Реоферментометр Структурно-механические (реологические) характеристики теста для различных хлебобулочных изделий

Ниже рассмотрены структурно-механические (реологические) характеристики (вязкость эффективная _эф, вязкость пластическая _пл , модуль упругости E₁, модуль эластичности E₂, 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, Wт%	Эффективная вязкость, эф, Па·с
Опара	Вязко-пластическое	2,0	62	12
Хлебопекарное из муки
I сорта	–	5,0	44,5	6,5·102
II	–	5,0	45,7	5,5·102
Для болгарского хлеба	Шведова–Бингама	2,0	42,6	8·102
Для бубликов	То же	0,5	33,5	3·105
Для баранок сахарных	–‘’–	0,3	31,6	2·106
Для баранок ванильных	–‘’–	0,5	31,8	8·105
Для хрустящих хлебцев	—	1,0	38,0	6·102
Для лепешек	Упруго-вязко-пластическое	2,0	41,0	1·104

Вязкость мучного теста находится в диапазоне от 0,5 до 2000 кПа·с при влажности от 17,0 до 45,7%. Различные виды теста относятся к разным классам реологических тел, что вызывает необходимость выбирать в каждом случае соответствующее расчетное уравнение при описании течения данного вида теста в технологических машинах.

Тесто бездрожжевое

При выработке тестовых полуфабрикатов вафель используют жидкое тесто, отличающееся от обычного хлебопекарного отсутствием дрожжей и наличием большого количества сахара и молока.

Исследования ( ) проводили на реконструированном вискозиметре

РВ-8 при следующих параметрах: скорость сдвига 0-9 с−¹, влажность теста 31,8 - 44,3%, температура теста 15 - 40ºC.

Полученные зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига характерны для большинства видов мучного теста. Повышение влажности и температуры приводит к снижению вязкости.

Нелинейность полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что исследованное тесто обладает аномальной вязкостью и является неньютоновской жидкость. При скоростях сдвига до 6 с−¹ эта зависимость описывается степенным законом, выше указанного значения – линейным. Обработка экспериментальных данных позволила получить уравнение, описывающее зависимость вязкости от скорости сдвига, влажности и температуры,

108.8-3.9850.25І+1.13T-0.032TІ-4.043W+0.0359WІ. (1)

Уравнение (1) справедливо для следующих интервалов изменения аргументов: 0,5 с ^–1 7,0 с^ 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:

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, %	Пластическая вязкость, η·10–5, Па·с	Модуль упругости, E·10–3, Па ???Пересчитать цифры	Время релаксации напряжения, η/E, с
		через 30 мин
Проход через сито 43	43/39,5	4,2/9,1	7,0/6,9	60/132
Проход через сито 38	38/39,3	3,2/8,4	3,5/4,7	91/179
Проход через сито 25	25/38,1	3,0/6,8	3,3/4,3	91/157
Сход с сита	25/37,5	2,6/6,4	2,9/4,0
Установлена обратная зависимость вязкости и модулей сдвига теста от размера частиц муки. Эта закономерность частично зависит от увеличения содержания белков клейковины с понижением размера частиц муки.

Правая часть таблицы 6.2

Пластическая вязкость, η·10–5, Па·с	Модуль упругости, E·10–3, Па ???Пересчитать цифры	Время релаксации напряжения, η/E, с	Коэффициенты разжижения
			Kη	KE
через 3 ч
2,6/6,2	4,2/6,5	62/95	38/32	40/6
2,4/4,4	3,3/3,9	73/13	25/47	6/17
2,2/3,1	3,2/3,15	71/91	27/53	7/19
1,6/2,9	2,1/3,2	76/91	39/51	28/20

Таблица 6.20. Структурно-механические свойства сдобного теста с различным содержанием сахара и жира (при 20 °C)

Тесто	Влажность, %	Е, Па	η, Οа·с	η/E, с	П, %	Э, %	D, с–1
Контрольное	30,2	3,0·103	5,0·105	167	52	65	0,0015
С сахаром:
5%	30,6	1,1·103	2,0·105	175	52	68	0,0030
10%	302	5,1·102	8,8·104	174	51	69	0,0045
20%	30,3	2,7·102	2,7··104	100	55	72	0,0090
50%	30,5	1,4·102	1,6·104	117	51	66	0,0045
Контрольное	30,6	3,6·103	6,2·105	172	51	65	0,0015
С маргарином:
5%	30,3	1,9·103	2,9·105	154	68	68	0,0030
10%	28,0	1,8·103	2,4·105	133	63	63	0,0030
20%	28,0	1,5·103	1,8·105	120	65	65	0,0040
50%	30,4	4,8·103	7,9·104	17	57	57	0,0045
С 50% сахара	20,8	5,7·103	4,3·104	75	70	70	0,0075
С 50% маргарина	20,4	4,9·103	2,8·105	56	60	60	0,0090
С 50% сахара и 50% маргарина	20,0	6,1·103	3,6·104	60	67	67	0,0030

Влияние добавок сахара и жира на механические свойства мучного теста зависит от его влажности. Значительные добавки в пшеничное тесто из сортовой муки белковых соединений, сахаров и жиров существенно изменяют его структурно-механические характеристики. Добавлением от 5 до 50% сахара к муке достигается пластификация структуры пшеничного теста — понижение величин модулей сдвига и вязкости; наблюдается эластификация теста в виде более значительного снижения модулей.

