Исследование процесса электроконтактного нагрева при производстве хлеба и совершенствование аппарата для его осуществления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Кулишов Борис Александрович

• Кулишов Борис Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Кулишов Борис Александрович

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ЭК НАГРЕВУ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ

1.1 Общие положения

1.2 Применение электроконтактного нагрева при обработке растительного сырья, жидкостей

1.3 Применение электроконтактного нагрева при обработке мяса, рыбы и фаршей, двухфазных пищевых сред

1.4 Электроконтактный нагрев при производстве хлеба - электроконтактная выпечка

1.5 Другие области применения электроконтактного нагрева

1.6 Особенности процесса электроконтактного нагрева

1.7 Постановка задач исследований

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЭК ВЫПЕЧКИ

2.1 Введение

2.2 Разработка физической модели ЭК выпечки

2.3 Математическое описание физической модели ЭК выпечки

2.4 Экспериментальное определение составляющих математической модели

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Описание экспериментальных установок

3.2 Методика проведения экспериментов по ЭК выпечке

3.3 Методы приготовления объектов исследований (тестовых заготовок) для проведения эксперимента

3.4 Методика обработки полученных данных и погрешность измерений

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

4.1 Влияние концентрации соли

4.2 Влияние концентрации соли и межэлектродного расстояния

4.3 Исследование выпечки разного количества заготовок

4.4 Результаты исследований выпечки заготовок разной длины

4.5 Исследование выпечки заготовок одинаковой массы и разных размеров в плане

4.6 Выпечка с разным покрытием электродов

4.7 Расстойка с использованием ЭК нагрева

4.8 Выпечка тостового хлеба

4.9 Влияние ЭК выпечки на сохранность функциональных ингредиентов хлеба

5 МЕТОДИКА РАСЧЕТА АППАРАТА ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ВЫПЕЧКИ

6. РАЗРАБОТКА МАШИННО-АППАРАТУРНОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ДЕКОРАТИВНОЙ ПАНИРОВОЧНОЙ КРОШКИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

РЕФЕРАТ

Актуальность темы. Развитие технологий, процессов и аппаратов пищевой промышленности в настоящее время происходит в условиях возрастающего использования энергосберегающих технологий переработки сырья, которые бы составили альтернативу традиционным процессам и в то же время сохраняли бы качество конечного продукта на высоком уровне.

Одним из наиболее широко применяемых процессов является тепловая обработка пищевых материалов, в основе которой лежат различные физические механизмы переноса тепловой энергии, в частности, теплообмен посредством механизма теплопроводности, конвекции, излучения. В мире создано большое количество реализующего эти механизмы нагрева технологического оборудования, которое имеет определенные преимущества и недостатки.

Существует возможность проведения тепловых процессов путем электроконтактного нагрева, а, применительно к хлебопекарной отрасли, в случае использования данного процесса для выпечки хлеба - ЭК выпечкой.

Электроконтактная выпечка (ЭК выпечка) является одним из самых быстрых и энергоэффективных методов производства бескоркового хлеба. Минимальная длительность процесса может составлять порядка 2 минут в зависимости от параметров тока, размеров тестовой заготовки, рецептуры и технологического режима приготовления теста, а удельные энергетические затраты на выпечку находятся в диапазоне (0,077^0,115) кВтч/кг готового хлеба. Данные факторы обуславливают перспективность применения ЭК выпечки в некотором сегменте рынка хлебобулочных изделий, например, бескоркового хлеба функционального назначения, хлеба-полуфабриката для производства панировочных сухарей, а также тостового хлеба без корки.

Степень разработанности темы. ЭК способ нагрева был объектом исследования большого количества авторов. Среди отечественных исследователей следует отметить Островского Я.Г., одного из наиболее ранних

исследователей ЭК выпечки, также работы Г. А. Сидоренко, В. П. Попова, Г. Б. Зинюхина, В. Г. Короткова, Зинюхиной А.Г., Ялалетдиновой Д.И. Среди зарубежных авторов наиболее значимые исследования ЭК выпечки принадлежат Baker J.C., Mize M.C., Junge R.C., Hoseney R.C., Moore W.R., Luyts A., Wilderjans E., Van Haesendonck I., Courtin C.M., Delcour J.A., Gally T., Rouaud O., Jury V., Le-Bail A.

Цель и задачи работы. Целью работы является исследование процесса электроконтактного нагрева и разработка конструкции аппарата при производстве бескорковых хлебобулочных изделий, а именно в проведении стадий выпечки и расстойки.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• провести, обобщить и проанализировать имеющиеся в научно-технической и патентной литературе данные по исследованию механизма электроконтактного нагрева пищевых продуктов, конструкциям лабораторных стендов и методикам проведения экспериментов, реализующим этот способ, выявить основные конструктивные и технологические параметры, отвечающие за данный процесс и составить программу исследований;

• разработать и создать экспериментальный стенд для проведения выпечки хлебных заготовок и разработать методику проведения на нем экспериментов по электроконтактному нагреву в режимах расстойки тестовой заготовки и ее выпечки;

• проанализировать влияние технологии приготовления теста на процесс электроконтактной выпечки, с определением ключевых факторов, определяющих её ход;

• определить наиболее рациональные конструктивные параметры аппарата многосекционного типа и их влияние на процесс электроконтактной выпечки в нем;

• разработать физическую модель и ее математическое описание для процесса электроконтактной выпечки;

• провести экспериментальные исследования по электроконтактному нагреву в режимах расстойки тестовой заготовки и ее выпечки;

• оценить целесообразность применения электроконтактной выпечки при производстве хлебобулочных изделий функционального назначения;

• разработать и представить машинно-аппаратурную схему производства хлебопекарной продукции, использующую электроконтактный нагрев.

Научная новизна. Положения научной новизны данной диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана и экспериментально проверена физическая модель процесса ЭК выпечки и составлено ее математическое описание;

2. Предложена и экспериментально подтверждена возможность последовательного проведения двух технологических стадий производства хлеба - расстойки теста и выпечки в ЭК аппарате;

3. Получены результаты влияния на процесс выпечки следующих факторов:

3.1. количества тестовых заготовок;

3.2. геометрические размеры рабочего объема, в частности, изменение длины при постоянной ширине и высоте заготовки;

3.3. соотношение геометрических размеров рабочего объема, а именно изменение длины и ширины заготовки при постоянной высоте и массе теста;

4. Получены величины удельного сопротивления теста и показано, что удельное сопротивление не зависит от размеров заготовки, а только от рецептуры.

