Структурно-механические, или реологические, свойства пищевых продуктов характеризуют их сопротивляемость воздействию внешней энергии, обусловленную строением и структурой продукта, а также качество пищевых продуктов и учитываются при выборе условий их перевозки и хранения.
К структурно-механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, эластичность, пластичность, вязкость, адгезию, тиксотропию и др.
Прочность - свойство продукта противостоять деформации и механическому разрушению.
Под деформацией понимают изменение формы и размера тела под действием внешних сил. Деформация бывает обратимой и остаточной. При обратимой деформации происходит восстановление первоначальной формы тела после снятия нагрузки. Обратимая деформация может быть упругой, когда происходит моментальное восстановление формы и размера тела, и эластичной, когда на восстановление требуется более или менее продолжительный отрезок времени. Остаточной (пластической) называется деформация, остающаяся после прекращения действия внешних сил.
Пищевые продукты, как правило, характеризуются многокомпонентностью состава; им свойственна как упругая деформация, исчезающая мгновенно, так и эластичная, а также пластическая деформация. Однако у одних преобладают упругие свойства над пластическими, у других - пластические над упругими, а у третьих преобладающими являются эластичные свойства. Если пищевые продукты не способны к остаточным деформациям, то они хрупки, например сахар-рафинад, сушки, сухари и т.д.
Прочность - один из важнейших показателей качества макаронных изделий, сахара-рафинада и других продуктов.
Этот показатель учитывается при переработке зерна на муку, при дроблении винограда (при производстве виноградных вин), при измельчении картофеля (при выработке крахмала) и т.д.
Твердость - способность материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Твердость определяют при оценке качества плодов, овощей, сахара, зерна и других продуктов. Этот показатель играет важную роль при сборе, сортировке, упаковке, транспортировании, хранении и переработке плодов и овощей. Кроме того, твердость может быть объективным показателем степени их зрелости.
Твердость определяют вдавливанием в поверхность продукта твердого наконечника, имеющего форму шарика, конуса или пирамиды. По диаметру образующейся лунки судят о твердости продукта: чем меньше размер лунки, тем тверже продукт. Твердость плодов и овощей определяют по величине нагрузки, которую нужно приложить, чтобы игла или шарик определенных размеров вошли в мякоть плода.
Упругость - способность тел мгновенно восстанавливать свою первоначальную форму или объем после прекращения действия деформирующих сил.
Эластичность - свойство тел постепенно восстанавливать форму или объем в течение некоторого времени.
Показатели упругости и эластичности используют при определении качества теста, клейковины пшеничной муки, свежести мясных, рыбных и других изделий. Они учитываются при изготовлении тары, при определении условий перевозки и хранения пищевых продуктов.
Пластичность - способность тела необратимо деформироваться под действием внешних сил. Свойство сырья изменять свою форму при переработке и сохранять ее в дальнейшем используется при производстве таких пищевых продуктов, как печенье, мармелад, карамель и др.
В результате длительного внешнего воздействия упругая деформация может переходить в пластическую. Этот переход связан с релаксацией - свойством материалов изменять напряжение при постоянной начальной деформации. На релаксации основано изготовление некоторых пищевых продуктов, например колбасных изделий. Из мяса, характеризующегося упругой деформацией, готовят фарш, а из него колбасу, обладающую свойствами пластического материала. Определенные величины релаксации характерны только для продуктов твердожидкой структуры - сыра, творога, фарша и др. Это свойство пищевых продуктов учитывается при перевозке и хранении хлебобулочных изделий, плодов, овощей и др.
Вязкость - способность жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой под действием внешней силы.
Различают вязкость динамическую и кинематическую.
Динамическая вязкость характеризует силу внутреннего трения среды, которую необходимо преодолеть для перемещения единицы поверхности одного слоя относительно другого при градиенте скорости смещения, равном единице. За единицу динамической вязкости принята вязкость такой среды, у которой один слой при действии силы, равной 1 Ньютону на квадратный метр, перемещается со скоростью 1 м/с относительно другого слоя, находящегося на расстоянии 1 м. Измеряется динамическая вязкость в Н-с/м 2 .Кинематической вязкостью называется величина, равная отношению динамической вязкости к плотности среды, и выражается В М 2 /С.
