли -23,7... -23,9 °С и -29,8...-30,1 °С, соответственно. Период максимального кристаллообразования у исследуе-
мых проб также был приблизительно одинаковым.
При оценке динамики замораживания и дефростации ржано-пшеничных полуфабрикатов исследовали термодинамические характеристики, которые позволяют с высокой точностью определить фазовые изменения влаги в полуфабрикате, сопровождающиеся выделением и поглощением теплоты. Хлебопекарные свойства ржаной обдирной муки влияли на энтальпию пика. При замораживании полуфабрикатов количество требуемой отводимой тепловой энергии разных проб существенно различалось. Энтальпия пика у полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 194 с, была минимальна и составляла 29,08 тШ. Значения начальной и конечной температуры пика при размораживании (см. рис. 1, б) проб были минимальны у полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с, и составляли 40,1 °С и 114,2 °С, соответственно. Наименьшим периодом восстановления структуры замороженного полуфабриката характеризуются пробы, приготовленные из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с.
При дефростации образцов минимальным количеством требуемой подводимой тепловой энергии для восстановления структуры замороженного полуфабриката характеризовались пробы, приготовленные из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с. Энтальпия пика составляла -9,46 тШ. У полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 194 с, величина энтальпии пика составляла -40,69 тШ.
Энтальпия ржано-пшеничных полуфабрикатов, приготовленных из муки с различными хлебопекарными свойствами, представлена на рис. 2.
Хлебопекарные свойства ржаной обдирной муки значительно влияют на величину энтальпии полуфабрикатов. Сопоставление значений энтальпии для ржано-пшеничных проб позволило выявить следующие закономерности.
При замораживании полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 194 с, энтальпия составляла -45,81, у проб из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с. —86,04 Дж/г. При размораживании полуфабрикатов минимальное значение энтальпии наблюдалось у проб, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с, и составляло 246,06 Дж/г, а максимальное - у проб из ржаной обдирной муки с числом падения 194 с (616,98 Дж/г).
функциональные продукты питания
Таблица 1
Органолептические показатели качества ржано-пшеничного хлеба
Показатели качества ржано-пшеничного хлеба, приготовленного из замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности
Наименование Мука ржаная обдирная
показателей Число падения 165 с Число падения 194 с
Контрольная проба Опытная проба (1 нед. хранения) Контрольная проба Опытная проба (1 нед. хранения)
Цвет корки Коричневый
Состояние корки Выпуклая
Состояние поверхности Достаточно гладкая, мелкие короткие трещины и подрывы
Цвет мякиша Равномерный серый
Пропеченость мякиша Пропеченый, влажный в меру. Эластичность хорошая
Промесс Без комочков и следов непромеса
Пористость Достаточно равномерная: мелкая и средняя
Запах Свойственный изделию данного вида
Вкус Свойственный изделию данного вида
Таблица 2
Физико-химические показатели ржано-пшеничного хлеба
Показатели качества ржано-пшеничного хлеба, приготовленного
из замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности
Наименовние Мука ржаная обдирная
показателей Число падения 165 с Число падения 194 с
Контрольная проба Опытная проба (1 нед. хранения) Контрольная проба Опытная проба (1 нед. хранения)
Масса хлеба, г 680 692 682 690
Формоустойчивость, H/D 0,34 0,35 0,31 0,33
Кислотность, град 7,6 7,6 7,8 7,8
Влажность, % 45,5 45,5 45,0 44,5
Пористость, % 62 63 59 60
Деформация, мм общая 4,4 4,52 3,72 3,83
упругая пластическая 2,35 2,05 2,4 2,12 2,54 1,18 2,47 1,36
Результаты исследований свидетельствуют о том, что процессы криотропного структурообразова-ния, связанные с кристаллизацией жидкой фазы образцов, сопровождаются экзотермическим эффектом. С увеличением числа падения ржаной обдирной муки соотношение свободной и связанной влаги изменяется, что приводит к формированию иной структуры полуфабриката. Для того, чтобы установить оптимальное число падения ржаной обдирной муки необходимо изучить динамику температуры в центре ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании и дефростации, а также определить скорость этих процессов.
