СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ХЛЕБОПЕКАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ХЛЕБОПЕКАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Научная статья

Федотов В. А. *

¹ ORCID: 0000-0002-3692-9722,

Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия

* Корреспондирующий автор (vital_asm[at]mail.ru)

Аннотация

В статье приведена классификация существующих на сегодняшний день методов исследования и оптимизации технологии хлебобулочного производства. Традиционно оптимизация хлебопекарного производства учитывает критерии времени окончания замеса полуфабрикатов, готовности заквасок и опар (по падению скорости газообразования), готовности теста к разделке. Проведенные исследования позволили оптимизировать оценку и прогнозирование качества полуфабрикатов и готовых изделий за счет расширения методов исследования производства. Качество хлебобулочных изделий может быть прогнозируемо на основе физико-химических свойств пшеницы (твердозерность зерна) и технологических параметров производства (влажность опары). Получены уравнения формирования показателей качества хлеба, управление качеством хлебопекарной продукции возможно за счет выбора влажности опары при опарном способе тестоприготовления, учитывая сведения о твердозерности зерна, служившего сырьем для помола муки.

Ключевые слова: пшеница, зерно, хлебопекарные свойства, качество зерна, сорта пшеницы.

MODERN RESEARCH AND OPTIMISATION METHODS OF BREAD MAKING

Research article

Fedotov V. A.*

ORCID: 0000-0002-3692-9722,

Orenburg State University, Orenburg, Russia

* Corresponding author (vital_asm[at]mail.ru)

Abstract

The article suggests the classification of modern research and optimisation methods of bread-making technology. Traditionally, optimisation of bread making takes into account the following criteria: end time of semi-products blending, the readiness of fermentation starters and pre-ferments (based on the decrease in gas production rates), the dough readiness for handling. The research conducted enabled optimising the evaluation and predicting the quality of semi-products and the end products through expanding the list of bread-making research methods. The quality of bakery products might be predicted through the physical and chemical profile of the wheat (the grain hardness) and the technological parameters of the bread making (pre-ferment humidity). Equations of bread quality attributes formation are obtained, quality control of the baking products is possible through changing the pre-ferment humidity when using doughing with pre-ferment while taking into account the hardness of the grains, used for flour milling.

Keywords: wheat, grain, baking capacity, grain quality, wheat varieties.

Введение

Технология производства ебительских свойств выпекаемых изделий. Хлебопечение по своей природе является биотехнологическим производством, ее изучение должно основываться прежде всего на исследовании жизнедеятельности дрожжей. Осуществлять это производство следует через управление процессом брожения заквасок, опар и теста [1].

Современная технология хлебопечения не имеет своих специальных методов исследования. Вместо них применяются методы определения готовности полуфабрикатов по кислотности, подъемной силе (по всплывающему шарику) и органолептическим показателям. Но это не специальные методы исследования, а лишь методики, т. е. технические операции по определению указанных параметров. Они не обеспечивают получения достоверной информации (о природе и специфике производства хлебобулочных изделий, его динамике и эффективности), которую можно использовать для оптимального управления процессом с целью выработки продукции наилучшего качества [2].

Методы и принципы исследования

Для изучения специфики производства хлебобулочных изделий необходим ряд специальных методов исследования. Первым среди них должен быть метод исследования брожения полуфабрикатов. [3] Из всех проявлений жизнедеятельности дрожжей доминирующим является спиртовое брожение. В этом процессе между сброженной глюкозой и образующимися этанолом и диоксидом углерода существуют строгие количественные отношения, располагая данными о количестве одного из этих веществ, можно достаточно точно вычислить количества других в любой момент брожения.

Оптимизация производства хлебобулочных изделий слагается из оптимизации его ключевых операций: замес заквасок, опар и теста, брожение полуфабрикатов, разделка теста, расстойка и термическая обработка тестовых заготовок. Все операции к определенному моменту своего развития достигают максимального положительного эффекта или оптимума. Для его определения необходим объективный критерий, по которому можно было бы точно установить момент окончания данной операции [4], [5].