Практическая значимость работы.

1. Результаты экспериментальных исследований положены в основу разработки новой машинно-аппаратурной схемы производства декоративной панировочной крошки (Патент на изобретение №RU 2 646 900 С1

«Периодический способ производства панировочной крошки и электроконтактная печь для его осуществления»).

2. Создана методика расчета, позволяющая для конкретной рецептуры теста рассчитать длительность и максимальный ток при выпечке тестовой заготовки различных размеров.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция последовательного проведения двух технологических стадий производства хлеба в одном аппарате ЭК типа;

2. Математическая модель процесса ЭК выпечки хлеба;

3. Результаты экспериментальных исследований ЭК нагрева;

4. Разработка конструкции аппарата для ЭК выпечки и расстойки хлеба;

5. Методика расчета аппарата для ЭК выпечки хлеба.

Степень достоверности результатов и апробация работы.

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается:

• уровнем экспериментальных исследований с использованием современных методов анализа и приборно-измерительной техники;

• использованием классических законов естественных наук и применением методов математической статистики при обработке экспериментальных данных;

• воспроизводимостью и адекватностью теоретических и экспериментальных результатов;

• использованием современных компьютерных программ при проведении экспериментов и обработке полученных результатов.

Основные положения диссертационной работы представлены на международных научных, научно-практических конференциях, всероссийских конгрессах и форумах:

XLVI Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2017); VI Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2017); 10-я Всероссийская научно-практическая конференция

студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2017); VIII Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», (Санкт -Петербург, 2017); XLVII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2018); VII Конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2018); XLVIII Научная и учебно-методическая конференция университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2019); VIII Конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2019); IX Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2019); XLIX научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, (Санкт-Петербург, 2020); IX Конгресс молодых ученых (КМУ), (Санкт-Петербург, 2020).

Лабораторный образец установки был экспонирован на выставке перспективных разработок на военных учениях «Запад-2017», коллектив авторов был отмечен благодарностью от ФГКВОУ ВО «Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева».

Публикации. По теме работы опубликованы 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях, 1 статья - в журнале Scopus.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы, включающей в себя 97 источников, из них 73 иностранных, приложений.

Содержание работы изложено на 307 страницах машинописного текста, содержит 51 иллюстрацию и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение данной работы описывает актуальность выбранной темы. Также в этом разделе приводится цель работы, задачи и новизна исследования и положения, выносимые на защиту.

В обзоре литературы изложена информация о физическом принципе электроконтактного нагрева, а также о применении данного способа нагрева при термической обработке различного пищевого сырья.

Математическая модель процесса ЭК выпечки

Математическое моделирование - исследование реальных явлений или процессов на основе математических моделей (ММ). Использование ММ оправдано в том случае, когда натурное исследование процесса либо невозможно, либо слишком дорого и/или трудоемко.

Целью разработки ММ процесса ЭК выпечки является корректное прогнозирование температуры тестовой заготовки в ходе её выпекания электроконтактным способом. Адекватная ММ позволит определять длительность и динамику выпечки хлеба при различных параметрах процесса и произвольных размерах тестовой заготовки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• на основе известных литературных данных по изучению ЭК нагрева тестовых заготовок, а также результатов собственных экспериментальных исследований по данной проблеме, провести оценку факторов, влияющих на этот тепловой процесс, разработать физическую и математическую модели этого процесса;

• провести численное моделирование ЭК выпечки и представить рекомендации оптимальных параметров процесса.

Разработка физической модели ЭК выпечки

Процессы теплообмена в рассматриваемом устройстве носят сложный характер, поэтому необходимо сделать ряд допущений, упрощающих решение поставленной задачи и повышающих надежность результатов расчетов. В

данном случае механизм переноса тепла в массе теста представляет собой нестационарный тепловой режим тела с внутренним источником теплоты.

Предлагаемая физическая модель построена на следующих допущениях:

1. Все ингредиенты, входящие в рецептуру тестовой заготовки, распределены по ее объему равномерно, следовательно, ее теплофизические свойства, такие как плотность, теплоемкость и теплопроводность одинаковы во всем объеме тестовой заготовки;

2. Температурное поле тестовой заготовки считается равномерным и характеризуется одним среднеобъемным значением температуры;

3. Теплообменом со стенками ячейки пренебрегаем ввиду низкой теплопроводности материала стенок и относительно малого времени выпечки;

4. Теплообмен тестовой заготовки с окружающей средой осуществляется посредством свободной конвекции и излучения через открытую поверхность заготовки, при этом коэффициент конвективно-лучистого теплообмена и температура окружающей среды считаются постоянными;

5. Площадь поверхности теплообмена и полная теплоемкость тестовой заготовки считаются постоянными величинами;

6. Напряжение переменного электрического тока, подаваемого на электроды - величина постоянная и равна 220 В;

7. Сопротивление электрическому току, проходящему через заготовку, зависит от электрофизических свойств тестовых заготовок и их геометрических размеров.

Допущение 2 обосновано тем, что выделение теплоты при однородной структуре подготовленной тестовой заготовки будет происходить равномерно по всему ее объёму.

Допущение 5 обосновано тем, что изменения площади поверхности и массы вследствие испарения влаги в процессе выпечки несущественны по отношению к исходным значениям до выпечки.

Математическое описание физической модели ЭК выпечки

Задача состоит в прогнозировании температуры заготовки в любой момент времени.

Для случая нестационарного теплового режима тела с внутренним источником теплоты дифференциальное уравнение будет иметь вид:

^ + 7 = (1)

где с - удельная теплоемкость, Дж/кг К; р - плотность, кг/м ; к -теплопроводность тестовой заготовки, Вт/мК; Ж - плотность мощности тепловыделений в заготовке, Вт/м3.

Для случая равномерного температурного поля в теле и условий теплообмена с окружающей средой, соответствующих закону Ньютона-Рихмана, уравнение (1) примет вид:

М , Г + + Ч Ж* /ЛЧ

- + т (I- 1С) = —; (2)

аБ

где С - полная теплоемкость тестовой заготовки, Дж/К; т = —— темп

нагрева, с-1; а - коэффициент конвективно-лучистого теплообмена с

2 2 окружающей средой, Вт/мК; 5 - площадь поверхности теплообмена, м ; V

объем заготовки, м3; 1С - температура окружающей среды.

