Geum.ru

Управление формованием тестовых заготовок при производстве хлебобулочных изделий

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Научный руководитель
Ведущая организация
Общая характеристика работы
Цель и задачи исследований.
Научная новизна работы.
Практическая значимость.
Апробация работы.
Структура и объем работы.
Обзор литературы
Экспериментальая часть
Объекты и методы исследования
Значение показателей
Общие выводы
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Подобный материал:

На правах рукописи


Лебедев Александр Валерьевич


УПРАВЛЕНИЕ ФОРМОВАНИЕМ ТЕСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ


Специальность 05.18.01. - Технология обработки, хранения и

переработки злаковых, бобовых культур,

крупяных продуктов, плодоовощной

продукции и виноградарства


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва - 2007


Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Московский государственный университет пищевых производств»


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

. Черных Валерий Яковлевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дубцов Георгий Георгиевич

ГОУ ВПО Московский государственный

Университет пищевых производств

доктор технических наук, профессор

Еркинбаева Роза Канатбаевна,

Московский государственный

университет технологий и управления


Ведущая организация: Международная промышленная академия

Защита состоится «27» декабря 2007 г. в 1000 часов в ауд. _____ на

заседании Диссертационного Совета Д.212.148.03 в ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять Ученому секретарю Совета.


Автореферат разослан « » ноября 2007 г.


Ученый секретарь

Диссертационного Совета

к.т.н. Белявская И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей задачей стоящей перед хлебопекарной промышленностью России является получение хлебобулочных изделий с заранее заданными показателями качества. Главными направлениями в решении данной задачи являются: корректировка технологических свойств сырья с учетом рецептуры изделий, направленное формирование реологических свойств теста на стадии замеса, управление его биотехнологическими свойствами при созревании, управление режимами формования тестовых заготовок и их гидротермической обработки при окончательной расстойке и выпечке.

В отличие от технологических операций приготовления теста стадия формования тестовых заготовок исследована недостаточно глубоко. В частности мало изучены операции округления, вальцевания и закатки. В этой связи необходимо провести исследования целого комплекса физико-химических параметров, которые характеризуют реологическое поведение теста под действием механических нагрузок со стороны рабочих органов машин и агрегатов.

Изучению процессов, происходящих при формовании тестовых заготовок, посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей: Данилова В.Н., Зайцева Н.В., Ткаченко И.П., Мачихина Ю.А., Корячкина В.П., Кулажанова Т.К., Еркебаева М.Ж., Черных В.Я., Каблихина С.И., Бурковской Н.А., и др.

Важным фактором, влияющим на стабильность качества готовой продукции, является правильный выбор режимов формования тестовых заготовок, с учетом их реологических характеристик до и после формования. В полуфабрикатах хлебопекарного производства присутствует разное соотношение упругой и пластической деформации, вследствие чего они требуют разной обработки с точки зрения интенсивности и количества сообщаемой механической энергии при формовании тестовых заготовок. Несмотря на достаточно высокий уровень механизации операций формования тестовых заготовок, в настоящее время отсутствуют информационно-управляющие системы округлительными и закаточными машинами.

Это связано с тем, что не до конца сформированы научные представления об изменении реологических свойств тестовых заготовок в процессе их формования. Поэтому разработка научно-практических основ управления операциями формования тестовых заготовок, а именно округлением, вальцеванием и закаткой на основе создания и применения современных методов и приборов для объективного контроля свойств тестовых заготовок и показателей текстуры готовых хлебобулочных изделий, обеспечивающих в ряде случаев замену органолептических показателей, является актуальной задачей для хлебопекарной промышленности России.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований явилась разработка теоретических и практических основ управления реологическими свойствами тестовых заготовок в процессе их формования.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:
  • разработка системы контроля реологических свойств тестовых заготовок в процессе их округления, вальцевания и закатки;
  • разработка системы контроля степени шероховатости поверхности тестовых заготовок после операций их формования;
  • разработка способа контроля реологических характеристик мякиша готовых хлебобулочных изделий и формирования его текстурного профиля;
  • исследование влияния технологических факторов на реологические свойства тестовых заготовок в процессе их округления и качество готовых хлебобулочных изделий;
  • исследование влияния технологических факторов на реологические свойства тестовых заготовок в процессе их вальцевания и качество готовых изделий;
  • оптимизация стадии формования тестовых заготовок при производстве хлебобулочных изделий из пшеничной муки;
  • апробация исследований в производственных условиях.

Научная новизна работы. На основе системного подхода проведены комплексные исследования операций формования тестовых заготовок с учетом реологических свойств теста формируемых на стадиях замеса и созревания.

