РЕОЛОГИЧЕСКИЙ И ТЕКСТУРНЫЙ ПРОФИЛИ МЯКИША ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗАТОРА ТЕКСТУРЫ (ТЕКСТУРОАНАЛИЗАТОРА) “СТРУКТУРОМЕТР СТ-2”

ЧЕРНЫХ В.Я.

Московский государственный университет пищевых производств

     Важнейшей ежедневной задачей стоящей перед хлебопекарными предприятиями является получение хлебобулочных изделий с определенными показателями текстуры. Главными направлениями в решении данной задачи являются: корректировка технологических свойств сырья с учетом рецептуры изделий, направленное формирование реологических свойств теста при протекании операции его замеса, управление биотехнологическими свойствами теста при созревании, управление режимами формования тестовых заготовок и их гидротермической обработкой при окончательной расстойке и выпечке.

     Для формацизации отдельных технологических операций процесса производства хлебобулочных изделий необходимо иметь современные методы определения показателей их качества, которые адекватно отражают влияние того или иного технологического фактора на процесс производства различных видов изделий.

     Оценка качества хлебобулочных изделий в соответствии с требованиями ГОСТов и ТУ осуществляется по органолептическим и физико-химическим показателям, количество и значения которых определяются видом хлебобулочных изделий.

    При органолептической оценке качества хлебобулочных изделий определяются показатели, характеризующие:

•  внешний (товарный) вид изделий – форма, поверхность, цвет;
•  состояние мякиша – пропеченность, промес, пористость, а также дополнительно для сдобных и диетических изделий – эластичность, свежесть.
•  внутреннее состояние структуры – пропеченность, промес, разрыхленность, хрупкость, количество лома и крошки (для хлебобулочных изделий с влажностью менее 19%), а также дополнительно для сухарных изделий - количество горбушек и изделий уменьшенного размера;
•  вкус и запах.

     Из физико-химических показателей качества хлебобулочных изделий определяются:

•  влажность и титруемая кислотность (для всех групп изделий);
•  пористость (для хлеба из пшеничной и ржаной муки и их смеси и для отдельных видов булочных и сдобных изделий);
•  содержание сахара и жира в пересчете на сухое вещество (для хлебобулочных изделий, в рецептуру которых входит сдоба);
•  массовая доля начинки, % к массе изделия (для сдобных изделий с начинками);
•  набухаемость (намокаемость) (для сухарных, бараночных и других изделий с влажностью менее 19%);
•  содержание соли, йода, сорбита, белковых и других веществ (для диетических изделий, в частности соли - для бессолевых хлебобулочных изделий).

     Для оценки качества хлебобулочных изделий также применяется комплексный показатель (текстура), который включает в себя свойства продукта, определяемые человеком органолептически при:

•  прикосновении;
•  откусывании;
•  разжевывании;
•  проглатывании.

     При прикосновении или надавливании определяются деформационные характеристики – общая, упругая и пластическая деформации.

    При откусывании оцениваются прочностные характеристики – усилие нагружения, твердость, прочность, хрупкость.

    При разжевывании определяются характеристики деструкции продукта – усилие нагружения при разжевывании, твердость, прочность, хрупкость и параметры структурирования разжевываемой пищевой массы – набухаемость, липкость, комкуемость.

    При проглатывании определяются реологические характеристики полученной пищевой массы при разжевывании – пластичность, усилие нагружения при проглатывании, время релаксации мышц гортани. Параметры текстуры готовых хлебобулочных изделий могут определяться с помощью инструментальных методов, например с использованием следующих приборов: «Структурометр СТ-2» (ООО “Лаборатория качества” – Россия); «Структурометр СТ-1М» (НПФ «Радиус» - Россия), Текстуроанализатор QTS-25 (Brookfield engineering laboratories – США), Текстуроанализатор ТА.ХТ plus (SMS – Англия), Текстуроанализатор FTS 5542 model (Instron – США).

     Данные приборы позволяют исследовать кинетику и динамику реологического поведения мякиша хлебобулочного изделия при различных скоростях его деформирования или нагружения, по измеряемым условным и классическим реологическим характеристикам: общая, упругая и пластическая деформации, работа пластической деформации, модуль упругости, предельное напряжение сдвига, вязкость, время релаксации напряжений и др.

     Существует международный стандарт (ААСС 74-09) для определения степени черствости хлебобулочных изделий, который предусматривает определение усилия нагружения (CFV- compressive force value) индентора - цилиндра диаметром 36мм (Cylinder Probe Р/36R - с округленной кромкой) при его внедрении в ломоть хлеба толщиной 25 мм на глубину 6,25мм (25% от толщины ломтя хлеба) при следующем режиме: Fк – усилие касания индентором ломтя хлеба (5г); Vд – скорость деформации мякиша или скорость внедрения индентора (1,7мм/с); hв – глубина внедрения индентора или величина общей деформации мякиша (6,25мм). Реверсивное движение индентора осуществляется со скоростью 10мм/с.

    Данная методика не раскрывает в полном объеме реологического поведения мякиша хлеба, поэтому целью данной работы является разработка современного инструментального метода определения текстурного профиля мякиша хлебобулочных изделий.

    Для реализации поставленной цели была использована информационно-измерительная система, созданная на базе анализатора текстуры (текстуроанализатора) «Структурометр СТ-2» (см. рис.1).