Решением уравнения (2) является выражение:

t(т) = t0e~mT + mе~mT / emT (tc + ^f)dr; (3)

В ходе выпечки энергия, подводимая к электродам, расходуется на несколько процессов:

1. Нагрев массы теста с начальной температуры до температуры в 98...99 °С (Wc);

2. Частичное испарение воды, которая присутствует в тесте (WHOT);

3. Физико-химические процессы, происходящие при выпечке, такие как денатурация белка, клейстеризация крахмала и т.д. ^фх);

4. Необратимые потери теплоты в окружающую среду (W^).

Плотность мощности тепловыделений W значительно меняется в ходе выпечки, т.к. эта величина зависит от многих факторов: сопротивления заготовки, влажности, температуры, физико-химических и теплофизических свойств теста, которые, в свою очередь, зависят от температуры и ряда других факторов и тоже изменяются в течение процесса ЭК нагрева. В результате электрическая мощность, подводимая к заготовке (WOT), существенно изменяется на протяжении всего процесса.

Принимая эти факторы во внимание, составим уравнение теплового баланса для определения результирующей мощности, подводимой к заготовке:

W(t) = W31l(t) - И/фх (t) - Wcn(t) = WC (t) + Wp(t); (4)

где W(t) - полная мощность, подводимая к тестовой заготовке; W^t) -электрическая мощность; Wфх(t) - мощность, расходуемая на физико-химические процессы, протекающие во время выпечки; WC(t) - мощность, расходуемая на нагрев массы теста теплоемкостью C; Wucn(t) - мощность, расходуемая на испарение влаги; Wcp(t) - мощность, теряемая в окружающую среду во время нагрева.

Ввиду сложности и многофакторности процессов, протекающих при выпечке заготовки, установить вид функциональной зависимости (4) аналитическим путём является трудновыполнимой задачей. В настоящей работе рассмотрена возможность получить необходимые соотношения экспериментальным путём.

Экспериментальное определение составляющих математической модели

В результате эксперимента были получены графики изменения силы тока, температуры и массы испаренной влаги, которые приведены на рисунке

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процесса электроконтактного нагрева при производстве хлеба и совершенствование аппарата для его осуществления»

Длительность, с

♦ Изменение силы тока А Количество испаренной влаги ■ Изменение температуры теста

Рисунок 1 - Изменение силы тока, температуры и массы испаренной влаги

во времени выпечки

Обработкой данных, полученных в ходе эксперимента, было определено количество энергии, затраченной на выпечку в ходе эксперимента. Удельные затраты энергии для выпечки 1 кг теста после перерасчета составили 397,4 кДж/кг.

Динамика изменения температуры представлена данными одного из датчиков температуры. Это объясняется тем, что расхождение показаний с другими датчиками не превышает 4 °С, что подтверждает выполнение допущения 1 и позволяет считать температурное поле заготовки равномерным. Количество испарившейся влаги составило 5 г, что подтверждает принятое допущение 4.

Анализируя графики зависимости силы тока и температуры от времени, можно установить, что значительная часть потребляемой энергии расходуется

на физико-химические процессы. Косвенно об этом можно судить по резкому изменению электрического сопротивления заготовки. Расход энергии на нагрев заготовки составляет малую часть от потребляемой мощности:

£ = с ■ (Ьк - £0) = 1600(98 - 36) = 100 кДж/кг;

Проследим, каким образом изменялась бы температура заготовки, если вся подводимая мощность расходовалась на её нагрев W=Wэл. Зададим изменение электрической мощности через зависимость удельного электрического сопротивления р(1) тестовой заготовки от температуры:

и2 и2

( Л = = (5)

Зависимость р(1) определим на основе измеренных в ходе эксперимента значений силы тока и напряжения, размеров заготовки и температуры. Результаты расчета даны в таблице 1.

Таблица 1 - Температурная зависимость параметров заготовки

1, °с Эксперимент РэлО Ом-м Эксперимент Wэл(t) Вт/м3106 Корректировка W(t), Вт/м3106 К(1)

36 17,1 0,686 0,057 20,4

37 11,4 1,58 0,223 7,63

40 10,2 1,81 0,372 5,12

44 10,0 1,99 0,379 5,09

48 10,5 1,87 0,418 4,41

53 10,6 1,81 0,435 4,21

58 10,4 1,85 0,514 3,62

63 10,5 1,87 0,561 3,30

69 11, 1,83 0,472 3,72

74 12,2 1,69 0,647 2,46

81 13,7 1,50 0,630 2,24

88 15,8 1,32 0,651 1,88

93 18,8 1,13 0,423 2,44

97 23,1 9,37 0,249 3,37

99 29,2 7,39 0,196 3,38

Таким образом, на основе данных таблицы 1 и выражения (5) проведем решение уравнения (3) численно на модели объекта, составленной в Comsol Multiphisics. На рисунке 2 представлено изображение модели, составленной для % части установки ввиду её симметрии.

Рисунок 2 - Численная модель экспериментальной установки

Результаты численного расчета (кривая 1) и эксперимента (кривая 2) представлены на рисунке 3.

300

250

^ 200

го £1

го 150 £1 е

С

г

£ 100 50

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Длительность, с

Рисунок 3 - Результаты численного расчета температуры при нагреве заготовки и экспериментальная кривая в ходе выпечки

Анализируя расхождение температурных кривых 1 и 2, можно внести поправку в исходные данные численной модели, характеризующие зависимость мощности источника тепловыделений. Расчет поправки проводится на основе возможности оценить из экспериментальной кривой 2 мощность, расходуемую на нагрев заготовки и теплообмен с окружающей средой "ср на каждом из этапов выпечки:

Щ =---; (6)

^ = «ад-ь^ (7)

где ть т+1 - два соседних момента времени на диаграмме, рис.3; Т= (т+ г,+1)/2 - момент времени, характеризующий один из этапов выпечки с; £ - площадь поверхности теплообмена, м , а - коэффициент теплоотдачи, определяется на основе критериальных соотношений для теплообмена в условиях свободной конвекции,

Вт/м2К.

Расчет теплового потока Жср в рамках проведенного эксперимента показал, что Жср/Жэл<0.005, что позволяет для данной экспериментальной установки пренебречь этой величиной.

Опираясь на результаты вычислений по формулам (6), (7) и значение полной потребляемой электрической мощности Шэл(1) по формуле (5) можно найти суммарный расход мощности на испарение жидкости Шисп(1) и физико-химические процессы Жфх((), происходящие в ходе выпечки. Таким образом, на основе выражения (5) была получена зависимость представленная в

столбце «Корректировка» таблицы 1. Следует отметить, значения представленные в таблице 1, могут быть использовано только для заготовок с толщиной 1 и площадью поверхности теплообмена Б, соответствующими конструкции данной ячейки.