Установлены динамика и кинетика изменения реологических свойств тестовых заготовок при их округлении, вальцевании и закатке.

Разработана реологическая модель пшеничного теста и установлено влияние режима формования тестовых заготовок на изменение показателей данной модели.

Установлен характер изменения количества механической энергии, затрачиваемой на формование тестовых заготовок в зависимости от различных технологических факторов.

Установлен механизм определения оптимального режима вальцевания принципиально различающихся объектов исследования - тесто для пшеничного хлеба и тесто для крекера, основанный на установлении критической точки изменения количества механической энергии затрачиваемой на вальцевание тестовых заготовок в зависимости от зазора между валками и частоты их вращения.

Разработана реологическая модель мякиша хлеба, установлен его текстурный профиль и показано влияние режимов формования тестовых заготовок на изменение показателей текстурного профиля.

Практическая значимость. Разработаны устройства для исследования операций округления вальцевания и закатки тестовых заготовок.

Разработана информационно-измерительная система контроля технологических операций формования тестовых заготовок.

Разработан способ определения реологических характеристик мякиша хлебобулочного изделия: общей, упругой и пластической деформаций, модулей упругости и коэффициентов эффективной вязкости, предельного напряжения сдвига, показателя прочности.

Разработан алгоритм оптимизации стадии формования тестовых заготовок, а именно операций их округления, вальцевания и закатки, основанный на определении критических точек изменения количества удельной механической энергии затрачиваемой на формирование структуры поверхностного слоя тестовых заготовок.

Разработано устройство для определения степени шероховатости тестовых заготовок после формования на базе прибора белизномера «Блик – Р3».

Проведены производственные испытания влияния продолжительности округления тестовых заготовок на качество батонов нарезных в условиях ЭКБК «Звездный» г.Москвы.

Разработана методика определения реологических характеристик мякиша хлебобулочных изделий с набором необходимых инденторов и приспособлений.

Апробация работы. Результаты исследований, выполненных автором, были представлены на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы производства и переработки сельскохозяйственной продукции в условиях рыночной экономики» (г. Алматы, 2-3 ноября 2006); на IV Всероссийской научно-технической выставке-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии: методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2006 г.); на третьей международной конференции «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий» (г. Москва, 5-7 декабря 2006 г); на V Всероссийской научно-технической выставке-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии: методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2007 г.).

По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 158 страницах основного текста, включает 69 рисунков и 20 таблиц. Список литературы включает 105 источников российских и зарубежных авторов.
  1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Освещены механизмы формирования реологических характеристик тестовых заготовок при их формовании, с учетом влияния различных технологических факторов. Обобщены и проанализированы основные виды технологического оборудования, используемого при формовании тестовых заготовок. Представлены существующие методы контроля технологических операций округления, вальцевания и закатки тестовых заготовок. Проанализированы способы управления реологическими свойствами тестовых заготовок при протекании операций их формования. В ходе анализа научно-технической литературы в данной области выявлена целесообразность и необходимость разработки системы управления операциями формования тестовых заготовок, основанной на контроле их реологических свойств в процессе округления, вальцевания и закатки.

  1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в лабораториях кафедры «Технологии хлебопекарного и макаронного производств» ГОУ ВПО «Московский Государственный Университет пищевых производств». Производственные испытания осуществляли в условиях ЭКБК «Звездный».
    1. Объекты и методы исследования

В работе использовали общепринятые и специальные методы оценки свойств сырья, полуфабрикатов и качества готовых изделий.

При проведении исследований использовали 3 пробы пшеничной муки высшего сорта, показатели качества которой представлены в таблице 1.


Таблица 1.

Показатели качества пшеничной муки высшего сорта,

применявшейся в работе

Наименование показателей

Значение показателей

Проба №1
Проба №2
Проба №3

Влажность, %
14,0
12,5
13,6

Кислотность, град
2,6
3,2
2,5

Содержание сырой клейковины, %
28
32
30

Общая деформация клейковины, ед.пр.ИДК
75
75
63

Белизна муки, ед. прибора Блик-Р3
54
55
55

Способность муки к потемнению, %
10,8
11,4
11,2

Число падения, с
296
270
240

Водопоглотительная способность, %
61,2
52,5
63,0

Газообразующая способность муки, мл
1598
1610
1624


Определение амилолитической активности пшеничной муки осуществляли на приборе «Амилотест АТ-97 (ЧП-ТА)» (фирма НПО «Радиус» - Россия). Для определения вязкости теста использовали ротационный вискозиметр «Rheotest 2.1». Контроль реологических свойств тестовых заготовок в процессе округления, вальцевания и закатки осуществляли с помощью созданного информационно-измерительного комплекса на базе прибора «Do-Corder DCE-330» (фирма «Brabender» - Германия) со специально разработанными насадками для формования.