В соответствии с поставленными задачами исследований устанавливали влияние хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки на динамику температуры центральных слоев ржано-пшеничных частично выпеченных полуфабрикатов при замораживании и дефростации (рис. 3).
На рис. 3 видно, как изменяется температура в центре ржано-пшеничных частично выпеченных полуфабрикатов в зависимости от продолжительности замораживания. Выявили
характерные периоды замораживания ржано-пшеничных частично выпеченных полуфабрикатов. Первый -период охлаждения от начальной температуры центральных слоев полуфабриката до температуры начала кристаллизации жидкой фазы (крио-скопической температуры). Для полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 и 194 с, он составлял 125 и 195 мин, а криоскопическая температура была равна -3 и -4 °С, соответственно. Второй - период замораживания (образование льда в объеме тела). Происходит кристаллизация примерно 70% жидкой фазы в продукте. Он продолжается до достижения эвтектической температуры в центральных слоях полуфабриката, которая для этих исследуемых проб была равна -5 °С. Для полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 и 194 с, он составлял 115 и 200 мин, соответственно. Третий - период домораживания до заданной температуры в центре полуфабриката (-26 °С). Для полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 и 194 с, он составлял 195 и 180 мин, соответственно. Общая (суммарная)
продолжительность замораживания от начальной температуры центральных слоев полуфабрикатов до заданной (конечной) температуры составляла: для проб, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с, - 435 мин, для проб из ржаной обдирной муки с числом падения 194 с - 575 мин.
Для размораживания ржано-пшеничных частично выпеченных полуфабрикатов выявили характерные периоды (рис. 4). Первый - период оттаивания от температуры хранения полуфабрикатов до температуры начала восстановления структуры замороженного полуфабриката, которая составляла для полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 и 194 с - -3 и -7 °С, соответственно. Он составлял для обоих исследуемых образцов 170 и 160 мин, соответственно. Второй - период восстановления структуры замороженных полуфабрикатов. Для проб, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 и 194 с, он составлял 75 и 100 мин, соответственно. Третий - период размораживания до заданной температуры в центре полуфабриката (20 °С). Он составлял
для обоих исследуемых образцов 115 и 190 мин, соответственно.
Установили, что при хранении замороженных ржано-пшеничных частично выпеченных полуфабрикатов, приготовленных из ржаной обдирной муки с числом падения 165 с, клейковина, уже отдавшая часть своей влаги крахмалу при частичной выпечке, продолжает выделять воду, но с меньшей скоростью. Эти изменения, протекающие спонтанно и независимо от того, сорбируется выделенная влага крахмалом или нет, могут быть обусловлены продолжающейся денатурацией белков [4].
Органолептическая оценка качества замороженных частично выпеченных полуфабрикатов показала, что при хранении их в течение одной недели (опытные пробы) и после размораживания показатели качества существенно не изменились (табл. 1).
Хлеб, приготовленный из замороженных ржано-пшеничных полуфабрикатов высокой степени готовности, почти полностью сохранял свою свежесть. Это объясняется тем, что глубокое замораживание, очевидно, почти исключает возможность протекания в его мякише таких про-
цессов, обусловливающих черстве-ние, как ретроградация крахмала и уплотнение структуры белка.
Анализ полученных данных (табл. 2) свидетельствует о существенном влиянии хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки на физико-химические показатели качества ржано-пшеничного хлеба, приготовленного из замороженных частично выпеченных полуфабрикатов.
Выводы. Таким образом, термодинамический критерий энтальпия позволяет определить взаимосвязь теплофизических характеристик ржано-пшеничных тестовых заготовок, а также полуфабрикатов высокой степени готовности и качества готовых изделий. Выявили, что ржано-пшеничный хлеб из замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности при использовании ржаной обдирной муки с числом падения 165 с имеет более высокие физико-химические и органолепти-ческие показатели качества, чем хлеб из ржаной обдирной муки с числом падения 194 с.
На основании характера изменения температуры центральных слоев тестовой заготовки из ржаной обдирной муки с различными хлебо-
пекарными свойствами установили три типичных периода, которые позволяют характеризовать процессы замораживания и дефростации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Суворов, О. А. Современные технологии хлеба и хлебобулочных изделий. Рыночные перспективы/О. А. Суворов, Н. В. Лабутина, М. С. Назаретян // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. -2011. - № 6. - С. 78-83.