Для того чтобы разработанная тепловая модель могла быть применена для разных размеров заготовок, проведем следующее преобразование:

1) установим связь между потребляемой электрической мощностью Жэл(1) и исходными данными для тепловой модели с помощью коэффициента пропорциональности К(0:

К (О = (8)

4 ' И'элСО' '

Результат вычисления К(Х) представлен в таблице 7.

2) Выражение (8) преобразуем для нахождения плотности мощности тепловыделений Ж(1) на основе температурной зависимости удельного электрического сопротивления:

0 = ЩЩу (9)

Выражение (9) позволяет рассчитать мощность тепловыделений на тестовой заготовке в виде параллелепипеда с произвольными геометрическими размерами. В том случае, если вклад теплообмена за счет конвективно-лучистой составляющей оказывает существенное влияние, значение следует

увеличить на величину Жср, рассчитанную по выражению (7).

Результаты расчета на численной модели с мощностью рассчитанной по выражению (9), представлены кривой 3 на рисунке 5. Сравнивая кривые 2 и 3 на рисунке 5, можно отметить, что внесение поправки позволяет получить удовлетворительную сходимость результатов моделирования и эксперимента.

На рисунке 4 представлено распределение температуры в заготовке, полученное с помощью численной модели.

Анализируя полученные данные, можно отметить, что тестовая заготовка имеет температурное поле, соответствующее принятому допущению 1. Тем не менее, при обеспечении равномерности распределения температуры на практике следует учитывать, что форма тестовой заготовки не в полной мере соответствует параллелепипеду. Через приподнимающийся в ходе расстойки верх заготовки проходит меньший электрический ток, что может приводить к недостаточному разогреву этой части заготовки. Для снижения влияния этого фактора следует изготавливать ячейку с таким соотношением геометрических

размеров, чтобы площадь верхней части ячейки была в разы меньше площади поверхностей электродов, контактирующих с тестовой заготовкой. Такое решение позволяет также уменьшить отток теплоты в окружающую среду за счет уменьшения площади поверхности теплообмена.

Рисунок 4 - Результат численного моделирования на основе скорректированной

мощности источника тепловыделений

Кроме того, для снижения теплового взаимодействия со стенками ячейки (выполнения допущения 2) следует использовать теплоизоляционный материал с теплопроводностью менее 0,1 Вт/мК.

Разработанная тепловая модель позволяет определять также время выпечки заготовки т. Выполняя численное решение, следует остановить расчет при достижении требуемого уровня температуры в заготовке. Анализируя результаты экспериментов на заготовках различных размеров, было установлено, что оптимальные параметры выпечки получаются в заготовке при достижении температуры 98 °С [10]. Для проверки достоверности вычислений с помощью численной модели, были проведены эксперименты с заготовками с размерами 62х80х80, 75х65х80 и 49х150х80 мм, приготовленными по одинаковой рецептуре. В качестве исходных данных для численной модели, мощность определялась для

напряжения 220 В по выражению (9). Сравнение графиков изменения температуры, полученные моделью и экспериментом, приведены на рисунке 5.

120 100

80

<

го

g 60

го

S

и

40

20 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Длительность, с

Рисунок 5 - Сравнение результатов моделирования и эксперимента

По результатам экспериментов и моделирования был проведен статистический анализ результатов, выполненный с применением критерия Фишера в ПО Microsoft Excel. За нулевую гипотезу было принято следующее: различия между значениями температуры, рассчитанными посредством ММ и полученными в ходе эксперимента, вызваны случайными факторами, средние во всех классах равны, и метод определения значения температуры - ММ или эксперимент - не влияет на результат. По итогам расчета было определено, что расчетное значение критерия Фишера меньше, чем табличное, что дает основание принять нулевую гипотезу. Данный факт позволяет считать модель адекватной.

Результаты исследований влияния концентрации соли

Графики изменения силы тока от времени для данных опытов приведены на рисунке 6.

•

<

4

Я i т

в

t k 1 ■

i •

♦

I ОПЫТ 62X80X80 Модель 62X80X80

ОПЫТ 150X49X80 Модель 150X49X80

• ипыт /эхььхои —« Модель /эхььхои

1,5%, масса заготовки 0,53 кг 1,0%, масса заготовки 0,512 кг 0,5 %, масса заготовки 0,497 кг

200

400 600 800 1000

Длительность выпечки, с

1200

1400

Рисунок 6 - Графики изменения силы тока при различных концентрациях

соли

5

4

3

2

1

0

0

При проведении данной серии экспериментов были установлены следующие особенности протекания процесса:

1. Очень важно обеспечивать плотный контакта теста с электродами, для чего применялся специальный способ формования и разделки тестовой заготовки;

2. Использование концентраций соли в 1,5 % и 1,0 % от массы муки приводит к быстрому протеканию процесса, но чревато возникновением коротких замыканий в виде искровых разрядов между кромкой электрода и тестом;

3. Необходимость покрытия электродов тонкой пленкой растительного масла вызвана сильным прилипанием тестовой заготовки к электродам, и неудовлетворительным качеством хлеба в отсутствие масляной пленки на электродах;

4. Высокие значения концентрации соли, такие как 1,5 % от массы муки, могут приводить к чрезмерно быстрому протеканию процесса, испарению влаги из приэлектродной зоны, и, как следствие, к росту сопротивления теста и прекращению процесса выпечки, что приводит к частичной пропеченности теста;

5. Один из возможных дефектов при превышении массы тестовой заготовки до значения в 600 г - непропеченный слой теста под верхней поверхностью хлеба вследствие чрезмерно большой высоты расстоявшейся тестовой заготовки;

6. Максимальная сила тока и длительность процесса для данной серии экспериментов обратно пропорциональны друг другу: с увеличением силы тока длительность процесса сокращается.

Результаты исследований выпечки разного количества заготовок

В ходе экспериментов были получены графики изменения силы тока и температуры при выпечке от 1 до 4 тестовых заготовок размерами (Д:Ш:В) равными 100х49х80 мм. Графики вместе со схемой расположения термопар и амперметров даны на рисунках 7-10.