Изменение скорости количества образующегося диоксида углерода при брожении теста контролировали волюмометрическим методом на приборе «Rheofermentometer F3» (фирма Chopin – Франция).

Тесто готовили из пшеничной муки высшего сорта безопарным способом по рецептуре батона нарезного. Консистенция теста составляла 640 е.ф. Замес теста осуществляли до готовности, которая фиксировалась по экстремальному максимальному значению величины крутящего момента на приводе месильных органов. Продолжительность созревания теста определяли по кривой скорости изменения количества образующегося диоксида углерода.

Реологические свойства теста из пшеничной муки высшего сорта анализировали на приборах «Фаринограф» (фирма «Brabender» - Германия) и «Структурометр СТ-1М» (фирма НПО «Радиус» - Россия). Степень шероховатости поверхности тестовых заготовок после операций формования определяли с помощью модернизированного прибора «Белизномер Блик Р3» (фирма НПО «Радиус» - Россия).

Окончательную расстойку тестовых заготовок проводили в шкафу для окончательной расстойки The Bailey 505 – SS Fermentation Cabinet (фирма National MFG Company – США).

Выпечку хлебобулочных изделий производили в лабораторных хлебопекарных печах:

- Rotary Hearth Test Baking (фирма National MFG Company – США);

- Miwe – condo (фирма Miwe – Германия).

Реологические характеристики мякиша готовых хлебобулочных изделий определяли на приборе «Структурометр СТ-1М».
    1. Результаты исследования и их анализ.

Структурная схема исследований представлена на рис.1.

Раздел 2.4.1. посвящен разработке информационно-измерительной системы контроля реологических свойств тестовых заготовок в процессе их округления, вальцевания и закатки.

В основу разработки способа контроля реологических свойств тестовых заготовок в процессе их формования было положено измерение величины крутящего момента на приводе рабочих органов тестоформующих машин с использованием прибора «Do-Corder DСЕ-330», на базе которого и была создана информационно-измерительная система.

Так как операция округления является первоначальной операцией стадии формования тестовых заготовок, то вначале была разработана насадка для их округления.

На рис. 2 приведена информационно-измерительная система с дисковой насадкой для округления тестовых заготовок, а на рис. 3 характерная кривая изменения величины крутящего момента на приводе несущего рабочего органа данного округлителя.

Как видно из графика, кривая имеет ярко выраженный экстремум максимум, после которого наблюдается спад – уменьшение величины крутящего момента и линейный участок – платофазу, на котором величина крутящего момента существенно не меняется.



Рис.1 Структурная схема проведения исследований



Рис.2 Прибор «Do-Corder DCE-330» с насадкой для округления тестовых заготовок


Рис.3 Характерная кривая изменения крутящего момента на приводе формующего органа в процессе округления тестовой заготовки


Поэтому округление тестовой заготовки можно разделить на три этапа: на первом этапе (участок кривой №1) скачкообразное увеличение крутящего момента связано с попаданием тестовой заготовки в округлитель и зацеплением ее с плоскостями несущего (дискового) и формующего рабочих органов, которые на первоначальном этапе изменяя форму тестовой заготовки и нарушая сплошность её поверхности приводят к небольшому увеличению крутящего момента за счет прилипания, т.е появления сил адгезии, далее на втором этапе (участок кривой №2) идет изменение формы тестовой заготовки, она становится более шарообразной и её площадь контакта с формующими органами постепенно уменьшается, что приводит при одном и том же адгезионном напряжении к снижению величины крутящего момента на приводе округлителя. Когда тестовая заготовка приобрела форму шара то величина крутящего момента на приводе несущего рабочего органа округлительной машины остается на одном и том же уровне, т.е. появляется платофаза (начало участка №3 – момент готовности тестовой заготовки при округлении). Незначительное дальнейшее уменьшение крутящего момента на участке 3 может быть связано с уменьшением вязкости теста вследствие перехода механической энергии в тепловую.

На следующем этапе была разработана насадка для вальцевания тестовых заготовок (см. рис. 4). Характерные кривые изменения величины крутящего момента на приводе валков при раскатке тестовых заготовок в виде шара и пласта теста приведены на рис.5 и 6.



Рис.4 Прибор «Do-Corder DCE-330» с насадкой для вальцевания тестовых заготовок


Рис.5 Характерная кривая изменения крутящего момента на приводе валков в процессе вальцевания тестовой заготовки в виде шара.