Таблица 6.21. Структурно-механические характеристики не бродящего и бродящего теста из муки I сорта с добавлением сахаров

Номер образца	Образцы теста	Влажность, %	Е·10–2, Па	η·10–4, Па·с	η/E, с	П, %	Э, %	КЕ, %	Кη, %
Не бродящее тесто
1	Без добавок	44,0	8,5/3,5	5,9/1,9	69/53	72/78	74/82	59	68
2	С 5% сахарозы	43,7	4,7/2,4	3,5/1,6	74/62	71/74	77/82	49	54
	С 5% глюкозы	44,0	5,4/2,8	4,0/2,0	74/68	71/72	73/77	48	50
3	С 10% сахарозы	43,3	3,3/1,7	2,7/1,3	84/74	73/71	77/82	49	52
	С 10% глюкозы	44,1	3,1/1,6	3,1/1,8	99/108	64/62	91/76	48	42
4	С 15% сахарозы	43,4	1,5/1,0	1,5/1,3	100/130	67/55	85/78	34	13
	С 15% глюкозы	43,5	1,9/1,2	2,5/1,6	140/140	58/55	76/77	37	37
5	С 20% сахарозы	43,0	1,0/0,6	1,3/1,1	130/180	58/52	75/76	40	15
	С 20% глюкозы	43,0	1,0/0,9	1,5/1,7	145/180	53/48	64/67	10	11
Бродящее тесто
6	Без добавок	44,2	6,0/2,9	5,4/6,2	90/214	67/45	64/65	52	–12
	С 5% сахарозы	44,0	3,5/1,6	3,2/4,4	92/277	66/42	67/67	55	–38
	С 10% »	43,8	1,8/1,4	1,7/2,9	100/207	65/46	59/60	22	–71
	С 15 »	44,0	0,9/0,8	0,8/1,4	96/178	65/50	67/63	11	–75
	С 20 »	44,1	0,2/0,25	0,25/0,37	125/135	59/56	74/74	–25	–48

Структура не бродящего теста без добавки сахаров вследствие увеличенного содержания водорастворимых соединений имеет повышенную пластичность, разжижается. Тесто с выдержкой 2 часа имеет низкую вязкость теста, увеличивается его относительная эластичность. Добавление в тесто 5–20% сахаров значительно понижает его вязкость и еще более заметно модули сдвига: относительная эластичность увеличивается, а пластичность понижается; с увеличением дозировки сахара указанное влияние возрастает. Влияние добавок сахаров на структуру небродящего теста, выдержанного 2 часа, аналогично их влиянию на структуру без выдержки. Одновременно добавки сахара постепенно изменяют характер влияния продолжительности выдержки теста на его упруго-эластичные, пластично-вязкие свойства.

Таблица 6.22. Влияние на структурно-механические характеристики теста из муки I сорта совместной добавки сахара и жира

Вариант опыта	Образец	Влажность, %	Е·10–2, Па	η·10–4, Па·с	η/E, с	П, %	Э, %	КЕ, %	Градиент Е	Кη, %	Градиент η
Небродящее тесто
1	Контрольный	43,6	10/4·1	6,8/2,8	68/68	73/73	73/82	59	—	59	—
2	С 5% сахара и 2,5% жира	43,3	5,2/2,7	4,0/1,5	76/55	71/77	80/80	48	0,2	65	0,2
3	С 10% сахара и 5% жира	44,3	1,7/1,4	1,6/0,7	94/45	66/78	76/68	18	0,2	77	0,1
4	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	50	0,1
Бродящее тесто
1	Контрольный	43,8	8,2/4,5	7,4/11,0	91/240	67/44	70/75	45	—	–15	—
2	С 5% сахара и 2,5% жира	43,8	3,0/2,0	3,6/4,1	120/209	60/47	75/76	33	0,3	–11	0,9
3	С 10% сахара и 5% жира	44,7	1,3/0,8	1,3/2,0	100/250	64/42	70/67	38	0,3	–15	0,6
4	С 20% сахара и 10% жира	44,2	0,3/0,25	0,4/0,5	133/200	63/51	74/77	17	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.