На основе данных, представленных на нижеприведенных графиках, а также исходя из особенностей данной серии экспериментов, можно сделать следующие выводы:

1. Максимальный ток, протекающий через одну тестовую заготовку, не зависит от числа заготовок;

2. Практически отсутствует температурные градиенты при выпечке;

3. Длительность выпечки практически не меняется в зависимости от числа заготовок, и составляет 110...125 с; различия в длительности обусловлены некоторой вариативностью массы тестовых заготовок;

Исходя из данных по изменению силы тока, можно предположить, что энергетические затраты на выпечку 1 или 4 заготовок различаются пропорционально количеству заготовок;

<Г)

5 4,5 4

3,5 < 3

яГ

£ 2,5

си е;

и 2

1,5 1

0,5 0

1 заготовка

А л —< >—

—< ►

Ж -4 А

о о * ♦

и

4

♦ Амперметр ТК1 А Температура Датчик 3 ♦ Температура Датчик 4

—^

*

—< к—

А к—

А

♦

±

* к— —А 1 1 -Ф

—<

■ГУ

4 ► Л

< о

20

40

60 80 Длительность, с

100

120

100

80

60

40

20

си

о.

>

н го о. 01

140

ТК1

Рисунок 7 - Графики изменения силы тока и температуры для выпечки 1 тестовой заготовки

чо

10 9 8 7

<г6

га

£5

га

е;

и4

(К

£

I

а

й

2 заготовки

^ В

♦ Амперметр ТК1

♦ Амперметр ТК2 ■ Амперметр ТКЗ ОТемпература Датчик1 С Температура Датчик2 А Температура ДатчикЗ ▲ Температура Датчик4

И

МП

100

80

60

40

20

40

60 80 Длительность, с

100

120

140

га

о.

>

н га о. 01

20

ТК1

И о с ? )

; С < 3 ) □ ! о

ТКЗ

ТК2

Рисунок 8 - Графики изменения силы тока и температуры для выпечки 2 тестовых заготовок

л: 1С

г 5

го

е;

и 4

20

40

60 80 Длительность, с

100

120

140

Рисунок 9 - Графики изменения силы тока и температуры для выпечки 3 тестовых заготовок

га х о

н га е; М

......

1 заготовки

Л

V

С ♦

V о в ! В и

_ —4 _ _ —А _ ж _ „ Щ а > 1 И 1 _

— — — ♦ ♦ ф 8 1 I > ■ — — — — ♦ Амперметр ТК1 ♦ Амперметр ТК2 < Амперметр ТКЗ ♦ Амперметр ТК4 ♦ Амперметр ТК5 А Температура Датчик1 А Температура Датчик2 ■ Температура ДатчикЗ ■ Температура Датчик4 ЖТемпература ДатчикБ ♦ Температура Датчикб Температура Датчик7

4 ■ ■ ■ И

» 9

а ! 1

л

♦ * X ♦

_ ■ <

р Ж А

• V

■II ♦ о

ь £ ж

■ 1 ж щ

1 > ■ О

< ►

♦ * ■ 4 т

♦ Г. < >

- п у

« 4 \ ЯК и < ► *

♦ ♦ ♦ ♦ < ►

♦ 3 ♦

У \ V Л

< ► 63 1емпература датчика

Т 1 ф < ► 0 4

I

♦ ♦ о ♦

X Л ♦

♦ А

4 у

< ► 4 ь ♦

г — ♦

л ь

^ г ж ♦

у

♦

< ►

А— - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

80

100

га

о.

>

60 га о. 01 с

ш 01

40

20

20

40

60 80 Длительность, с

100

120

140

0

0

0

0

т

0

0

С>

ТК1

0

0

я:

м

-0

Рисунок 10 - Графики изменения силы тока и температуры для выпечки 4 тестовых заготовок

4. Использование многосекционной печи для ЭК выпечки целесообразно, т.к. позволяет уменьшить материалоемкость и габариты установки без уменьшения производительности;

5. Важным фактором является минимальное различие между тестовыми заготовками по массе и рецептуре.

Последний вывод объясняется тем, что при существенном различии между массой или проводимостью соседних тестовых заготовок, у которых один из электродов - общий, может возникнуть следующая ситуация: различие в проводимости обуславливает разный темп прогрева теста. При ЭК выпечке прогрев теста неизбежно ведет к нагреву электродов до температур, близких или равных температуре теста. Таким образом, если одна из двух смежных заготовок нагревается значительно быстрее и вызывает соответствующий прогрев электрода, последний может нагреть приэлектродную зону второй тестовой заготовки, что повлечет за собой испарение влаги из приэлектродной зоны, особенно при высоких температурах. Испарение влаги неминуемо приведет к увеличению сопротивления в приэлектродной зоне, и может произойти преждевременное уменьшение силы тока через вторую заготовку, что приведет к непропеченности второй заготовки.

Результаты исследований выпечки заготовок разной длины

В ходе экспериментов были получены графики изменения силы тока и температуры тестовых заготовок размерами (Д:Ш:В) равными 100х49х80 мм, 150х49х80 мм, и 200х49х80 мм. Масса теста для экспериментов с длиной 150 и 200 мм составляла 227 и 306 г соответственно. Сводная диаграмма графиков дана на рисунке 11, с каждого графика взяты показания одного амперметра и одного датчика, т.к. разброс данных в пределах опыта невелик.

10

¡2 5

П!

Л 4

==-1|!

:

Сводная диаграмма

о

г

9999

♦♦♦

20 40 60 80 100

Длительность, с

120

140

160

80

120

100

60

40

20

180

0100х49, Амперметр ТК1 ♦ 150х49, Амперметр ТК2 ♦ 200х49,Амперметр ТК1

• 100х49, Температура Датчик 4 • 150х49, Температура Датчик6 • 200х49, Температура Датчик5

Рисунок 11 - Сводная диаграмма трех экспериментов

9

8

7

6

3

2

1

0

0

0

На основании данных графиков изменения тока и температуры в ходе ЭК выпечки можно сделать следующие выводы:

1. Графики изменения силы тока подобны друг другу;

2. Графики изменения температуры практически идентичны;

3. Длительность выпечки при одинаковой высоте заготовки и межэлектродном расстоянии, но разной длине заготовки практически не изменяется;

4. Максимальная сила тока, протекающего через заготовку, увеличивается пропорционально увеличению длины и массы заготовки;

5. Энергетические затраты на выпечку растут пропорционально увеличению длины и массы заготовки;

6. Выпечка ЭК способом формового хлеба с большим соотношением длины к высоте и ширине может представлять определенную трудность, поскольку формование продолговатых заготовок, особенно в сочетании с

необходимостью специальной формовки с отрезкой боковых сторон, нетехнологично и повторяемость масс заготовок при большом количестве выпечек может быть затруднена. Рекомендуется формовать тестовую заготовку таким образом, чтобы длина была не более чем в 3 раза больше любого другого габарита тестовой заготовки.