Рис.6 Характерная кривая изменения крутящего момента на приводе валков в процессе вальцевания пласта теста.

Конструкция современных тестозакаточных машин может включать в свой состав две и более пары валков, вследствие чего необходимо рассматривать процесс вальцевания как шарообразной тестовой заготовки, так и пласта теста.

Изменение крутящего момента в процессе однократной прокатки между валками шарообразной тестовой заготовки характеризуется параболоидной кривой.

Насадка для закатки тестовых заготовок приведена на рис 7. Характерная кривая изменения величины крутящего момента на приводе рабочего органа при закатке пласта теста в рулон приведена на рис.8.



Рис.7 Прибор «Do-Corder DCE-330» с насадкой для закатки тестовых заготовок


Рис.8 Характерная кривая изменения величины крутящего момента на приводе формующего органа в процессе закатки тестовой заготовки


По мере того, как тестовая заготовка закручивается в рулон идет уплотнение слоев и увеличение ее в диаметре, что приводит к получению максимального значения крутящего момента (см. рис.8.). После этого рулон начинает вытягиваться вдоль своей оси, в результате чего формируется жгут определенной длины, обусловленной величиной зазора между прижимным валом и транспортерной лентой, с помощью которой раскатанная тестовая заготовка поступает в зону закатки.

Количество механической энергии, затраченной на округление, вальцевание и закатку тестовых заготовок, рассчитывается по формуле:

, кДж/кг [1]

где:

n – частота вращения формующего органа, с-1

Мiкр – крутящий момент на приводе рабочих органов тестоформующих машин в момент времени , Нм

m – масса тестовой заготовки, кг.

Раздел 2.4.2. посвящен разработке системы контроля степени шероховатости поверхности тестовых заготовок после операций их формования.

В хлебопекарной промышленности для определения белизны муки используется прибор «Блик-Р3», принцип действия которого основан на измерении коэффициента отражения света от пробы муки с помощью встроенных свето- и фотодиодов. Этот прибор был использован нами для разработки метода контроля степени шероховатости поверхности тестовых заготовок после их формования, при этом кювета со встроенными в нее свето - и фотодиодами была вынесена с помощью специального кабеля за пределы корпуса прибора (рис.9), что обеспечивало осуществление контроля коэффициента отражения луча света в любой точке тестовой заготовки.



Рис.9 Информационно-измерительная система для контроля степени шероховатости поверхности тестовых заготовок после формования

Рис.10 Диаграмма изменения показателя дисперсии коэффициента отражения света от поверхности тестовой заготовки в зависимости от консистенции теста

Измерения коэффициента отражения луча света проводились в 12 точках поверхности тестовой заготовки, после чего рассчитывался показатель дисперсии коэффициента отражения. Минимальное значение дисперсии говорит о более гладкой и равномерной поверхности тестовой заготовки и, как следствие, об оптимальных условиях созданных для протекания процесса формования.

На рис.10 представлена диаграмма изменения показателя дисперсии коэффициента отражения света от поверхности тестовой заготовки в зависимости от консистенции теста.

Как видно из диаграммы, минимальное значение показателя дисперсии соответствует тестовым заготовкам, которые были сформованы из теста с консистенцией 640 е.ф. Это говорит о том, что тесто с такими реологическими свойствами обеспечивало получение пласта теста после вальцевания с минимальной степенью шероховатости, обусловленной предположительно, за счет минимального значения возникающего адгезионного напряжения.

Раздел 2.4.3. посвящен разработке комплексного метода определения реологических характеристик мякиша хлебобулочных изделий. Особенностью метода является получение зависимости усилия нагружения индентора от деформации мякиша при его сжатии до беспористого состояния, из которой устанавливается значение усилия для нагружения пробы мякиша при последующем определении реологических характеристик, входящих в его текстурный профиль.



Рис.11 Изменение усилия нагружения на инденторе при сжатии мякиша хлебобулочного изделия до получения беспористой структуры


Рис.12 Изменение усилия нагружения пробы мякиша хлебобулочного изделия в зависимости от его деформации, соответствующей точке «В».

Рис.13 Релаксация напряжений в мякише хлебобулочного изделия после сжатия его с усилием соответствующим точке «В»

Способ осуществляется следующим образом. С помощью пробника из центральной части ломтя хлеба толщиной 25мм или двух ломтей хлеба толщиной 12,5 мм, наложенных один на другой, вырезается проба мякиша цилиндрической формы с размерами: диаметр – dц=36мм; высота hц=25мм, определяется масса цилиндра мякиша хлеба mц и рассчитывается значение его пористости по формуле Пм=[(Vц – mц/ρм)/Vц]·100%, затем определяется величина общей деформации мякиша хлеба, которая обеспечивает получение полностью беспористой структуры hобщ =(Пм· hц)/100%, мм. Далее получают реологический профиль мякиша хлебобулочного изделия при сжатии его до получения беспористой структуры (рис. 11).