Величина, обратная вязкости, называется текучестью.
На вязкость продуктов влияют температура, давление, влажность или жирность, концентрация сухих веществ и другие факторы. Вязкость пищевых продуктов уменьшается при повышении "влажности, температуры, жирности и возрастает с увеличением концентрации растворов, степени их дисперсности.
Вязкость - свойство, характерное для таких пищевых продуктов, как мед, растительное масло, сиропы, соки, спиртные напитки и др.
Вязкость является показателем качества многих пищевых продуктов и часто характеризует степень их готовности при переработке сырья. Она играет важную роль при производстве многих продуктов, так как активно влияет на технологические процессы - перемешивание, фильтрование, нагревание, экстрагирование и др.
Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться под воздействием постоянной нагрузки. Это свойство характерно для сыров, мороженого, коровьего масла, мармелада и др. В пищевых продуктах ползучесть проявляется очень быстро, с чем приходится считаться при их обработке и хранении.
Тиксотропия - способность некоторых дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она свойственна дисперсным системам и обнаружена у многих полуфабрикатов и продуктов пищевой промышленности.
Особое место среди структурно-механических свойств занимают поверхностные свойства, к которым относят адгезию, или липкость.
Адгезия характеризует усилие взаимодействия между поверхностями продукта и материала или тары, с которыми он соприкасается. Этот показатель тесно связан с пластичностью, вязкостью пищевых продуктов. Различают два вида адгезии: специфическую (собственно адгезия) и механическую. Первая является результатом сил сцепления между поверхностями материала. Вторая возникает при проникновении адгезива в поры материала и удержании его вследствие механического заклинивания.
Адгезия характерна для таких пищевых продуктов, как сыр, сливочное масло, мясной фарш, некоторые кондитерские изделия и др. Они прилипают к лезвию ножа при разрезании, к зубам при разжевывании.
Излишняя адгезия усложняет технологический процесс, при этом повышаются потери при переработке продукта. Это свойство пищевых продуктов учитывается при выборе способа их переработки, упаковочного материала и условий хранения.
Уплотненное макаронное тесто, поступающее к матрице, является упруго-пластичновязким материалом.
Упругость теста - это способность теста восстанавливать первоначальную форму после быстрого снятия нагрузки, проявляется при малых и кратковременных нагрузках.
Пластичность - это способность теста деформироваться. При длительных и значительных по величине нагрузках (выше так называемого предела упругости) макаронное тесто ведет себя как пластичный материал, т.е. после снятия нагрузки сохраняет приданную ему форму, деформируется. Именно это свойство позволяет формовать из теста сырые макаронные изделия определенного вида.
Вязкость - характеризуется величиной сил сцепления частиц между собой (сил когезии). Чем больше величина сил когезии теста, тем оно более вязкое (прочное), менее пластичное.
Пластичное тесто требует меньше энергии на формование, легче поддается формованию. При использовании металлических матриц из более пластичного теста получаются изделия с более гладкой поверхностью. С повышением пластичности тесто становится менее упругим, менее прочным, более липким, сильнее прилипает к рабочим поверхностям шнековой камеры и шнека, а сырые изделия из такого теста сильнее слипаются между собой, плохо сохраняют форму.
Реологические свойства уплотненного теста, т.е. соотношение его упругих, пластических и прочностных свойств, определяются следующими факторами.
С увеличением влажности теста увеличивается его пластичность и уменьшаются прочность и упругость.
С ростом температуры теста также наблюдается увеличение его пластичности и снижение прочности и упругости. Такая зависимость наблюдается и при температуре большей 62,5 °С, т.е. превышающей температуру клейстеризации пшеничного крахмала. Это объясняется тем, что макаронное тесто имеет недостаточное количество влаги, необходимой для полной клейстеризации крахмала при указанной температуре.
С увеличением содержания клейковины уменьшаются прочностные свойства теста и возрастает его пластичность. Наибольшей вязкостью (прочностью) тесто обладает при содержании в муке около 25 % сырой клейковины. При содержании сырой клейковины ниже 25 % с уменьшением пластических свойств теста уменьшается и его прочность. Липкая, сильно тянущаяся сырая клейковина увеличивает пластичность теста и значительно снижает его упругость и прочность.