Ведение опытных и контрольных вариантов исследований до изготовления изделий наилучшего качества является обязательным, но не единственным требованием, обеспечивающим получение достоверных данных об эффективности функционирования производства. Получение результатов может быть достигнуто только тогда, когда эти варианты будут отличаться лишь по одному составляющему производства и оставаться неизменными по остальным. Так, при изучении влияния изменения влажности теста на процесс приготовления хлеба исследуемые варианты должны отличаться только по влажности теста, но не по используемым сырью, способу и режиму приготовления теста, его разделки и выпечки. Обязательное выполнение этого требования обусловливается тем, что при одновременном изменении нескольких составляющих производства, например не только влажности теста, но и способов его приготовления или выпечки, определяется суммарный эффект их воздействия на процесс приготовления хлеба, а какова эффективность функционирования каждого из них в отдельности - остается неизвестным.

Основные результаты и их обсуждение

Интенсивность, динамика и общая направленность изменений скорости газообразования полуфабрикатов изучались в их взаимосвязи с физиологическим состоянием (адаптированностью или неадаптированностью к мучной среде) и размножением дрожжей, образованием и сбраживанием сахаров субстратов, стабильностью консистенции, эластичности и растяжимости теста и др. Это позволило установить закономерные связи и отношения между процессами и дало возможность судить о ходе их развития по динамике скорости газообразования.

По результатам многочисленных экспериментальных данных был построен график динамики скорости газообразования полуфабрикатов - опары, теста (рисунок 1). Скорость газообразования, как видно из графика, в любой момент брожения данного полуфабриката соответствует определенной абсолютной величине. Динамика скорости газообразования, т. е. ход ее развития под воздействием внутренних и внешних факторов, у разных полуфабрикатов неодинакова. Так, скорость газообразования пшеничной опары нарастает до максимума с двумя перепадами (1 ч 15 мин - 1 ч 45 мин и 2 ч 45 мин - 3 ч 15 мин), что определяется их неадаптированностью к мучной среде, а в случае ржаной закваски - без перепадов, поскольку она готовится на заквасочных дрожжах, адаптированных к этой среде [6], [7].

 

Рис. 1 – Динамика скорости газообразования полуфабрикатов: ПО ‑ густая пшеничная опара; ПТ – пшеничное тесто на опаре; РЗ ‑ густая ржаная закваска; РТ ‑ ржаное тесто на закваске

 

Теория производства хлебобулочных изделий формулирует критерии для достижения максимального эффекта:

- окончания замеса полуфабрикатов - образование их однородной массы, потому что только в этом случае возникают оптимальные условия для протекания микробиологических, биохимических, коллоидных и других процессов, которые определяют формирование потребительских свойств у выпекаемых изделий;

- готовности заквасок и опар - падение скорости их газообразования после достижения ею максимума, как показано на рисунке 1, поскольку к этому моменту в заквасках образуется предельно возможное количество дрожжевых клеток, а в опарах заканчивается адаптация прессованных дрожжей к сбраживанию сахаров мучной среды;

- готовности теста к разделке - время начала разделки G, определяемое вычитанием суммарной длительности операций разделки F (деление, округление, предварительная расстойка, формование) и окончательной расстойки R из продолжительности брожения теста с момента замеса до максимума скорости газообразования М по формуле:

     (1)

так как к этому времени создаются условия для формования заготовок, обеспечивающие выработку изделий наилучшего качества, которое возможно при приготовлении данного теста до 96±3 °С, поскольку лишь при такой температуре они превращаются в хлебобулочные изделия. [7]

