УДК 664.66.03

РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОНТРОЛЯ НАМОКАЕМОСТИ

МЯКИША ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Черных В.Я¹., Кононенко В.В²., Максимов А.С³.

¹ФГАНУ «Научно-исследовательский институт хлебопекарной промышленности» (ФГАНУ НИИХП), Россия,107553, г. Москва, ул. Большая Черкизовская, д. 26а.
E-mail: polybiotest@rambler.ru;

² ФГБУН «Институт биологического приборостроения с опытным производством РАН» (ИБП РАН), Россия,142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская, д. 7.
 E-mail: ibp@ibp-ran.ru;

³ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» (ФГБОУ ВО МГУПП), Россия, 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.
E-mail: maksimov@mgupp.ru;

    Введение. Хлеб и булочные изделия относятся к продуктам с ограниченными сроками хранения, в среднем в пределах 72 ч. После выпечки хлеба на начальном этапе идут процессы остывания и усыхания хлеба. При достижении температуры в центре мякиша в пределах 28-30°С хлеб подается на упаковку, которая на начальном этапе замедляет процесс усушки, а далее замедляет процесс черствения, обусловленный ретроградацией крахмала (переходом его из аморфного состояния в кристаллическое) [1].

    Потребитель при определении степени свежести или черствости  хлебобулочных изделий осуществляет органолептически комплексную оценку реологического поведения мякиша (его текстуры) при: надавливании; откусывании; разжевывании и проглатывании. При надавливании оцениваются: твердость и эластичность мякиша; при откусывании – твердость, прочность и хрупкость (для отдельных видов хлебобулочных изделий); при разжевывании определяются характеристики деструкции продукта – твердость, прочность, хрупкость и структурирования разжевываемой массы – намокаемость, липкость, комкуемость; при проглатывании оценивается реологическое поведение полученной пищевой массы после разжевывания – пластичность, упругое последействие после проглатывания [1].

    При определении показателей текстуры различных пищевых продуктов применяются объективные инструментальные методы контроля с использованием приборов пенетрометров и текстуроанализаторов [2,4]. Например, в существующем международном стандарте ААСС 74-09 для определения степени черствости хлебобулочных изделий используется показатель твердости, устанавливаемый по максимальному усилию нагружения, возникающем на цилиндрическом инденторе при его внедрении в ломоть хлеба на определенную глубину и измеряемый с помощью прибора-текстуроанализатора [3].

    Одним из важнейших показателей текстуры мякиша является показатель намокаемости [5,6], который позволяет оценивать состояние капилярно-пористой структуры по её гидратационным свойствам в процессе черствения, обусловленным изменением структуры крахмала и белковых веществ.

    Поэтому, для хлебопекарной промышленности Российской Федерации актуальной задачей является разработка объективных методов контроля показателей текстуры мякиша, особенно на стадии разработки новых видов хлебобулочных изделий, в первую очередь специализированных видов, что позволит решать задачи как при формировании требований к показателям их текстуры на стадии стандартизации продукции, так и при выявлении нарушений технологии процесса производства или  фальсификации хлебобулочных изделий, поставляемых потребителю.

    Целью настоящей работы является разработка объективного инструментального метода контроля показателей текстуры батона Нарезного – показателей намокаемости мякиша и использование их для оценки степени черствости с помощью отечественного прибора-текстуроанализатора.

    Объекты и методы исследования. Для разработки метода использовали булочные изделия – батон Нарезной из пшеничной муки высшего сорта, массой 0,42 кг, показатели качества которого соответствовали требованиям ГОСТ 27844-88 «Булочные изделия. Технические условия», а также прибор-текстуроанализатор «Структурометр СТ-2» и индентор «Корзинка 130» (см. рис.1).

    Для проведения работы от партии булочных изделий – батонов Нарезных были отобраны 10 изделий, продолжительность хранения которых после выпечки составляла 5ч, первые два батона сразу были использованы для проведения экспериментов, а остальные после упаковки были помещены на хранение и затем ежедневно в течение 4 дней отбирались также по два  батона и эксперименты повторялись.

    Предварительно на начальном этапе была отработана методика подготовки пробы булочных изделий, которая заключается в следующем:

• от партии булочных изделий отбираются упакованные нарезанные или не нарезанные изделия в количестве 2 шт;
• нарезанные в производственных условиях, с помощью хлеборезательных машин, Нарезные батоны имеют толщину ломтей 12,5 мм; после распаковки из батона удаляются 2 центральных ломтя,  далее из двух ломтей справа и двух ломтей слева, от удаленных, готовятся по две пробы для анализа, для этого ломти попарно плашмя помещаются в индентор «Корзинка 130»;
• в результате от двух Нарезных батонов получается 4 пробы (восемь ломтей, толщиной 12,5 мм);
• не нарезанные изделия также распаковываются и разрезаются ножом пополам, далее каждая половина торцуется с помощью ломтерезки, а затем с её помощью от каждой половины отрезаются по два ломтя  толщиной 12,5мм, которые плашмя парами  также укладываются в индентор «Корзинка 130».