Рис.1 Информационно-измерительная система на базе анализатора текстуры (текстуроанализатора) «Структурометр СТ-2» для определения реологических характеристик мякиша хлеба

Алгоритм определения параметров текстурного профиля заключается в следующем:

•  отрезается ломоть хлеба толщиной 25 мм или два ломтя - толщиной 12,5 мм, которые накладываются один на другой, затем с помощью пробника из центральной части полученного ломтя вырезается проба мякиша цилиндрической формы с размерами: диаметр – dц=36мм; высота hц=25мм;
•  проба мякиша вставляется в кольцо и устанавливается на столик прибора «Структурометр СТ-2» под предварительно закрепленном в тензобалке прибора индентором - Cylinder Probe Р/36R;
•  устанавливаются следующие параметры анализа: Fк = 5г; Vд = 1,7мм/с; Fн = 5000г и снимается диаграмма нагружения (реологический профиль) мякиша хлеба (рис.2) – кривая с точками «О»; «A»; «B»; «C»; «D»;
•  проводится математическая обработка полученного реологического профиля и устанавливаются координаты точки «А», до которой мякиш ведет себя как абсолютно упругое тело, координаты точки «В», до которой мякиш проявляет упруго-пластичные свойства и координаты точки «С», до которой наблюдается вязкое течение мякиша, координаты точки «D» соответствуют величине конечного нагружения мякиша хлеба;

Рис.2 Изменение усилия нагружения мякиша хлеба (реологический профиль) в зависимости от величины его деформации

• по полученному реологическому профилю пробы мякиша хлеба определяется усилие нагружения Fн = !, соответствующее точке «В» (рис.2), после которого наблюдается вязкое течение анализируемой пробы;
• готовится вторая проба мякиша хлеба и вставляется в кольцо и устанавливается на столик прибора «Структурометр СТ-2» под предварительно закрепленном в тензобалке прибора индентором - Cylinder Probe Р/36R;
• устанавливаются следующие параметры анализа: Fк = 5г; Vд = 1,7мм/с; Fн = ! и снимается диаграмма нагружения мякиша хлеба (рис.3), из которой определяются: (hобщ) - общая; (hуп) - упругая и (hпл) - пластическая деформации (мм) и рассчитываются удельная работа (Ауд) пластической деформации (Дж*см3 /г) и модуль упругости (Е) мякиша (Па);

Рис. 3 Реологический профиль мякиша хлеба получаемый при его нагружении до Fн = !

•  готовится третья проба мякиша хлеба, вставляется в кольцо и устанавливается на столик прибора «Структурометр СТ-2» под предварительно закрепленном в тензобалке прибора индентором - Cylinder Probe Р/36R;
•  устанавливаются следующие параметры анализа: Fк = 5г; Vд = 1,7мм/с; Fн = !. При достижении заданного усилия нагружения тензобалка прибора останавливается, т.е. фиксируется положение индентора и далее снимается усилие нагружения, которое характеризует релаксацию напряжений в мякише хлеба (рис.4);
•  определяется вид математической модели участка кривой (рис.4), который характеризует релаксацию напряжений (рис.5) и устанавливаются численные значения параметров реологического поведения мякиша хлеба на данном участке - модулей упругости (Е1, Е2, Е3) и коэффициентов эффективной вязкости (η1; η2) и строится механическая модель мякиша хлеба (рис.6).

Рис. 4. Изменение усилия нагружения во времени до достижения Fн = ! и после фиксации индентора.

Рис. 5. Релаксация напряжений в мякише хлеба

Рис.6. Механическая модель мякиша хлеба

•  готовится ломоть хлеба и укладывается на столик прибора под индентором имеющим форму конуса с углом при вершине 60º и устанавливаются следующие параметры анализа: Fк = 5г; Vд = 1,7мм/с; hвн = 7мм. При достижении заданного внедрения (7мм) конуса в мякиш ломтя хлеба тензобалка прибора останавливается, т.е. фиксируется положение индентора и далее снимается усилие нагружения, которое характеризует релаксацию напряжений в мякише хлеба (рис.7);
•  определяется предельное напряжение сдвига σсд = к · Fн / hвн2 , при этом глубина внедрения конуса берется фактическая hвн (она будет больше чем 7мм) и усилие нагружение «Fн» берется то, которое останется после релаксации напряжений. Коэффициент «к» - константа конуса, например, для угла 60º равняется «0,41»;

Рис.7 Изменение усилия нагружения во времени, при фиксации индентора конической формы после его внедрения на определенную глубину мякиша хлеба

•  готовится ломоть хлеба, толщиной 12,5мм и из его центральной части готовится проба мякиша - вырезается полоска с размерами: «l» - длина (50мм); «b» - ширина (30мм) и «d» - толщина (12,5мм);
•  проба мякиша помещается в индентор – челюсть и определяется его прочность при откусывании (при этом режим нагружения устанавливается следующий: Fк = 5г; Vн = 10г/с; hвн = 7мм).

После определения все реологические характеристики мякиша хлеба сводятся в таблицу, которая и является текстурным профилем данного вида хлебобулочного изделия (см. таблицу 1 на примере батона нарезного).

Таким образом, на кафедре технологий хлебопекарного и макаронного производств МГУПП был разработан комплексный инструментальный метод определения показателей текстуры мякиша хлебобулочных изделий.