С уменьшением размера частиц муки увеличивается прочность и уменьшается пластичность теста из нее: тесто из хлебопекарной муки более прочное, чем из полукрупки, а из полукрупки более прочное, чем из крупки. Оптимальное соотношение прочностных и пластических свойств характерно для частиц исходной муки размером от 250 до 350 мкм.
Тесто является полидисперсной коллоидной твердо – жидкой системой, обладающей одновременно упруго-эластичными и вязко-пластичными свойствами, на поверхности которой проявляются свойства адгезии.Физические свойства ржаного теста в значительной мере обусловливаются свойствами его весьма вязкой жидкой фазы. Для ржаного теста характерны высокая вязкость, пластичность и малая способность к растяжению, низкая упругость.
Вязкость ржаного теста меняется в процессе брожения (таблица 2.6).
Таблица 2.6 – Зависимость вязкости хлебопекарного теста (в кПа∙с) от продолжительности брожения и скорости сдвига
|
Скорость сдвига, с -1 |
Продолжительность брожения, мин |
||||
Как видно из таблицы 2.6, с увеличением скорости сдвига вязкость теста при любой продолжительности брожения уменьшается, что характерно для большинства тестовых масс. По мере увеличения времени брожения вязкость также уменьшается. Заметим, что при длительности брожения 120 и 150 мин при всех скоростях вязкость почти не различается.
2.1.2.3 Хлебопекарные свойства ржаной муки
Хлебопекарные свойства ржаной муки обусловлены следующими показателями:
газообразующей способностью;
силой муки;
цветом муки и способностью ее к потемнению;
крупностью помола.
Газообразующая способность муки. Газообразующая способность муки - это способность приготовленного из нее теста образовывать диоксид углерода.
При спиртовом брожении вызываемом в тесте дрожжами, сбраживаются содержащиеся в нем сахариды. Больше всего в процессе спиртового брожения образуется этилового спирта и диоксида углерода и поэтому именно по количеству этих продуктов можно судить об интенсивности спиртового брожения. Следовательно газообразующая способность муки характеризуется количеством диоксида углерода в мл, образующегося за 5 ч брожения теста, приготовленного из 100 г муки, 60 мл воды и 10 г дрожжей при температуре 30° С.
Газообразующая способность зависит от содержания собственных сахаров в муке и от сахарообразующей способности муки.
Собственные сахара муки (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза и др.) сбраживаются в самом начале процесса брожения. А для получения хлеба наилучшего качества необходимо иметь интенсивное брожение как при созревании теста, так и при окончательной расстойке и в первый период выпечки. Кроме того, для реакции меланоидинообаразования (образования окраски корки, вкуса и запаха хлеба) также необходимы моносахариды. Поэтому более важным является не содержание сахаров в муке, а ее способность образовывать сахара в процессе созревания теста.
Сахарообразующая способность муки - это способность приготовленной из нее водно-мучной смеси образовывать при установленной температуре и за определенный период времени то или иное количество мальтозы. Сахарообразующая способность муки обусловливается действием амилолитических ферментов на крахмал и зависит как от наличия и количества амилолитических ферментов (а- и β-амилаз) в муке, так и от атакуемости крахмала муки. В нормальном непроросшем зерне ржи содержится достаточно большое количество активной α-амилазы. При прорастании зерна активность α-амилазы во много раз возрастает. В ржаной муке β-амилаза примерно в 3 раза менее активна, чем в пшеничной, а α-амилаза активна более чем в 3 раза.
Все это приводит к тому, что мякиш ржаного хлеба всегда имеет повышенную прилипаемость, по сравнению с хлебом из пшеничной муки, пониженного качества. Это связано с тем, что активная α-амилаза легко гидролизует крахмал до значительного количества декстринов, которые, связывая влагу, уменьшают ее связь с белком и крахмальными зернами; большое количество воды находится в свободном состоянии. Наличие части свободной, не связанной крахмалом влаги будет делать мякиш хлеба влажноватым на ощупь.