Затем проводится математическая обработка полученной кривой (см. рис. 11) посредством описания ее полиноминальным уравнением 6-й степени 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 полностью беспористой структуре мякиша хлеба.

По полученному реологическому профилю пробы мякиша хлеба определяется усилие нагружения Fн, соответствующее точке «В». Затем снимается диаграмма нагружения мякиша хлеба цилиндрическим индентором при установленном усилии Fн (см. рис.12), из которой определяют его общую (hобщ – участок 1), упругую (hуп – участок 3) и пластическую (hпл – участок 2) деформации (мм).

Далее снимается кривая релаксации механических напряжений в пробе мякиша после его нагружения цилиндрическим индентором также с усилием Fн (см. рис.13) и определяются численные значения реологических параметров модулей упругости (Е1, Е2, Е3) и коэффициентов эффективной вязкости (η1; η2) из экспоненциального уравнения [2], описывающего данную кривую:


E=[E1exp(E1/1)+E2exp(E2/2)]+E3 [2]

где:

– текущий модуль упругости, Па;

- соответствующие модули упругости, Па;

- соответствующие коэффициенты эффективной вязкости, Па∙с;

При использовании конического индентора определяется предельное напряжение сдвига, посредством установления усилия нагружения Fк на инденторе после процесса релаксации механических напряжений, возникших при нагружении конуса до Fн и внедрении его на глубину h. Предельное напряжение сдвига рассчитывается по формуле [3]:

, [3]

где Fк – усилие нагружения на коническом инденторе, находящемся в мякише хлебобулочного изделия после релаксации напряжений, г;

hвн – глубина внедрения конуса, мм;

k – константа конуса (для угла 60 равняется «0,41»).

Полученные реологические характеристики, сведенные в одну таблицу, представляют собой текстурный профиль мякиша хлебобулочного изделия.

В разделе 2.4.4. приведены экспериментальные данные влияния режима округления тестовых заготовок на их реологические характеристики и качество готовых изделий. Режим округления характеризуется продолжительностью данной технологической операции и частотой вращения несущего рабочего органа.

Для подтверждения концептуальной модели процесса округления, описанной в п.2.4.1., и установления момента готовности тестовых заготовок при округлении на начальном этапе исследовали влияние продолжительности данной технологической операции на реологические характеристики теста и качество готовых изделий. Продолжительность округления составляла 1, 3, 6, 13 и 20 с.

Характер изменения показателей модулей упругости и коэффициентов эффективной вязкости в зависимости от продолжительности округления тестовых заготовок приведен на рис.14.

Как видно из диаграмм, изменение реологических характеристик теста в зависимости от продолжительности округления тестовых заготовок имеет аналогичный характер, при сравнении с изменением величины крутящего момента на приводе несущего органа тестоокруглителя в процессе округления.



а)

б)

Рис.14 Диаграммы изменения модулей упругости (а) и коэффициентов эффективной вязкости (б) в зависимости от продолжительности округления тестовых заготовок

Продолжительность округления 1 с оказалась недостаточной для формирования структуры тестовой заготовки – отсутствовала шарообразная форма, поверхность тестовых заготовок и готовых изделий была неравномерная и шероховатая. При продолжительности округления 20 с на поверхности тестовых заготовок наблюдались подрывы и трещины, что говорит о чрезмерной механической обработке. Вследствие этого качество готовых изделий определяли для тестовых заготовок с продолжительностью округления 3, 6 и 13 с. Диаграммы изменения показателей качества хлеба в зависимости от продолжительности округления тестовых заготовок представлены на рис.15.



Рис.15 Влияние продолжительности округления тестовых заготовок на показатели удельного объема хлеба (Vуд), пористости (П) и крошковатости мякиша

Установлено, что при продолжительности округления тестовых заготовок 13 с качество хлеба было наилучшим, удельный объем хлеба составлял 4,25 см3/г, пористость мякиша – 83% и крошковатость – 12,9%. По результатам проведенных исследований установлено, что моментом готовности тестовой заготовки в процессе округления является точка на кривой изменения крутящего момента на приводе несущего рабочего органа, соответствующая началу линейного участка данной кривой. Была также определена величина удельной работы, затраченной на округление тестовой заготовки до готовности, и она составляла около 0,155 кДж/кг.

