РАЗРАБОТКА РЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БИСКВИТА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗАТОРА ТЕКСТУРЫ СТРУКТУРОМЕТР СТ-2

Черных В.Я., Максимов А.С., Лебедев А.В., Бориева Л.З.

     Современные требования к выпускаемым пищевым продуктам заключаются в необходимости обеспечения стабильности их качественных параметров. Это диктует необходимость внедрения в производство современных способов оперативного управления свойствами полуфабрикатов, обуславливающих качество выпускаемой продукции.

     Создание систем автоматизированного управления качеством пищевых продуктов включает в себя стадию выделения и описания технологических операций, реализующих те или иные способы обработки полуфабрикатов. Выделяемые операции, включающие технологическое оборудование и технические средства контроля и управления, объединяются затем в АСУТП при помощи координационных и информационных связей, структура и состав которых определяется исходя из концептуальных представлений и свойств полуфабриката и его трансформаций при обработке. Координационные связи определяются в основном выбранной технологией и ритмом функционирования поточной линии, а информационные – качественными изменениями в полуфабрикатах и готовых изделиях.

     В силу качественного изменения свойств полуфабриката, происходящего на поточной линии, и различий в характере обрабатывающих воздействий не всегда возможно найти общую систему характеристик, адекватно описывающих эти стороны производства в любой точке технологической цепи, а следовательно, построить строгую математическую модель всего процесса производства сразу. Математическое описание технологической цепочки производства пищевых продуктов представляет собой множество взаимодействующих математических моделей, каждая из которых целостна в пределах определенной технологической операции по некоторому объективному набору управляющих параметров.

     Математическое описание технологической цепочки производства пищевых продуктов представляет собой множество взаимодействующих математических моделей, каждая из которых целостна в пределах определенной технологической операции по некоторому объективному набору управляющих параметров. В математическом плане взаимодействие моделей может осуществляться либо при наличии общих характеристик, использующихся в двух и более моделях сразу, либо введением общих параметров, используемых в определении семейств функциональных зависимостей, связывающих переменные в различных моделях.

     Таким образом, степень взаимодействия и возможность построения обобщающей математической модели в любом случае определяется количеством общих характеристик.

     Наиболее важными параметрами производства пищевых продуктов являются интегральные характеристики. С математических позиций интегральная характеристика является функцией от всего множества базисных переменных состояния полуфабриката или готовой продукции. Физический смысл интегральности заключается в том, что такая характеристика является реакцией системы, в формировании которой участвовали все ее составные части.

     Такими интегральными характеристиками, отражающими состояние полуфабрикатов на качественном уровне для большинства технологических операций, если не для всех, являются реологические параметры.

     Управление качеством пищевых продуктов возможно при наличии разработанной математической модели, отражающей связи показателей реологических свойств полуфабрикатов с управляющими параметрами на каждой стадии технологического процесса.

     Рассмотрим подход к моделированию на примере производства мучных кондитерских изделий.

     Ассортимент вырабатываемых мучных кондитерских изделий в России достаточно обширен – это печенье, пряники, крекеры (галеты), торты, пирожные, кексы, вафли и др. Данные изделия занимают второе место по объему производства в кондитерской промышленности России. Благодаря высокому содержанию углеводов, жиров и белков мучные кондитерские изделия являются высококалорийными хорошо усваиваемыми пищевыми продуктами.

     Особое место среди перечисленных изделий занимает бисквит, являющийся основой для производства большого ассортимента тортов и пирожных. Готовый бисквит проходит различную обработку, с него снимают корочку, образовавшуюся в процессе выпечки, пластуют, пропитывают ликерами, вареньями, сиропами, далее прослаивают мармеладом, патом, смоквой, повидлом и т.д., а затем глазируют шоколадом, лимонной и апельсиновой глазурью, покрывают различными кремами и прочее.

     При значительных количествах существующих способов приготовления бисквита и его рецептур необходимо добиваться постоянства показателей текстуры готового бисквита используемого при производстве того или иного вида торта, обуславливающих стабильность его качества. Ведь именно стабильность производства и стабильность качества являются ключевыми факторами в завоевании конкурентного рынка.