Исследование выпечки заготовок одинаковой массы и разных размеров в плане

В ходе экспериментов были получены графики изменения силы тока и температуры тестовых заготовок одинаковой массы размерами (Ш:Д:В) 49х100х80 мм, 62х80х80 мм и 75х65 х80 мм. Сводная диаграмма графиков изменения силы тока и температуры теста, а также схема расположения термопар и амперметров для трех экспериментов приведена на рисунке 12. Для заготовки размерами 49х100х80 мм были использованы данные из раздела по исследованию выпечки различного числа заготовок.

На основании полученных графиков изменения тока и температуры в ходе ЭК выпечки можно сделать следующие выводы:

1. Увеличение расстояния между электродами с одновременным уменьшением длины заготовки вызывает пропорциональное увеличение длительности выпечки и уменьшение силы тока;

2. Затраты энергии практически не зависят от соотношения длины и ширины заготовки, а зависят только от массы выпекаемого теста;

3. При постоянной массе, но пропорциональном увеличении расстояния между электродами и уменьшении длины заготовки длительность выпечки увеличивается, а ток уменьшается;

5

о 4-1- -Ч- о

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Длительность, с

120

♦ 49x100 Амперметр ТК1 62x80 Амперметр ТК4 ■ 75x65 Амперметр ТК1

♦ 49x100 Температура ДатчикЗ • 49x100 Температура Датчик4 ♦ 62x80 Температура Датчик1

♦ 62x80 Температура Датчик2 I 75x65 Температура ДатчикЗ 75x65 Температура Датчик4

Рисунок 12 - Сводная диаграмма трех экспериментов с разным соотношением размеров тестовых заготовок в

плане

4. Рационально стремиться к такой форме тестовой заготовки, у которой суммарная площадь поверхности контакта теста с электродами составляет половину и более общей площади поверхности тестовой заготовки, что достигается при соотношении размеров Д:Ш:В равным 2:1:2.

При увеличении расстояния между электродами влияние неоднородности теста после расстойки становится очень весомым, и растет вероятность неравномерного прогрева теста из-за флюктуаций влажности и пористости внутри теста. Таким образом, наиболее рациональное соотношение размеров такое, когда расстояние между электродами стремится к минимуму, а длина и высота заготовки стремятся к максимуму.

Выпечка с разным покрытием электродов

Для оценки влияния покрытия электродов проводилось три эксперимента по выпечке заготовки размерами (Д:Ш:В) 100х49х80 мм с постоянной массой. Различие между экспериментами состояло в том, что для первого эксперимента электроды перед укладкой теста для расстойки смачивались тонкой пленкой воды из пульверизатора, для второго эксперимента смазывались тонким слоем растительного масла, третий эксперимент проводился без какого-либо покрытия электродов.

В ходе экспериментов были получены графики изменения силы тока и температуры тестовых заготовок. Сводная диаграмма вместе со схемой расположения термопар и амперметров дана на рисунке 13.

На основании данных графиков изменения тока и температуры в ходе ЭК выпечки можно сделать следующие выводы:

1. Длительность выпечки не зависит от типа покрытия электрода;

2. Динамика нагрева тестовой заготовки практически не зависит от типа покрытия электрода;

60 80 100 Длительность, с

100

80

20

140

масляное покрытие покрытие отсутствует

и

го

о.

>

60 га о. 01

40

Ш Амперметр ТК4 (б/п) — -А— Амперметр ТК1 (масло) ♦ Амперметр ТК1 (вода)

• ДатчикЗ (вода) • Датчик4 (вода) • ДатчикБ (масло)

• Датчик8 (масло) • Датчикб (б/п) Датчик7 (б/п)

Рисунок 13 - Сводная диаграмма трех экспериментов по выпечке с разным покрытием электродов

3. Покрытие обуславливает различия в силе тока, протекающего через тестовую заготовку; покрытие электрода влияет на сопротивление зоны контакта электрода с тестом;

4. Наличие любого покрытия положительно влияет на удобство извлечения тестовой заготовки после выпечки из установки: хлеб, выпеченный без какого-либо смачивания или смазывания электродов, сильно прилипает в ходе выпечки.

Наибольшим сопротивлением, как видно из графиков изменения силы тока, обладает зона контакта без покрытия вообще. Масляное покрытие несколько уменьшает сопротивление этой зоны. Смачивание электродов водой значительнее всего уменьшает сопротивление переходной зоны.

Вода является предпочтительным вариантом покрытия электродов не только в силу эффекта снижения сопротивления, но и в силу того, что хлеб, выпеченный со смазыванием электродов маслом, обладает специфическим запахом и привкусом.

Расстойка с использованием ЭК нагрева

Одна из особенностей ЭК нагрева, а именно легкость регулирования процесса путем варьирования напряжения, обуславливает возможность применения ЭК нагрева для такой технологической стадии производства хлеба, как расстойка.

При этом, помимо осуществления нагрева, необходимо выдержать в допустимых пределах значения других технологических параметров, например, высоты подъема заготовки, структуры пористости, а также обеспечить отсутствие разрывов поверхности тестовой заготовки.

ЭК расстойку проводили в следующем режиме: подвод относительно высокого напряжения (например, 70 В) до момента достижения тестом температуры 32...34 °С, с дальнейшим понижением напряжения до значения в 20 В с целью поддержания постоянного значения температуры тестовой

заготовки; при этом обязательным условием является применение прижимной пластины и формование заготовки с обеспечением плотного контакта теста с электродами.

В ходе эксперимента были получены данные по изменению температуры в 6 точках, а также данные по скорости подъема тестовой заготовки. Результаты приведены на рисунке 14.

Рисунок 14 - Изменение температуры и высоты тестовой заготовки в ходе

ЭК расстойки

Изменение высоты тестовой заготовки происходит практически линейно в ходе расстойки. Скорость уменьшается лишь в течение последних 15 минут.

Предположительно, достаточно большой вес прижимной пластины ограничивает максимальную высоту, которой может достичь тестовая заготовка, по сравнению с экспериментом без пластины. Максимальная высота составляет 84 мм, первоначальная высота - 37 мм.