Так как режим округления характеризуется продолжительностью данной операции и частотой вращения несущего рабочего органа, то на следующем этапе были проведены исследования влияния частоты вращения диска округлителя на количество механической энергии затрачиваемой на формирование структуры поверхностного слоя тестовых заготовок.

На рис. 16 приведен характер изменения величины удельной работы, затраченной на округление и вальцевание тестовых заготовок в зависимости от частоты вращения формующего органа в процессе округления.



Рис.16 Влияние частоты вращения формующего органа при округлении на величину удельной работы, затраченной на округление и вальцевание тестовых заготовок

Анализ графиков показал, что кривые имеют нелинейный характер возрастания с ярко выраженными точками перегиба, соответствующими значению частоты вращения формующего органа 85 об/мин, что являлось явным признаком формирования особых реологических свойств тестовых заготовок.

Поэтому на следующем этапе были проведены исследования влияния частоты вращения формующего органа в процессе округления тестовых заготовок на показатели качества хлеба (рис.17).

При частоте вращения формующего органа в процессе округления тестовых заготовок 85 об/мин качество хлеба было наилучшим – удельный объем хлеба составил 4,4 см3/г, пористость мякиша 82%, формоустойчивость 0,47 и крошковатость – 6,2%. При этом величина удельной работы, затраченной на округление тестовых заготовок при частоте вращения 85 об/мин составляла 0,2311 кДж/кг. Полученные экспериментальные данные позволили сделать вывод о том, что наилучшим показателям качества хлеба соответствуют значения точек перегиба на кривых изменения количества механической энергии, затраченной на округление и вальцевание тестовых заготовок.





Рис.17 Влияние частоты вращения формующего органа в процессе округления тестовых заготовок на изменение удельного объема, пористости, формоустойчивости и крошковатости хлеба


Был также установлен характер изменения реологических характеристик тестовых заготовок и мякиша хлеба, в зависимости от режима округления тестовых заготовок – общей, пластической и упругой деформаций, модулей упругости, коэффициентов эффективной вязкости и скоростей релаксации напряжений. При частоте вращения несущего рабочего органа тестоокруглителя 85 об/мин, соотношение пластической и упругой деформаций теста составляло приблизительно 65:35%. Данное соотношение пластической и упругой деформаций теста после формования тестовых заготовок позволяло получать хлеб наилучшего качества, при этом соотношение пластической и упругой деформаций для мякиша хлеба составляло 40:60%.

Таким образом, на основании проведенных исследований был разработан метод оптимизации режима округления тестовых заготовок при производстве хлебобулочных изделий.

При производстве батонообразных изделий стадия формования тестовых заготовок кроме их округления предусматривает операцию закатки, которая включает в себя вальцевание тестовых заготовок, а затем собственно закатку. Поэтому дальнейшие исследования были посвящены операции вальцевания.

Раздел 2.4.5. посвящен исследованию влияния режимов вальцевания тестовых заготовок на их реологические свойства и качество готовых хлебобулочных изделий.

Режим вальцевания тестовых заготовок характеризуется частотой вращения валков и величиной зазора между ними. Поэтому в начале был установлен характер изменения количества энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок, в зависимости от зазора между валками и частоты их вращения (рис.18 и 19 соответственно).

Анализ полученных данных показал, что кривые изменения количества механической энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок в зависимости от зазора между валками и частоты их вращения, имеют выраженные точки перегиба, соответствующие значениям величины зазора 8,5 мм и частоте вращения 110 об/мин.




Рис.18 Кривая изменения количества механической энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок в зависимости от зазора между валками при постоянной частоте вращения 110 об/мин

Рис.19 Кривая изменения количества механической энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок в зависимости от частоты вращения валков при постоянном зазоре между ними 7 мм

Было сделано предположение, что зазор между валками 8,5 мм и частота вращения валков 110 об/мин являются оптимальным режимом вальцевания тестовых заготовок.

На рис.20 представлены диаграммы изменения показателей качества хлеба в зависимости от величины зазора между валками в процессе вальцевания тестовых заготовок.

Анализ полученных данных показал, что при величине зазора между валками 8,5 мм показатели качества хлеба были наилучшими. Удельный объем хлеба составлял 3,7 см3/г, пористость мякиша была 83%, формоустойчивость – 0,38 и крошковатость мякиша составляла 6,5%. При этом количество механической энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок, при оптимальном режиме вальцевания, составила 0,224 кДж/кг.





Рис.20 Влияние величины зазора между валками в процессе вальцевания тестовых заготовок на изменение удельного объема (Vуд), пористости мякиша (П), формоустойчивости (H/D) и крошковатости мякиша

На рис.21 представлены диаграммы изменения показателей качества хлеба в зависимости от частоты вращения валков в процессе вальцевания тестовых заготовок.