Зная газообразующую способность муки можно предвидеть интенсивность брожения теста, ход окончательной расстойки и качество хлеба. Газообразуюшая способность муки влияет на окраску корки. Цвет корки обусловлен в значительной мере количеством несброженных сахаров перед выпечкой.
Сила муки . Сила муки - это способность муки образовывать тесто, обладающее после замеса и в ходе брожения и расстойки определенными структурно-механическими свойствами. По силе муку подразделяют на сильную, среднюю и слабую.
Сильная мука содержит много белковых веществ, дает большой выход сырой клейковины. Клейковина и тесто из сильной муки характеризуются высокой упругостью и низкой пластичностью. Белковые вещества сильной муки набухают при замесе теста относительно медленно, но в целом поглощают много воды. Протеолиз в тесте протекает медленно. Тесто отличается высокой газоудерживающей способностью, хлеб имеет правильную форму, большой объем, оптимальную по величине и структуре пористость. Следует отметить, что очень сильная мука дает хлеб меньшего объема. Клейковина и тесто такой муки излишне упруги и недостаточно растяжимы.
Слабая мука образует неэластичную, излишне растяжимую клейковину. Тесто из слабой муки вследствие интенсивного протеолиза имеет малую упругость, высокую пластичность, повышенную липкость. Сформованные тестовые заготовки в период расстойки расплываются. Готовым изделиям свойственны низкий объем, недостаточная пористость и расплывчатость (подовые изделия).
Средняя мука дает сырую клейковину и тесто с хорошими реологическими свойствами. Тесто и клейковина достаточно упруги и эластичны. Хлеб имеет форму и качество, отвечающие требованиям стандарта.
Цвет муки и ее способность к потемнению в процессе приготовления хлеба. Цвет мякиша связан с цветом муки. Из темной муки получится хлеб с темным мякишем. Однако светлая мука может в определенных случаях дать хлеб с темным мякишем. Поэтому для характеристики хлебопекарного достоинства муки имеет значение не только ее цвет, но и способность к потемнению.
Цвет муки в основном определяется цветом эндосперма зерна, из которого смолота мука, а также цветом и количеством в муке периферийных (отрубянистых) частиц зерна.
Способность же муки к потемнению в процессе переработки обусловливается содержанием в муке фенолов, свободного тирозина и активностью ферментов О-дифенолоксидазы и тирозиназы, катализирующих окисление фенолов и тирозина с образованием темноокрашенных меланинов.
Крупность частиц ржаной муки. Размеры частиц муки имеют большое значение в хлебопекарном производстве, влияя в значительной мере на скорость протекания в тесте биохимических и коллоидных процессов и вследствие этого на свойства теста, качество и выход хлеба.
Как недостаточное, так и чрезмерное измельчение муки, ухудшает ее хлебопекарные свойства: чрезмерно крупная мука даст хлеб недостаточного объема с грубой толстостенной пористостью мякиша и часто с бледно окрашенной коркой; хлеб из чрезмерно измельченной муки получается пониженного объема, с интенсивно окрашенной коркой, часто с темно окрашенным мякишем. Подовый хлеб из такой муки может быть расплывчатым.
Хлеб лучшего качества получается из муки с оптимальной крупностью частиц. Оптимум измельчения, по-видимому, должен быть различным для муки из зерна с разным количеством и особенно качеством клейковины.