По истечении процесса расстойки к электродам было подведено напряжение 220 В для выпечки тестовой заготовки. Результаты измерения силы тока и температуры приведены на рисунке 15.

120

100

80

АААА ,ААА; ААА, ¡ААА1 'А А

Й * т '--------- ш

у м*** *****

• < **

/ ч - Г- ж. Г \

/ л Г «1 1 > г_

к с 1 г, Ч

"7 А • л г

Г J \

/ л ь • ч

/ , л V Л

»

1 р

ЛУ \

л? Л

ж \ *

ж

1 г > Р _

ч

ч ■

ч Ц

40

20

4

2,5

2

1,5

1

100

♦ Датчик 1

• Датчик 6

200

300

Длительность, с

400

500

600

Датчик 2 Датчик 7

▲ Датчик 3 Сила тока

♦ Датчик 5

Рисунок 15 - Изменение силы тока и температуры в ходе ЭК выпечки

после ЭК расстойки

3

га 60

0

0

0

Выпечка прошла успешно, динамика изменения тока и температуры несколько отличается от экспериментов с расстоянием между электродами в 101 мм. Стоит отметить, что асимптотическое уменьшение силы тока, которое наблюдалось во всех предыдущих экспериментах, в ходе данного опыта проявилось намного позже. После достижения тестом температуры в 100 °С ток снижался очень медленно. Данный факт, вероятно, может быть объяснен тем, что при расстойке с использованием ЭК нагрева и прижимной пластины достигается большая площадь соприкосновения теста с электродами, что обуславливает низкое сопротивление переходной зоны, и проявляется в более устойчивом процессе ЭК выпечки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кулишов Борис Александрович, 2021 год

Литература

1. Кулишов Б.А., Новоселов А.Г., Иващенко С.Ю., Еськов В.А. Перспективы применения электроконтактного способа выпечки хлеба // Ползуновский вестник. - 2017. - № 2. -С. 14-18.

2. Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства: учебник. - 9-е изд.; перераб. и доп. / Под общ. ред. Л.И. Пучковой. - СПб.: Профессия, 2005. -416 с.

УДК 664.65

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ ВЫПЕЧКА ХЛЕБА В ФОРМЕ С ПОДЪЕМНОЙ

ПЛАСТИНОЙ

Кулишов Б.А. (Университет ИТМО) Научный руководитель-д.т.н., профессор Новоселов А.Г.

(Университет ИТМО)

В работе исследуется электроконтактная выпечка хлеба в форме с подъемной верхней частью. Рассмотрены конструктивные аспекты формы, технологические особенности процесса, а также сравнение с выпечкой без подъемной части.

Электроконтактная (ЭК) выпечка - способ выпечки хлеба, в основе которого лежит принцип омического нагрева проводника при пропускании электрическою тока. Электроконтактная выпечка может применяться в хлебопечении для получения бескоркового хлеба и обладает рядом следующих преимуществ:

1. Высокая скорость процесса:

2. Простота аппаратурного оформления:

3. Невысокие затраты энергии на выпечку;

4. Равномерность температурного поля в объеме тестовой заготовки.

Практическое применение ЭК-выпечки может несколько затрудняться

технологическими факторами процесса, в частности, неидеальной гомогенностью теста в объеме, а также сложной геометрической формой, которую тесто принимает в ходе расстойки. В ходе расстойки при увеличении объема теста, площадь его контакта с электродами может увеличиваться непропорционально. Данный фактор способен повлиять на ход процесса выпечки, создать в зоне контакта повышенное сопротивление и в итоге привести к неполной пропеченности хлеба.

Наиболее простым решением данной проблемы является введение в конструкцию печи для ЭК-выпечки пластины, которая будет создавать умеренное давление на тесто, для создания большой площади контакта с электродами и придания формы простой геометрической фигуры - параллелепипеда.

В ходе экспериментальной работы были выполнены и испытаны следующие конструкции пластин:

1. Пластина без направляющих, свободно лежащая на тесте во время расстойки:

2. Пластина на направляющей скольжения типа стержень-втулка;

3. Пара пластин, смонтированных на обшей планке, которая установлена на линейных направляющих с линейными подшипниками качения.

Испытания показали следующие недостатки конструкции 1: пластина, лежащая на тесте, оказывает слабое давление на тесто, а отсутствие каких-либо направляющих в сочетании с некоторой начальной неравномерностью подъема теста приводит к тому, что пластина перекашивается, и подъем теста неравномерен по высоте в разных точках.

В дальнейшем была произведена доработка конструкции путем введения направляющей. На пластине устанавливался изогнутый и-образный стержень, два верхних конца которого вертикально ориентированы и входят во втулки, которые фиксируются на корпусе. Во время подъема тесга пластина центрируется за счет сопряжения поверхностей стержней и втулок, и таким образом, пластина поднимается вверх при подъеме теста, сохраняя при этом горизонтальность.

Данная конструкция зарекомендовала себя лучше, однако, имела необходимость регулировки перед каждой выпечкой. Также малейшее отклонение от параллельности двух стержней приводило к заклиниванию направляющей и остановке подъема пластины.

Существующие недостатки были учтены в следующей конструкции подъемной пластины. Впоследствии вместо направляющей типа стержень-втулка была использована

DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.01.020 УДК 664.65

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАГРЕВА В ХЛЕБОПЕЧЕНИИ: ОБЗОР

Б.А. Кулишов, А.Г. Новосёлов, С.Ю. Иващенко, Н Е. Гусаров

Работа посвящена обзору литературы по тематике электроконтактного нагрева, в частности, применению данного процесса в хлебопечении. Выполнен анализ отечественных и зарубежных источников литературы. В соответствии с литературными данными, ЭК-нагрев используется для выпечки бескоркового хлеба, зернового хлеба, бисквитного полуфабриката. Перспективным направлением является ЭК-выпечка хлеба с дальнейшей переработкой его в сухари, а также выпечка хлеба функционального назначения. Зарубежные исследователи используют ЭК-нагрев как удобный инструмент исследования свойств теста, позволяющий быстро, равномерно нагреть тесто до требуемой температуры, и за счет управления параметрами электрического тока смоделировать различную кинетику нагрева. Метод применяется для исследования процессов клейстеризации крахмала, газообразования, увеличения объема тестовой заготовки в ходе выпечки, а также для изучения роли компонентов рецептуры, таких как жиры, поверхностно-активные вещества, количество белков муки. Электроконтактный нагрев нашел применение в исследованиях газопоглотительной способности муки разных видов, в вопросах хранения хлеба, процессах переноса влаги и черствения. Помимо этого, ЭК-нагрев используется для изучения возможностей интенсификации рас-стойки тестовых заготовок и исследовании вязкостных характеристик бисквитного теста.

