INFORMATION AND MEASURING SYSTEM FOR CONTROLLING THE BREAD BAKING PROCESS

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ВЫПЕЧКИ ХЛЕБА

Научная статья

Федотов В.А.^1, *, Соловых С.Ю.²

¹ ORCID: 0000-0002-3692-9722;

^{1, 2} Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия

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

Аннотация

В статье описана методика, лежащая в основе системы контроля и автоматического управления процессом выпечки для регулирования интенсивности окрашивания корки хлеба. Для регистрации изменения окраски корки тестовых заготовок в зависимости от температуры поверхности была собрана лабораторная установка. В проведенных экспериментах инструментально окраску оценивали косвенно, определяя величину отражательной способности корки с помощью фотоэлементов. Для устранения влияния температуры фотоэлементы были помещены в термостатирующее устройство. Градуировка установки фотометром дала возможность корректировать выдаваемые фотоэлементом значения с учетом его селективности к излучениям видимого спектра. Температура тестовых заготовок определялась термопарами, размещенными на их поверхности.

Ключевые слова: выпечка, технологический контроль, хлеб, оценка качества.

INFORMATION AND MEASURING SYSTEM FOR CONTROLLING THE BREAD BAKING PROCESS

Research article

Fedotov V.A.^1. *, Solovykh S.Yu. ²

¹ ORCID: 0000-0002-3692-9722;

^{1, 2} Orenburg State University, Orenburg, Russia

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

Abstract

The article describes the technology underlying the system of control and automatic control of the baking process to regulate the intensity of coloring of the bread crust. The study uses a laboratory machine to register the change in the color of the crust of test products depending on the surface temperature. The experiments show that the color was instrumentally evaluated indirectly by determining the value of the reflectivity of the crust using photocells. To eliminate the influence of temperature, the photocells were placed in a thermostatic device. Calibration of the installation with a photometer made it possible to adjust the values issued by the photocell, taking into account its selectivity to visible spectrum radiation. The temperature of the test pieces was determined by thermocouples placed on their surface.

Keywords: baking, technological control, bread, quality assessment.

Введение

Хлебные изделия выпекают в пекарной камере хлебопекарной печи. Для выпечки 1 кг хлеба требуется от 500 кДж до 800 кДж. Это тепло расходуется на испарение влаги из тестовой заготовки и на ее прогревание до температуры 97 °C в центре [1]. Большая доля тепла передается тесту-хлебу путем излучения от раскаленных стенок пекарной камеры. Остальная часть тепла передается теплопроводностью от горячего пода и конвекцией от движущихся токов паровоздушной смеси в пекарной камере [2].

Тестовые заготовки прогреваются постепенно, с поверхности, поэтому процессы, характерные для выпечки, происходят не одновременно во всей массе хлеба, а послойно [3]. Быстрота прогревания зависят от ряда факторов. Повышение температуры в пекарной камере ускоряет прогревание заготовок и сокращает время выпечки. Тесто высокой влажности и достаточно большой пористости прогревается быстрее, чем крепкое и плотное тесто. Тестовые заготовки значительной толщины и массы при прочих равных условиях прогреваются дольше [4]. Недостатки методик контроля и управления процессом выпечки связаны с недостаточностью оценки только лишь временного и температурного факторов для регулирования интенсивности окрашивания хлеба.

Материалы и методы исследования

Интенсивность окраски хлебобулочных изделий усиливается с повышением температуры их поверхности, при которой протекает реакция меланоидинообразования. Этот процесс связан с ароматом хлеба и его вкусовыми свойствами [5]. Цвет корки как конечный результат воздействия температурного режима рабочей камеры на поверхность изделия оценивается органолептически, что не позволяет установить связь между процессом накопления красящих веществ и температурой среды [6]. Об интенсивности окраски корки хлеба при выпечке можно судить в какой-то мере по ее отражательной способности, для непрерывного определения которой не могут быть использованы существующие приборы – универсальные фотометры фотоэлектрические, например, марки КФК-3. Фотометры также могут быть использованы для измерения коэффициентов пропускания и оптических плотностей прозрачных жидкостных растворов, измерения скорости изменения оптической плотности и определения концентрации веществ в растворах после предварительной градуировки фотометров. Фотометры применяются в различных отраслях сельского хозяйства, медицины, предприятиями нефтехимической, пищевой индустрии, прочих сферах промышленности [7].