Ниже рассмотрены структурно-механические (реологические) характеристики (вязкость эффективная h эф, вязкость пластическая h пл, модуль упругости E 1 , модуль эластичности E 2 , время релаксации напряжений t рел, 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, W т % | Эффективная вязкость, h эф, Па·с |
| Опара | Вязко-пластическое | 2,0 | ||
| Хлебопекарное из муки | ||||
| I сорта | – | 5,0 | 44,5 | 6,5·10 2 |
| II | – | 5,0 | 45,7 | 5,5·10 2 |
| Для болгарского хлеба | Шведова–Бингама | 2,0 | 42,6 | 8·10 2 |
| Для бубликов | То же | 0,5 | 33,5 | 3·10 5 |
| Для баранок сахарных | –‘’– | 0,3 | 31,6 | 2·10 6 |
| Для баранок ванильных | –‘’– | 0,5 | 31,8 | 8·10 5 |
| Для хрустящих хлебцев | - | 1,0 | 38,0 | 6·10 2 |
| Для лепешек | Упруго-вязко-пластическое | 2,0 | 41,0 | 1·10 4 |
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 + е а W b , (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, % | Модуль упругости, E | 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 | |
| K η | K E | |||
| 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 | 3,0·10 3 | 5,0·10 5 | 0,0015 | |||
| С сахаром: | |||||||
| 5% | 30,6 | 1,1·10 3 | 2,0·10 5 | 0,0030 | |||
| 10% | 5,1·10 2 | 8,8·10 4 | 0,0045 | ||||
| 20% | 30,3 | 2,7·10 2 | 2,7··10 4 | 0,0090 | |||
| 50% | 30,5 | 1,4·10 2 | 1,6·10 4 | 0,0045 | |||
| Контрольное | 30,6 | 3,6·10 3 | 6,2·10 5 | 0,0015 | |||
| С маргарином: | |||||||
| 5% | 30,3 | 1,9·10 3 | 2,9·10 5 | 0,0030 | |||
| 10% | 28,0 | 1,8·10 3 | 2,4·10 5 | 0,0030 | |||
| 20% | 28,0 | 1,5·10 3 | 1,8·10 5 | 0,0040 | |||
| 50% | 30,4 | 4,8·10 3 | 7,9·10 4 | 0,0045 | |||
| С 50% сахара | 20,8 | 5,7·10 3 | 4,3·10 4 | 0,0075 | |||
| С 50% маргарина | 20,4 | 4,9·10 3 | 2,8·10 5 | 0,0090 | |||
| С 50% сахара и 50% маргарина | 20,0 | 6,1·10 3 | 3,6·10 4 | 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, % | К Е, % | К η , % |
| 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, % | К Е, % | Градиент Е | К η , % | 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.
Оценка хлебопекарных свойств пшеничной муки. (1 часть)
Применяемый термин «сила» муки фактически является синонимом качества муки, ее физических свойств. Сильной считают муку, способную при замесе поглощать относительно большее количество воды и образовывать при этом тесто, устойчиво сохраняющее форму, не липнущее к рукам и машинам, не расплывающееся при разделке и выпечке. Из хорогшей пшеничной муки получается ароматный, вкусный, пышный хле(б правильной формы, покрытый гладкой блестящей зарумяненной коркой, с эластичным равномерно разрыхленным мелкопористым мякишем. Прогнозирование и обеспечение высокого качества хлеба возможны лишь при учете хлебопекарных достоинств муки, которые зависят от белко-допротеиназного и углеводно-амилазного комплексов муки. Под термином «белково-протеиназный комплекс» подразумевают белки муки (главным образом глиади:н и глютенин), протеолитические ферменты, гидролизующие их, а также активаторы и ингибиторы протеолиза. В понятие «углеводно-амилазный комплекс» включены сахар, крахмал и амилазы, гидролизующие его.
Белково-протеиназный комплекс. Белково-протеиназный комплекс, и прежде всего клейковина, является основным фактором, обусловливающим силу муки. Клейковина пшеничной муки представляет собой сильно гидратированный комплекс, состоящий в основном из белков глиадина и глютенина. Их соотношение, по данным В. С. Смирнова, в клейковине из муки высшего сорта находится в пределах от 1: 1,6 до 1:1,8. С увеличением выхода муки оно снижается и в клейковине из муки 2-го сорта составляет от 1:1,1 до 1:1,2. Оба эти белка гетерогенны, каждый состоит из нескольких фракций.
Глиадин имеет молекулярную массу от 27000 до 65000. Набухая в воде, он образует относительно жидкую сиропообразную массу, которая характеризуется липкой, вязкотекучей, сильно растяжимой и не упругой консистенцией.
Глютенина молекулы более крупные, их молекулярная масса составляет от сотни тысяч до нескольких миллионов. Гидратиро-ванный глютенин образует резиноподобную, короткорастяжимую массу с большим сопротивлением деформации, упругую и относительно жесткую.