   Таким образом, из двух Нарезных батонов как в первом, так во втором случаях (независимо в каком они виде – нарезанные или не нарезанные) получается 4 пробы – восемь ломтей толщиной 12,5 мм.

    Далее была разработана методика определения показателей намокания ломтей (толщиной 12,5 мм), заключающаяся в контроле динамики усилия нагружения на инденторе «Корзинка 130» при погружении её в воду с температурой 35-37°С и фиксировании её положения в погруженном состоянии в течение 300 с, с последующим извлечением в базовую точку над поверхностью жидкости. При этом усилие начального касания корзинки с водой составляет 2 г, корзинка опускается на глубину 4 мм, возврат в базовую точку осуществляется на высоту 20 мм.

       
Рисунок 1 – Информационно-измерительная система для определения
показателей намокаемости ломтей булочных изделий,
включающая прибор «Структурометр СТ-2» и индентор «Корзинка 130». 

 Таблица 1 – Комплектующие к прибору «Структурометр СТ-2» для определения показателей намокаемости.
 

    Проведение экспериментов и анализ результатов. Алгоритм определения показателей намокаемости мякиша батонов Нарезных состоит в следующем. Индентор «Корзинка 130» с двумя ломтями булочного изделия (см. рис. 2) с помощью основного держателя закрепляется в тензобалке прибора «Структурометр СТ-2».

Рис.2 – Ломти после нарезки и их расположение в инденторе «Корзинка 130»

     Под корзинкой устанавливается кастрюля с водой (диаметр кастрюли dк=215 мм; высота кастрюли hк=110 мм; объем жидкости Vж=3 л; высота наполнения hн=75-80 мм; температура воды tв=35-37°С).

    Далее нажимается кнопка «V» вниз, после чего тензобалка с корзинкой движется с малой скоростью и на расстоянии в пределах 5 мм от поверхности воды она останавливается при отпускании кнопки «V», затем калибруется тензодатчик с помощью эталонной гири – происходит обнуление массы корзины вместе с двумя ломтями изделия. После этого нажимается кнопка «СТАРТ», для реализации предварительно выбранного режима работы прибора (Методика 3н – см. табл. 2).

    Под корзинкой устанавливается кастрюля с водой (диаметр кастрюли dк=215 мм; высота кастрюли hк=110 мм; объем жидкости Vж=3 л; высота наполнения hн=75-80 мм; температура воды tв=35-37°С).

    Таблица №2 – Режим работы прибора «Структурометр СТ-2»
при определении показателей намокаемости мякиша булочных изделий.

На рис. 3 приведены диаграммы намокания ломтей булочных изделий – батонов Нарезных с разной продолжительностью хранения после выпечки

Рисунок 3 – Динамика усилия нагружения на инденторе «Корзинка 130» при определении
показателей намокаемости мякиша в зависимости от продолжительности хранения
батонов Нарезных после выпечки: 5 ч (а); +24 ч (б); +48 ч (в); +72 ч (г); +96 ч (д).

    Далее был проведен математический анализ кривых намокания, с целью возможности оценки степени черствости анализируемых булочных изделий при их хранении в течение 4 суток, а в дальнейшем с целью возможности прогноза продолжительности хранения или даты изготовления хлебобулочных изделий с неизвестной предисторией их производства.

    В качестве концептуальных ориентиров на кривых намокания мякиша (см. рис. 4) были взяты три точки усилия нагружения: (Fпогр, г); (Fст, г); и  (Fкон, г):

Рисунок 4 – Кривая намокания мякиша с концептуальными точками анализа: a; b; c; d.

• «Точка (a) – (Fпогр)» – отражает возникновение усилия поверхностного натяжения при соприкосновении корзинки с мякишем с поверхностью воды, после чего наблюдается впитывание мякишем влаги;
• «Точка (b) – (Fст)» – это насыщение мякиша водой, перед тем как исследуемый образец будет извлекаться из воды;
• «Точка (d) – (Fкон)» – отражает количество воды, содержащееся в структуре мякиша за исключением потери избытка воды под естественным влиянием гравитации при подъёме корзинки и устранения поверхностного натяжения в момент отрыва корзинки от поверхности воды и перемещения в базовую точку.