Результаты и их обсуждение

Была разработана лабораторная установка, с помощью которой можно непрерывно регистрировать на ленте электродного потенциометра изменение интенсивности света, отра­женного от корки хлеба [8]. Принцип действия ее основан на том, что на поверхность тестовой заготовки направляется пучок света от источника, который, отражаясь, попадает на фотоэлемент, включенный в измерительную схему. Установка состоит из осветителя, фотоэлектрического устройства, помещенного в термостатирующее приспособление, регистрирующего прибора. Источником света служит лампа накаливания с матовой поверхностью, питающаяся от стабилизированного источника [9]. Световой поток, пройдя через конденсатор, выходит из осветителя и попадает на поверхность тестовой заготовки, размещенной в рабочей камере лабораторной хлебопекарной печи. Часть светового потока, отраженного от участка поверхности хлеба, принимается фотоэлементом. Чтобы избежать влияния кривизны и неравномерности окраски поверхности хлеба, замеры ведут на горизонтальном участке поверхности корки хлеба площадью 30 мм². При выпечке хлеба без увлажнения среды пекарной камеры поверхность хлеба матовая, поэтому небольшие отклонения контролируемого участка поверхности от горизонтального положения не влияют на показания прибора.

Изменение высоты тестовой заготовки только в первый период выпечки влияет на величину показаний в пределах от 7 % до 9 %. Во втором периоде выпечки, когда прекращается рост тестовой заготовки и поверхность стабилизируется, прибор удовлетворительно регистрирует накопление красящих веществ меланоидиновой реакции в корке хлеба. Для преобразования отраженного от поверхности хлеба пучка света в энергию электрического тока установлено фотоэлектрическое устройство. Оно состоит из двух вентильных фотоэлементов и осветителя. Вентильный фотоэлемент реагирует на изменение величины света отраженного от поверхности хлеба. Фотоэлемент включен в схему дифференциально и служит для увеличения чувствительности регистрирующего прибора. Величина светового потока, падающего на него от источника, постоянна и стабилизирована [10].

Вентильные фотоэлементы (например, типа ФЭССУ-3) весьма чувствительны к температурным колебаниям. Так как фотоэлементы не могут быть удалены на большое расстояние от печи, для устранения влияния температуры на показания прибора фотоэлементы помещены в термостатирующее устройство. Градуировка прибора осуществляется по фотометру, что дает возможность градуировать фотоэлемент косвенно, с учетом селективности к излучениям видимого спектра. Описанная выше установка была использована для регистрации изменения окраски корки хлеба в зависимости от температуры его поверхности.

Выпекали тестовые заготовки развесом 450-500 г из муки пшеничной первого сорта при температуре среды 200 °С. Температура поверхности тестовой заготовки в процессе выпечки замерялась медно-константановыми термопарами, размещенными на поверхности тестовой заготовки. В результате проведенных опытов установлено, что после посадки тестовой заготовки в печь начинается интенсивное потемнение ее поверхности, достигающее наибольшей величины при температуре поверхности, близкой 60 °С. При дальнейшем повышении температуры поверхности до 100 °С хлеба ее отражательная способность увеличивается. В первые минуты прогрева происходит клейстеризация крахмала на поверхности изделия, продукты которой придают поверхности более темный цвет. Это подтверждается тем, что наиболее интенсивно поверхность хлеба темнеет при 60 °С, т. е. при температуре клейстеризации крахмала. При дальнейшем повышении температуря поверхность становится светлее вследствие ее обезвоживания. После того как температура корки поднимается выше 100 °С, наступает бурное течение меланоидиновой реакции, что ведет к накоплению красящих веществ в корке. Изменение цвета ее от светло-желтого до темно-коричневого проис­ходит при нагревании от 130 °С до 180 °С. При температуре корки выше 180 °С начинается обугливание хлеба. Конечной температурой корки хлеба из муки пшеничного сорта можно считать температуру около 150 °С.