Сырая клейковина сочетает в себе структурно-механические свойства этих белков и занимает как бы промежуточное положение: глютенин является основой, а глиадин - ее склеивающим началом.
В сырой клейковине доля воды составляет 64-70 %. Кроме воды, белки прочно удерживают небольшое количество крахмала, сахара, липидов, минеральных элементов. В клейковине небелковые вещества составляют (в % на сухое вещество): из муки высшего сорта-8-10; 1-го- 10-12; 2-го-16-22. Установлено, что липиды, углеводы и минеральные элементы находятся в клейковине в химически связанном состоянии - в виде лило- и гликопротеидов, а крахмал и оболочечные частицы удерживаются механически. Входящие в состав клейковины липиды оказывают влияние на ее свойства. Их действие объясняется тем, что ненасыщенные жирные кислоты, окисляясь и образуя перекиси и гидроперекиси, способствуют окислению сульфгидрильных групп - SH с образованием дисульфидных связей - S - S -, которые упрочняют внутримолекулярную структуру белка, делая ее более плотной. Дисульфидные связи образуются как внутри одной молекулы белка, так и между разными молекулами клейко-винных белков. Определенная часть липидов остается не связанной с белками и служит как бы смазкой между белковыми молекулами, придавая клейковине дополнительную эластичность.
Свойства клейковины и методы их определения регламентированы стандартом, которым нормируется количество клейковины. Содержание сырой клейковины должно быть (в % к массе муки, не менее): в крупчатке - 30, высшем сорте - 28, 1-м - 30, 2-м - 25, обойной - 20.
Качество клейковины характеризуется в основном органо-лептически по цвету и запаху, а также упругости, эластичности и растяжимости. У клейковины хорошего качества цвет белый с желтоватым или сероватым оттенком и слабый приятный мучной запах. Клейковина пониженного качества имеет серый цвет, иногда с коричневатым оттенком, и посторонний неприятный запах.
Клейковина хорошего качества упругая, связная, после деформации быстро восстанавливает первоначальную форму, к рукам не липнет. Плохая клейковина не упруга, прилипает к пальцам, консистенция у нее мажущаяся, иногда губчатая или крошливая.
Клейковина считается крепкой, если кусочек в 4 г растягивается менее чем на 10 см, средней растяжимости - от 11 до 16 и слабой - более чем на 16 см.
Стандартом клейковину делят на три группы по указанным выше показателям: I - хорошая упругость, длинная или средняя растяжимость; II - хорошая упругость и короткая растяжимость или удовлетворительная упругость, короткая, средняя или длинная растяжимость; III - слабая упругость, сильно тянущаяся, провисающая при растягивании, разрывающаяся на весу под собственной тяжестью, а также неупругая, плывущая, несвязная.
О качестве клейковины достаточно объективно может свидетельствовать еегидратационная способность. По данным Г. Н. Прониной, она колеблется (в % к сырой клейковине): у муки высшего сорта - от 175 до 188, 1-го - от 172 до 197 и 2-го - от 166 до 186.
Определение сухой клейковины (в % к массе муки на сухое вещество) позволяет исключить влияние колебаний влажности муки и гидратационной способности клейковины, поэтому характеризует муку более объективно и теснее коррелирует с содержанием белка. Содержание сухой клейковины (в %): в муке высшего сорта - 9,4-10,ЗГ 1-го - 10,2-12,7; 2-го - 8,7-11,7.
Выпечка шарика из 2 г клейковины позволяет в определенной степени прогнозировать объемный выход хлеба. Шарик из клейковины хорошего качества имеет объем 4,5-5,5 см 3 , а отношение его высоты к диаметру равно 1,1 -1,2.
Расплываемость шарика из 10 г сырой клейковины, определяемая при температуре 30 °С, за один, два и три часа расстойки достаточно объективно отражает качество и косвенно свидетельствует об активности протеолитических ферментов. Диаметр шариков (полусумма двух перпендикулярных замеров) клейковины среднего качества примерно равен (в мм): в начале определения - около 30; через 1 ч - от 40 до 50; через 2 ч - от 50 до 55; через 3 ч - от 55 до бО.