    Как видно из рис. 3 и 4 изменение усилия нагружения на тензобалке прибора, отражающего процесс намокания мякиша от точки (a) до точки (b) происходит по экспоненциальному закону, который описывается следующим уравнением (1):         При этом показатель λ рассматривается как показатель степени крутизны кривой или показатель скорости гидратации влаги при деструкции зерен крахмала и белковых молекул и проникновении в их структуры молекул воды и заполнения пор и капилляров влагой. С помощью коэффициентов этого уравнения предлагается рассчитывать критерий намокаемости мякиша – скорости намокания (Δн) по формуле (2):
    Таким образом, кроме коэффициентов уравнения (a) и (b) дополнительными показателями текстуры мякиша являются скорость гидратации влаги (λ) и критерий намокаемости мякиша (Δн), которые позволяют оценить степень черствости булочных изделий – батонов Нарезных.

    В табл. 3 приведены результаты математической обработки экспериментальных данных с использованием разработанной математической модели намокания мякиша.

Таблица 3 – Изменение показателей намокаемости мякиша в зависимости от продолжительности хранения
батонов Нарезных из пшеничной муки высшего сорта, массой 0,42 кг

    *Примечание: коэффициент намокания (к_н) рассчитывается как частное от деления конечного усилия нагружения (Fкон,г) на инденторе «Корзинка 130» после её извлечения из воды на массу двух исходных ломтей (Gл, г), которая устанавливается путем взвешивания их перед  помещением в корзинку и выражается в %.

    На рис. 5 показано изменение показателя скорости гидратации влаги (λ, с^-1) при намокании мякиша и коэффициента намокаемости мякиша (к_н , %) в зависимости от продолжительности хранения Батона нарезного.

Рисунок 5 – Изменение показателя λ (а) и коэффициента намокаемости мякиша к_н(б) в зависимости
от продолжительности хранения батона Нарезного после выпечки в течение: 5 ч (1); 29 ч (2); 53 ч (3); 77 ч (4) и 101 ч (5)

    Из рис. 5 видно, что показатель λ  монотонно увеличивается и это согласуется с крутизной кривых намокания (см. рис.3), а показатель  к_н монотонно уменьшается, что связано со снижением способности мякиша поглощать воду по причине протекания процесса черствения.

    Абсолютное значение скорости гидратации λ мякиша может быть использовано как критическая точка для оценки степени черствости хлебобулочного изделия и оно не должно превышать 0,055с^-1.

    При этом необходимо констатировать, что скорость намокания мякиша батона Нарезного в среднем уменьшается на 15г/сутки.

    Выводы. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработан метод контроля намокаемости мякиша хлебобулочных изделий, заключающийся в измерении и анализе динамики усилия нагружения на инденторе корзинка при её погружении с ломтями хлеба в емкость с водой на определенную глубину, на определенное время;
2. Разработан критерий скорости намокаемости мякиша хлеба с использованием установленного экспоненциального закона изменения усилия нагружения на инденторе корзинка в процессе намокания мякиша;
3. Установлено влияние продолжительности хранения батона Нарезного на изменение показателей намокаемости мякиша, отражающие степень черствости изделия, при этом интегральный показатель коэффициент намокаемости мякиша (к_н) уменьшился за 4 суток хранения с 409 до 350%;
4. При создании новых видов хлебобулочных изделий использование показателя λ поможет устанавливать критическую точку продолжительности хранения хлеба после выпечки, с учетом различных технологических факторов;
5. Использование базы данных динамики кривых намокания мякиша для конкретного вида хлеба позволит устанавливать срок хранения его при неизвестной дате изготовления. Показателем позволяющим установить продолжительность хранения хлеба является показатель скорости гидратации мякиша при намокании ломтей хлеба.

Литература

1. Ауэрман, Л.Я. Технология хлебопекарного производства. / Под общ. ред. Л.И.Пучковой. / Л.Я. Ауэрман. – СПб.: Профессия, 2002. – 414с.
2. Максимов А.С. Реология пищевых продуктов: лабораторный практикум: учебник [Текст] /А.С.Максимов, В.Я.Черных В.Я.. – СПб.; ГИОРД, 2006. – 176с.
3. Международный стандарт ААСС 74-09.01 (Американской ассоциации химиков зерна). Измерение текстуры хлеба с помощью универсального испытательного прибора. Утвержден 8 ноября 1995г.; повторно утвержден 3 ноября 1999г.
4. Пучкова Л.И. Лабораторный практикум по технологии хлебопекарного производства. – СПб.; ГИОРД, 2004. – 259с.
5. ГОСТ 32124-2013 Изделия хлебобулочные бараночные. Общие технические условия.
6. ГОСТ 10114-80 Изделия кондитерские мучные. Метод определения намокаемости.