Заключение

Таким образом, устройство позволяет косвенно, по отражательной способности корки судить о ее цвете, описанное устройство при дальнейшем его совершенствовании может быть использовано в схеме автоматического управления процессом выпечки для регулирования интенсивности окрашивания корки хлеба. Установлено, что наибольшая величина потемнения тестовых заготовок в печах достигается при температуре около 60 °С, дальнейшее повышение температуры поверхности изделий до 100 °С приводит к увеличению отражательной способности, вплоть до конечной температуры около 150 °С.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. 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.
2. Федотов В. А. Информационно-измерительная система определения потребительских свойств пшеницы / П. В. Медведев, В. А. Федотов // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2013. – № 3. – С. 140-145.
3. Пищевая химия / Нечаев А. П., Траубенберг С. Е., Кочеткова А. А. и др. Под ред. А. П. Нечаева. – СПб.: ГИОРД, 2001. – 592 с.
4. Ауэрман, Л. Я. Технология хлебопекарного производства / Л. Я. Ауэрман. - 9-е. - СПб.: Профессия, 2005. - 416 с.
5. Медведев, П. В. Информационно-измерительные системы управления потребительскими свойствами зерномучных товаров / П. В. Медведев, В. А. Федотов // Современные тенденции в экономике и управлении: новый взгляд : монография. – Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2013. – С. 35-51.
6. Шепелев, А. Ф. Товароведение и экспертиза электротоваров: учебное пособие для вузов / А. Ф. Шепелев, И. А. Печенежская. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2002. - 192 с.
7. Manley M. Near infrared hyperspectral imaging for the evaluation of endosperm texture in whole yellow maize (Zea maize L.) kernels / M. Manley, P. Williams, D. Nilsson et al. // Agric. Food Chem, 57. 2009.
8. Беркутова, Н. С. Микроструктура пшеницы / Н. С. Беркутова, И. А. Швецова. - М.: Колос, 1977. - 122 с.
9. Shewry P.R. Wheat / P.R. Shewry // J. Exp. Bot., 60. 2009.
10. Bradsky G. Learning OpenCV / G. Bradsky, A. Kaehler. Sebastopol : O’Reilly Media, Inc., 2008. 571 p.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Medvedev, P. V. Kompleksnaia ocenka potrebitel`skikh svoi`stv zerna i produktov ego pererabotki [Comprehensive assessment of consumer properties of grain and its processed products] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov, I. A. Bochkareva // Mezhdunarodny`i` nauchno-issledovatel`skii` zhurnal [International Research Journal]. - 2015. - № 7-1 (38). - P. 77-80. [in Russian]
2. Fedotov V. A. Informatcionno-izmeritel`naia sistema opredeleniia potrebitel`skikh svoi`stv pshenitcy` [Information and measurement system for determining the consumer properties of wheat] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov // Vestneyk Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State University]. – 2013. – № 3. – P. 140-145. [in Russian]
3. Pishchevaia himiia [Food chemistry] / Nechaev A. P., Traubenberg S. E., Kochetkova A. A. et al. ed. A. P. Nechaeva. – SPb.: GIORD, 2001. – 592 p. [in Russian]
4. Aue`rman, L. Ia. Tekhnologiia khlebopekarnogo proizvodstva [Bakery production technology] / L. Ia. Aue`rman. - 9-th edition. - SPb.: Professiia, 2005. - 416 p. [in Russian]
5. Medvedev, P. V. Informatcionno-izmeritel`ny`e sistemy` upravleniia potrebitel`skimi svoi`stvami zernomuchny`kh tovarov [Information and measurement systems for managing consumer properties of grain products] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov // Sovremenny`e tendentcii v e`konomike i upravlenii: novy`i` vzgliad : monografiia [Modern trends in economics and management: a new look: monograph]. – Orenburg: OOO «Agentstvo «Pressa», 2013. – P. 35-51. [in Russian]
6. Shepelev, A. F. Tovarovedenie i e`kspertiza e`lektrotovarov: uchebnoe posobie dlia vuzov [Commodity science and expertise of electrical goods: a textbook for universities] / A. F. Shepelev, I. A. Pechenezhskaia. - Rostov-na-Donu: Feniks, 2002. - 192 p. [in Russian]
7. Manley M. Near infrared hyperspectral imaging for the evaluation of endosperm texture in whole yellow maize (Zea maize L.) kernels / M. Manley, P. Williams, D. Nilsson et al. // Agric. Food Chem, 57. 2009.
8. Berkutova, N. S. Mikrostruktura pshenitcy` [Microstructure of wheat] / N. S. Berkutova, I. A. Shvetcova. - M.: Kolos, 1977. - 122 p. [in Russian]
9. Shewry P.R. Wheat / P.R. Shewry // J. Exp. Bot., 60. 2009.
10. Bradsky G. Learning OpenCV / G. Bradsky, A. Kaehler. Sebastopol : O’Reilly Media, Inc., 2008. 571 p.