Характеристика качества клейковины может быть проведена с помощью приборов, наиболее распространенным является измеритель деформации клейковины ИДК-1, в котором на шарик клейковины массой 4 г в течение 30 с действует сила Р = 1,18 Н. Чем глубже пуансон прибора погружается в клейковину, тем она слабее. И. М. Ройтер приводит следующую градацию качества клейковины (Н деф - критерии качества в единицах прибора): сильная - 60-70, средняя - 71-80, удовлетворительная - 81 -100, слабая - более 100. Если результат, полученный на ИДК-1, умножить на 0,2, то получают растяжимость клейковины в сантиметрах.
Таким образом, изучение качества клейковины стандартными и дополнительными методами позволяет достаточно объективно и разносторонне характеризовать ее свойства. Однако на процесс отмывания клейковины влияет множество факторов, в том числе температура и жесткость воды, длительность отмывания, количество израсходованной при этом воды и др. Кроме того, клейко-винные белки выделены из природной среды, и поэтому их свойства не полностью совпадают с поведением их в тесте. Поэтому, хотя изучать клейковину несколько быстрее и проще, но определение силы муки по свойствам теста дает более надежные результаты.
Протеолитические ферменты являются вторым компонентом белково-протеиназного комплекса; в здоровом зерне пшеницы они имеют сравнительно невысокую активность. Однако в дефектном зерне и муке из него она резко возрастает. Протеазы, воздействуя на клейковину, снижают ее упругость, увеличивают текучесть. Протеолиз не всегда сопровождается образованием свободных аминокислот, т. е. разрушением первичной структуры белка. В начальной стадии протеолиз воздействует на третичную и четвертичную структуры белковой молекулы, вызывая ее дезагрегацию, образование полипептидов.
Ингибируют (замедляют) протеолиз окислители, способные окислять сульфгидрильные группы до дисульфидных.
Активаторами протеолиза являются восстановители, разрушающие дисульфидные мостики между молекулами белка и тем самым ослабляющие клейковину. В муке и дрожжах, особенно старых, присутствует трипептид глютатион, обладающий сильным восстановительным действием. Таким же свойством обладает аминокислота цистеин. Специальные исследования активности протеолитических ферментов при оценке муки не производят. Об их деятельности судят по качеству клейковины и структурно-механическим свойствам теста.
Характеристика «силы» муки по структурно-механическим (реологическим) свойствам теста. Тесто является оводненным коллоидным комплексом - полидисперсоидом. Оно обладает определенной внутренней структурой и своеобразными непрерывно изменяющимися структурно-механическими свойствами. Методы, позволяющие дать их характеристику, одновременно характеризуют «силу» муки.
Определение «силы» муки по расплываемости шарика бездрожжевого теста предложено проф. Л. Я- Ауэрманом. По этому методу замешивают тесто с влажностью 46,3 %; 100 г теста закатывают в шарик и выдерживают один, два и три часа, учитывая не только свойства клейковины, но и суммарное влияние белковых веществ, протеолитических ферментов и некрахмальных полисахаридов на реологические свойства теста. За 3 ч отлежки диаметр шарика теста из сильной муки увеличивается не более чем до 83 мм, средней - до 97, слабой - более 97 мм.
Определение, «силы» муки по консистенции теста проводят консистометром (пенетрометром). При этом исследуют структурно-механические свойства теста, по которым судят об активности протеолитических ферментов, вызывающих дезагрегацию клейковины и снижение ее упругости. Для испытания замешивают тесто постоянной для каждого сорта муки влажности. Выдерживают его в термостате при температуре 35 °С в течение 60, 120 и 180 мин (Ко, Keo, Кi20 и Kieo) и определяют глубину продавлива-ния теста пуансоном под действием силы Р = 50 г (0,49 Н). Чем глубже пуансон погружается в тесто, тем слабее мука и тем больше значение К в условных единицах прибора. Так, в муке 1-го сорта хорошего качества Ко не превышает 100, Кбо - до 120, Ki20 -до 150 и Kieo - до 180.
Loading...