2. Лабутина, Н. В. Технология хлеба из замороженных полуфабрикатов с использованием ржаной муки. Монография. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2004. - 7 п. л.
3. Лабутина, Н. В. Использование дифференциальной сканирующей микрокалориметрии при оптимизации соотношения ржаной и пшеничной муки в технологии замороженных полу-фабрикатов/Н. В. Лабутина, А. Б. Свешников, О. А. Суворов // Известия вузов. Пищевая технология. - 2006. - № 1. -С. 108-110.
4. Inoue, Y. Studies on frozen doughs. I. Effects of frozen storage and freeze-thaw cycles on baking and rheological properties/Y. Inoue, W. Bushuk // Cereal Chemistry. - 1991. - № 6. - P. 627-631.
Влияние хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки на теплофизические характеристики ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании и дефростации
Ключевые слова
дефростация; замораживание; качество; ржано-пшеничные полуфабрикаты; теплофизические характеристики; хлебопекарные свойства муки.
Реферат
В статье рассмотрены вопросы актуальности исследований отдельных аспектов технологии производства хлебобулочных изделий из замороженных пшеничных полуфабрикатов, которая в настоящее время получила широкое распространение и реализуется в хлебопекарной промышленности и системе общественного питания. Представлены результаты изучения влияния хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки на теплофизические характеристики ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании и дефростации. Для дальнейшего развития и совершенствования технологии приготовления хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов большое значение имеет изучение их термодинамических характеристик. Использован термодинамический подход к процессам замораживания, хранения и дефростации ржано-пшеничных полуфабрикатов, позволяющий оценить степень изменения их теплофизических характеристик при воздействии низких температур. Показано, что структура белка и содержание незамерзающей воды играют ключевую роль в формировании и изменении реологических характеристик тестовых полуфабрикатов, обусловливающих качество готовых изделий. Установлены закономерности тепло- и масоообмена, возникающего при замораживании и дефростации ржано-пшеничных полуфабрикатов. Показано, что интенсивность его во многом определяется термодинамическими параметрами замораживания и дефростации. Установлено оптимальное значение «числа падения» ржаной обдирной муки для получения ржано-пшеничного хлеба высокого качества из замороженных полуфабрикатов высокой степени готовности.
Авторы
Козловская Анастасия Эдуардовна, аспирант,
Лабутина Наталья Васильевна, д-р техн. наук, профессор,
Суворов Олег Александрович, канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств
125080 Москва, Волоколамское шоссе, дом 11
Influence of Rye Flaked Flour Baking Properties on the Thermophysical Characteristics of Rye-Wheat Semifinished Products During Freezing and Defrosting
Key words
defrostation; freezing; quality; rye-wheat semi-finished products; thermophysical characteristics; baking properties of flour.
Abstracts
In the article the questions of the urgency of researching certain aspects of the technology of bakery products from frozen wheat semifinished products are considered, which is currently widely used and is being realized in the baking industry and public catering system. The results of a study of the influence of baking properties of rye flaked flour on the thermophysical characteristics of rye-wheat semifinished products during freezing and thawing are presented. To further develop and improve the technology of bakery products from frozen semi-finished products, it is very important to study their thermodynamic characteristics. The thermodynamic approach to the processes of freezing, storage and defrosting of rye-wheat semi-finished products is used, which makes it possible to estimate the degree of change in their thermophysical characteristics under the influence of low temperatures. It is shown that the structure of the protein and the content of non-freezing water play a key role in the formation and variation of the rheological characteristics of test semi-finished products that determine the quality of finished products. Regularities of heat and mass exchange, which occurs when freezing and thawing rye-wheat semi-finished products, are established. It is shown that its intensity is largely determined by the thermodynamic parameters of the freezing and thawing process. The optimum value of the «falling number» of rye flaked flour was established to obtain high quality rye-wheat bread from frozen semi-finished products of high degree of readiness.
Authors
Kozlovskaya Anastasia Eduardovna, graduate student; Labutina Natalia Vasilievna, PhD, Professor; Suvorov Oleg Alexanderovich, PhD, Associate Professor Moscow State University of Food Production, 125080, Moscow, Volokolamskoye highway, 11, [email protected]