Было установлено, что при оптимальной частоте вращения валков, равной 110 об/мин, и зазоре между ними 8,5 мм показатели качества хлеба были наилучшими. Удельный объем хлеба составлял 4,1 см3/г, пористость мякиша была 84%. формоустойчивость – 0,36 и показатель крошковатости мякиша составлял 4,5%. При этом величина удельной работы, затраченной на вальцевание тестовых заготовок при частоте вращения 110 об/мин, составляла 0,257 кДж/кг.

Оптимальный режим вальцевания тестовых заготовок должен характеризоваться минимальным адгезионным напряжением в момент прокатки и, как следствие, гладкой и равномерной их поверхностью. Поэтому на следующем этапе исследовали влияние режима вальцевания тестовых заготовок на степень шероховатости их поверхности.






Рис.21 Влияние частоты вращения валков в процессе вальцевания тестовых заготовок на изменение удельного объема (Vуд), пористости мякиша (П), формоустойчивости (H/D) и крошковатости мякиша


На рис.22 и 23 представлены диаграммы изменения показателя дисперсии значений коэффициента отражения света от поверхности тестовой заготовки после ее вальцевания в зависимости от частоты вращения валков и зазора между ними, соответственно.



Рис.22 Диаграмма изменения показателя дисперсии значений коэффициента отражения света от поверхности тестовой заготовки после ее вальцевания в зависимости от частоты вращения валков

Рис.23 Диаграмма изменения показателя дисперсии коэффициента отражения света от поверхности тестовой заготовки после ее вальцевания в зависимости от величины зазора между валками


Как видно из диаграмм, минимальное значение дисперсии соответствует частоте вращения валков в процессе вальцевания тестовых заготовок 110 об/мин и величине зазора между валками 8,5 мм. Это говорит о том, что при данном режиме вальцевания степень шероховатости тестового блина минимальная, поверхность гладкая и равномерная.

Таким образом, было подтверждено предположение о том, что оптимальные частота вращения валков и величина зазора между ними могут быть определены по точкам перегиба на кривых изменения количества энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок.

В данном разделе представлены также экспериментальные данные влияния режима вальцевания на реологические характеристики тестовых заготовок и мякиша хлеба – общей, пластической и упругой деформаций, модулей упругости, коэффициентов эффективной вязкости и скоростей релаксации напряжений.

Анализ экспериментальных данных, изложенных в работе, показал, что консистенция теста и амилолитическая активность пшеничной муки высшего сорта не влияют на характер изменения количества механической энергии, затраченной на вальцевание тестовых заготовок, в зависимости от режимов протекания данной технологической операции. Были определены оптимальные значения частоты вращения валков и величины зазора между ними при вальцевании тестовых заготовок с разной консистенцией и амилолитической активностью пшеничной муки высшего сорта, а так же их реологические характеристики и качество готового хлеба.

Также, в этом разделе представлены экспериментальные данные исследования изменения реологических свойств тестовых заготовок в процессе вальцевания для полуфабрикатов, принципиально отличающихся от хлебопекарного теста по своим структурно-механическим свойствам, – тесто для крекера и тесто для обжаренных во фритюре мучных изделий типа «Боорцог». Было установлено, что разработанная методология определения оптимальных режимов вальцевания тестовых заготовок, апробированная на хлебопекарном тесте, может с успехом использоваться для управления формованием пищевых масс, обладающих другими реологическими свойствами.

Раздел 2.4.6. посвящен исследованию влияния режимов закатки тестовых заготовок на их реологические свойства и качество готовых изделий.

Режим закатки тестовых заготовок характеризуется частотой вращения приводного барабана транспортерной ленты и величиной зазора между прижимной плитой и транспортерной лентой. Исходя из того, что к началу операции закатки реологические свойства тестовых заготовок уже сформированы посредством операций их округления и вальцевания и вследствие того, что зазор между прижимной плитой и транспортерной лентой определяет лишь длину тестовой заготовки, закрученной в рулон, на следующем этапе исследовали влияние частоты вращения приводного барабана транспортерной ленты на изменение реологических характеристик тестовых заготовок в процессе их закатки и качество готовых хлебобулочных изделий.

В результате проведенных исследований был установлен характер изменения количества механической энергии, затраченной на закатку тестовых заготовок, в зависимости от частоты вращения приводного барабана транспортерной ленты (рис.24).