Методы исследования производства хлебобулочных изделий могут быть расширены и дополнены результатами проведенных исследований, которые позволили оптимизировать оценку и прогнозирование качества. Используемая в исследованиях мука производилась из зерна, характеризуемого широким диапазоном твердозерности (от 10 до 28 кг/мм²). Из муки готовили пробную выпечку – производили хлеб белый опарным способом из пшеничной муки первого сорта. Готовили образцы опар, влажность которых варьировали от 41 % до 72 % с шагом 1 %, чтобы охватить весь возможный диапазон влажности используемых в производстве опар. Основываясь на качестве производимых образцов хлеба устанавливали оптимальную влажность опары. [8]

Получены уравнения зависимостей показателей качества хлеба от структурно-механических свойств исходного сырья и технологических параметров тестоприготовления – влажности выбранной опары:  - формоустойчивость;  - общая балловая оценка, балл; В ‑ весовой выход хлеба, %; V - объемный выход, см³ / 100 г муки; X1 ‑ твердозерность зерна, служившего сырьем, кг/мм²; X2 - влажность опары, %. [9] Получены следующие уравнения регрессии показателей качества хлеба

 

Мука из низкотвердозерного зерна (при твердозерности до 14 кг/мм²) позволяет произвести хлеб со максимально возможным объемным выходом при минимальной влажности опары 40 %, с повышением твердозерности для получения максимальных значений объемного выхода хлеба необходимо выбирать опару с влажностью 50-55 %. Однако, максимально возможный весовой выход хлеба из муки исходного зерна твердозерности до 14 кг/мм² достигается использованием более влажной опары (вплоть до 70 %). [10]

Заключение

1. Для изучения специфики производства хлебобулочных изделий необходим ряд специальных методов. Для оптимизации производства хлебобулочных изделий необходимо, но не достаточно учитывать критерии: времени окончания замеса полуфабрикатов (опары, закваски, теста), готовности заквасок и опар, готовности теста к разделке.

2. Судя по результатам исследований, показатели качества хлебобулочных изделий могут быть прогнозируемы на основе физико-химических свойств пшеницы (твердозерность зерна) и технологических параметров производства (влажность опары).
3. Полученные в результате исследований уравнения регрессии формирования показателей качества хлеба характеризуются высокой степенью достоверности. В частности, формоустойчивость хлеба формируется под действием показателя твердозерности исходного зернового сырья и выбранной влажности опары, прогнозирование общей балловой оценки хлеба возможно на основе тех же сведений о твердозерности зерна и влажности опары, от них же значимо зависит весовой выход хлеба. Таким образом, управление качеством хлебопекарной продукции возможно за счет выбора опары при опарном способе тестоприготовления, учитывая сведения о твердозерности зерна, служившего сырьем для помола муки. 