     В большинстве случаев показатели качества бисквита определяются органолептически, несмотря на возрастающую необходимость в настоящее время иметь современные объективные методики оценки показателей его текстуры. Отсутствие современного комплексного метода оценки текстурного профиля бисквита затрудняет поиск технологических решений для управления качеством готовой продукции. Создание методов и средств объективного контроля качества пищевых продуктов обеспечивает в ряде случаев не только замену органолептических показателей, но и создает предпосылки для разработки автоматизированных систем управления технологическими операциями пищевых производств.

    Основными преимуществами инструментальных методов определения текстуры являются:

•  Точность и воспроизводимость результатов;
•  Быстрая обработка данных;
•  Возможность разработки новых методик;
•  Объективный контроль качества;
•  Возможность получения технологических критериев и математических моделей для управления различными стадиями процесса производства пищевых продуктов;
•  Сокращение времени и затрат на разработку новых пищевых продуктов.

     Несмотря на важность разработки объективных методов контроля те немногие приборы и методики для определения реологических характеристик сырья и готовых изделий, которые существуют в настоящее время, нашли применение лишь в исследовательских лабораториях, и на предприятиях кондитерской промышленности практически не используются. Это по нашему мнению обусловлено в основном недостатком методической базы.

    Поэтому целью настоящей работы является разработка реологической модели бисквита, позволяющей проводить комплексную оценку текстурного профиля бисквита и устанавливать его упругую и пластическую деформации, модуль упругости, вязкость, и т.д. как после выпечки, так и в процессе производства различных кондитерских изделий на его основе. Для этого были выбраны две пробы бисквита 1 и 2.

    Методика отрабатывалась с использованием созданного информационно-измерительного комплекса, включающего анализатор текстуры «Структурометр СТ-2» (рис.1) и персональный компьютер. Для определения реологических характеристик бисквита применялся индентор - Cylinder Probe Р/36R, используемый в международном стандарте «ААСС 74- 09» для оценки степени черствости хлебобулочных изделий.

     Подготовка образца сводилась к получению одной пробы мякиша бисквита толщиной 25мм или двух проб толщиной по 12,5мм, которые затем накладывали друг на друга.

     Разработанный алгоритм определения параметров текстурного профиля заключается в следующем:

•  после снятия диаграммы нагружения (рис. 2; 5) пробы мякиша бисквита 1 и 2 цилиндрическим индентором (Ø 36мм) определяются упругая (hуп) и пластическая деформации (hпл) (мм);
•  рассчитываются удельная работа (Ауд) пластической деформации (Дж*см3 /г) и модуль упругости (Е) мякиша (Па);
•  после снятия кривой релаксации напряжений (рис. 3;4;6;7) определяется вид её математической модели (формула 1; 2) и устанавливаются численные значения параметров реологического поведения мякиша бисквита - модулей упругости (Е1, Е2, Е3) и эффективной вязкости ( n1, n2) и строится механическая модель мякиша бисквита.

     При нагружении пробы мякиша бисквита возникающие в нем механические напряжения σ делятся на три части. Две части релаксируют, причем одна из них рассасывается практически мгновенно, период релаксации составляет 2-4с, а вторая - в течение достаточно длительного времени - 55-90с. Третья часть напряжения остается неизменной.

     Физический смысл компонентов математической модели заключается в том, что релаксирующая часть напряжений отражает податливость материала деформациям, т.е. его пластичность и эластичность. Остаточные напряжения отражают прочность бисквита.

      При органолептическом сравнении двух образцов бисквита было замечено, что первый образец имел более грубую структуру в отличие от второго. Проанализировав кривые изменения усилия нагружения в зависимости от величины деформации (рис. 2 и 5) можно оперативно судить о реологических свойствах образцов. Несмотря на то, что усилие нагружения у первого образца (270 г) было меньше чем у второго (410 г), структура пористости второго образца была более нежная и мягкая. На графике (рис. 5) это подтверждается тем, что ветви кривой более выпуклые. Это может объясняться особой «упаковкой» структурных компонентов изделия.

     После определения реологических характеристик пищевого продукта дается распечатка протокола проведенного исследования (см. таблица N1).

     Таким образом, данная методология контроля текстурного профиля бисквита позволит установить корреляционную взаимосвязь между параметрами текстуры, которые дегустаторы определяют органолептически и параметрами, контролируемыми с помощью предлагаемого инструментального метода.