Рис.24. Кривая изменения количества энергии, затраченной на закатку тестовых заготовок в зависимости от частоты вращения приводного барабана транспортерной ленты

Анализ полученных данных показал, что с увеличением частоты вращения приводного барабана транспортерной ленты в процессе закатки тестовых заготовок количество механической энергии, затраченной на закатку, увеличивается. При этом на кривой изменения количества энергии наблюдается точка перегиба, соответствующая частоте вращения 150 об/мин.

Сформированные при данной частоте вращения приводного барабана транспортерной ленты тестовые заготовки позволяют получать готовые изделия с наилучшими показателями качества. Количество энергии, затраченной на закатку тестовых заготовок при этом, составляло 1,254 кДж/кг.

Раздел 2.5. посвящен проведению промышленной апробации влияния продолжительности округления тестовых заготовок на качество батона нарезного в условиях ЭКБК «Звездный». Производственные испытания подтвердили правильность подхода к выбору оптимальной продолжительности округления тестовых заготовок для батонообразных изделий.


ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведены комплексные исследования по разработке теоретических и практических основ управления реологическими свойствами тестовых заготовок в процессе их формования. На основании проведенных исследования были сделаны следующие выводы.
  1. Разработана методология управления реологическими свойствами тестовых заготовок на стадии формования при протекании операций округления, вальцевания и закатки, обеспечивающая получение хлебобулочных изделий наилучшего качества.
  2. Разработана информационно-измерительная система для контроля реологических свойств тестовых заготовок в процессе их округления, вальцевания и закатки, в основу которой было положено измерение крутящего момента на приводе рабочих органов тестоформующих машин и расчета количества механической энергии, затрачиваемой на формирование структуры тестовых заготовок.
  3. Разработана информационно-измерительная система для контроля степени шероховатости поверхности тестовых заготовок после формования, основанная на измерении коэффициента отражения луча света от поверхности тестовой заготовки и расчета показателя дисперсии данного параметра.
  4. Разработан способ определения текстурного профиля мякиша хлебобулочных изделий, который включает в себя следующие реологические характеристики: общую, пластическую и упругую деформации, модули упругости, коэффициенты эффективной вязкости, скорости релаксации напряжений, предельное напряжение сдвига.
  5. Разработан метод контроля готовности тестовой заготовки при округлении, заключающийся в установлении точки на кривой изменения крутящего момента на приводе несущего рабочего органа, соответствующей началу линейного участка (платофазы) данной кривой. Определено количество механической энергии, затраченной на округление тестовой заготовки до готовности, которое составляло около 0,155 кДж/кг.
  6. Установлена общая закономерность изменения количества механической энергии, затрачиваемой на округление, вальцевание и закатку тестовых заготовок, в зависимости от параметров режима протекания этих технологических операций.
  7. Установлен характер изменения степени шероховатости поверхности тестовых заготовок в зависимости от режимов их вальцевания. Установлено, что минимальное значение дисперсии коэффициента отражения луча света соответствует точкам перегиба на кривых изменения количества механической энергии в зависимости от частоты вращения валков и зазора между ними.
  8. Проведена промышленная апробация влияния продолжительности округления тестовых заготовок на качество батона нарезного в условиях ЭКБК «Звездный».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
  1. Черных В.Я., Лебедев А.В., Болтенко Ю.А. Разработка реологической модели мякиша хлебобулочных изделий. Сборник докладов IV международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» Часть I. – М.: МГУПП, 2006 – с. 60-65
  2. Черных В.Я., Лебедев А.В., Болтенко Ю.А. Управление реологическим поведением пищевых продуктов. Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы производства и переработки сельскохозяйственной продукции в условиях рыночной экономики» - Алматы.: «НПЦ перерабатывающей и пищевой промышленности», 2-3 ноября 2006 – с. 29-32
  3. Лебедев А.В., Бориева Л.З., Черных В.Я. Разработка метода контроля прочностных характеристик крекера. Материалы третьей международной конференции «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий» / - Международная промышленная академия, 5-7 декабря 2006 г. – М.: Пищепромиздат, 2006 – c. 172-176
  4. Цэцгээ Д., Черных В.Я., Лебедев А.В. Оптимизация замеса теста и вальцевания тестовых заготовок при производстве обжаренных во фритюре изделий. // Хлебопродукты, 2007. - №6 – с. 52-53
  5. Черных В.Я., Бориева Л.З., Лебедев А.В. Оптимизация технологических операций производства крекера. Сборник докладов V международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» – М.: МГУПП, 2007 – с.127-132
  6. Лебедев А.В. Разработка информационно-измерительной системы контроля операции округления тестовых заготовок при производстве хлебобулочных изделий. – Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007, №11 – c. 33-36