Конфликт интересов Не указан

Conflict of Interest None declared

Список литературы / References

1. Федотов, В. А. Факторы формирования потребительских свойств зерномучных товаров / В. А. Федотов // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2011. – № 4. – С. 186-190.
2. Беркутова, Н. С. Микроструктура пшеницы / Н. С. Беркутова, И. А. Швецова. - М.: Колос, 1977. - 122 с.
3. Петров, Ю.А. Комплексная автоматизация управления предприятием: Информационные технологии - теория и практика / Ю.А. Петров, Е.Л. Шлимович, Ю.В. Ирюпин. - М.: Финансы и статистика, 2001. - 160 с.
4. Parker, J. R. Algorithms for Image Processing and Computer Vision. – Wiley / J. R. Parker. - 2 edition, 2010. - 504 p.
5. Rosicka-Kaczmarek J. Composition and thermodynamic properties of starches from facultative wheat varieties / Rosicka-Kaczmarek, J., Makowski, B., Nebesny, E., Tkaczyk, M., Komisarczyk, A., Nita, Z., (2016) Food Hydrocolloids, 54, pp. 66-76.
6. Магомедов, М.Д. Экономика пищевой промышленности / М.Д. Магомедов, А.В. Заздравных, Г.А. Афанасьева. – М.: Дашков и К, 2011. – 232 с.
7. Тарасенко, Ф. П. Прикладной системный анализ (наука и искусство решения проблем): Учебник / Ф. П. Тарасенко. - Томск; Издательство Томского университета, 2004. – 128 с.
8. Медведев, П. В. Комплексная оценка потребительских свойств зерна и продуктов его переработки / П. В. Медведев, В. А. Федотов, И. А. Бочкарева // Международный научно-исследовательский журнал. - 2015. - № 7-1 (38). - С. 77-80.
9. Шепелев, А. Ф. Товароведение и экспертиза электротоваров: учебное пособие для вузов / А. Ф. Шепелев, И. А. Печенежская. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2002. - 192 с.
10. Медведев, П.В. Управление качеством продуктов переработки зерна и зерномучных товаров / П. В. Медведев, В. А. Федотов, И. А. Бочкарева // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2016. - № 1. - С. 61 – 69.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Fedotov, V. A. Faktory` formirovaniia potrebitel`skikh svoi`stv zernomuchny`kh tovarov [Factors of formation of consumer properties of grain products] / V. A. Fedotov // Vestneyk Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg state University]. – 2011. – № 4. – pp. 186-190. [in Russian]
2. Berkutova, N. S. Mikrostruktura pshenitcy [Microstructure of wheat]` / N. S. Berkutova, I. A. Shvetcova. - M.: Kolos, 1977. - 122 p. [in Russian]
3. Petrov, Iu.A. Kompleksnaia avtomatizatciia upravleniia predpriiatiem: Informatcionny`e tekhnologii - teoriia i praktika [Complex automation of enterprise management: Information technologies-theory and practice] / Iu.A. Petrov, E.L. Shlimovich, Iu.V. Iriupin. - M.: Finansy` i statistika [Finance and statistics], 2001. - 160 p. [in Russian]
4. Parker, J. R. Algorithms for Image Processing and Computer Vision. – Wiley / J. R. Parker. - 2 edition, 2010. - 504 p.
5. Rosicka-Kaczmarek J. Composition and thermodynamic properties of starches from facultative wheat varieties / Rosicka-Kaczmarek, J., Makowski, B., Nebesny, E., Tkaczyk, M., Komisarczyk, A., Nita, Z., (2016) Food Hydrocolloids, 54, pp. 66-76.
6. Magomedov, M.D. E`konomika pishchevoi` promy`shlennosti [Economics of the food industry] / M.D. Magomedov, A.V. Zazdravny`kh, G.A. Afanas`eva. – M.: Dashkov i K, 2011. – 232 p. [in Russian]
7. Tarasenko, F. P. Pricladnoi` sistemny`i` analiz (nauka i iskusstvo resheniia problem): Uchebnik [Applied system analysis (science and art of problem solving): Textbook] / F. P. Tarasenko. - Tomsk; Tomsk University Press, 2004. – 128 p. [in Russian]
8. Medvedev, P. V. Kompleksnaia ocenka potrebitel`skikh svoi`stv zerna i produktov ego pererabotki [Complex assessment of consumer properties of grain and products of its processing] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov, I. A. Bochkareva // Mezhdunarodny`i` nauchno-issledovatel`skii` zhurnal [International research journal]. - 2015. - № 7-1 (38). - pp. 77-80. [in Russian]
9. Shepelev, A. F. Tovarovedenie i e`kspertiza e`lektrotovarov: uchebnoe posobie dlia vuzov [Commodity science and expertise of electrical goods: textbook for universities] / A. F. Shepelev, I. A. Pechenezhskaia. - Rostov-na-Donu: Feniks, 2002. - 192 p. [in Russian]
10. Medvedev, P.V. Upravlenie kachestvom produktov pererabotki zerna i zernomuchny`kh tovarov [Quality Management of grain processing products and grain products] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov, I. A. Bochkareva // Nauchny`i` zhurnal NIU ITMO. Seriia: Protcessy` i apparaty` pishchevy`kh proizvodstv [Sientific journal of the ITMO research INSTITUTE. Series: Processes and devices of food production]. - 2016. - № 1. - pp. 61 – 69. [in Russian]