Ключевые слова: электроконтактная выпечка, бескорковый хлеб, бисквитный полуфабрикат, зерновой хлеб, тесто, конвективная выпечка, расстойка, сухари, механизм переноса влаги, температурный градиент.

Тепловые процессы широко распространены в пищевой и, в частности, хлебопекарной промышленности. В абсолютном большинстве случаев механизм передачи теплоты от источника тепла либо от теплоносителя к обрабатываемому сырью представляет собой теплопередачу за счет конвекции, теплопроводности, излучения, либо их комбинации.

Существует возможность проведения тепловых процессов путем омического нагрева, а применительно к хлебопекарной отрасли, часто называемого электроконтактным нагревом (ЭК).

Целью данной работы является анализ направлений применения электроконтактного нагрева в работах, посвященных исследованию свойств теста, хлеба и хлебобулочных изделий.

Сущность электроконтактного нагрева заключается в том, что сырье помещается между двумя металлическими пластинами -электродами, подключенными к сети переменного тока. За счет электропроводимости во время прохождения тока возникает выделение теплоты согласно закону, Джоуля-Ленца [1]. Данный способ позволяет быстро и равномерно нагревать тесто во всем объеме тесто-

вой заготовки; температура нагрева не превышает 100 °С, что обеспечивает отсутствие корки у готовых изделий. В большинстве случаев для ЭК-выпечки используется переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Наиболее простой и часто встречающийся вариант конструкции печи для электроконтактной выпечки показан на рисунке 1.

Электроконтактный нагрев и выпечка хлеба были объектами исследований большого количества авторов и коллективов. В работе [2] было проведено исследование возможности применения ЭК-нагрева в процессах выпечки хлеба, брожения теста, расстойки тестовых заготовок, приготовлении заварок из муки, гидротермической обработки муки; при этом также было исследование приготовление теста из муки нормального качества и из солоделой муки. В соответствии с выводами автора, было установлено, что хлеб, выпеченный ЭК-способом, имеет объем на 15-20 % больший, чем у хлеба из конвекционной печи, его пористость более мелкая и равномерная, а влажность после суточной выдержки меньшая, чем у хлеба-контроля. Градиент температур в объеме тестовой заготовки при нагреве незначителен, испарение влаги про-

исходит в конце выпечки, при достижении тестом температуры 90 °С. Наилучшие показатели готовых изделий при замесе теста из муки нормального качества обеспечиваются при напряжении тока 120 В и длительности выпечки 8-12 минут, а в случае солоделой муки оптимальным является напряжение 220 В и длительность порядка 2,5 минут. Способ ЭК-выпечки рекомендуется автором для производства бескоркового сухарного хлеба. Отмечается весомое преимущество использования ЭК-нагрева для приготовления заварок: способ позволяет равномерно прогревать заварку, обладает меньшими энергетическими затратами на процесс, а также делает возможным приготовление заварок с меньшим, нежели при обычном способе, количеством воды. Помимо этого, нагрев заварки электроконтактным способом исключает необходимость в теплоносителях (например, пар, горячая вода).

- 220 в. Я Гц

Зтщшд

Зпектрод

НежктрщюбаЬый корпус печи

Эпектрод

Рисунок 1 - Схема электроконтактной печи

Авторами [3,4] было исследовано применение электроконтактной выпечки при производстве хлеба-полуфабриката для производства сухарей. ЭК-выпечка обеспечивает у полученных сухарей отсутствие корок, более

мелкую и равномерную пористость, что положительно влияет на сушку сухарей, т.к. у них отсутствуют либо сильно снижены значения внутренних напряжений, которые приводят к растрескиванию сухарей и, как следствие, к потере товарного вида готового продукта.

Коллективом авторов [5-13] было проведено обширное исследование электроконтактной выпечки бескоркового хлеба, зернового хлеба, бисквита с варьированием рецептур, технологии приготовления теста, и др. Следует отметить, что конструкция ЭК-печи, использованной в исследованиях, отличается тем, что дает возможность создавать в пекарной камере разрежение в процессе выпечки [14].

В частности, в работе [6] указывается, что наилучшие показатели качества достигались у хлеба, выпеченного ЭК-способом по следующей рецептуре: массовая доля соли - 0,65%, сухих дрожжей - 2,0%, массовой доле влаги -50-56% при безопарном способе тестоприго-товления и продолжительности его созревания 185-200 мин. При этом выпечка велась при напряжении 220 В, расстоянии между электродами 100 мм и площади электродов 150-Ю4 мм2. Также авторы провели анализ кинетики изменения силы тока, пористости, весового и объемного выходов хлеба, влажности и степени разрежения в пекарной камере.

Статья [7] направлена на изучение ЭК-выпечки бисквитного полуфабриката с различной дозировкой муки в рецептуре. При этом компонентный состав теста был следующим, г: сахар-песок 50,0; яйца 83,5; сода 0,35, мука пшеничная высшего сорта для трех образцов 40, 60 и 80 г соответственно. За окончание выпечки бисквитного полуфабриката принимался момент достижения тестом температуры 100±2°С. В ходе исследования отслеживались следующие показатели: длительность выпечки, объем и температура. После выпечки проводилось измерение реологических параметров образцов - сжимаемости и упругости. Также были измерены физико-химические свойства готовых полуфабрикатов, а также проведена экспертная оценка органо-лептических показателей. По результатам исследования, наивысшими показателями обладал образец с максимальной дозировкой муки.

В исследовании [8] изучена ЭК-выпечка бисквитов с частичной заменой муки в рецептуре на крахмал. Для образцов использована следующая рецептура, г: сахар-песок - 50,0; яйца - 83,5, мука пшеничная высшего сорта -50. Были проведены выпечки 3 образцов: без крахмала, с заменой 10 г муки на 10 г крахмала, и с полной заменой муки крахмалом. Исследование образцов проводилось способом,

аналогичным исследованию [8]. Наиболее высокими показателями обладал образец с частичной заменой (20 %) муки крахмалом.

Исследование [9] посвящено подбору рецептуры зернового хлеба с добавлением пшенной муки, оптимальной по физико-химическим и органолептическим показателям. Авторы провели исследования с 19 образцами рецептуры зернового хлеба с варьированием процентного соотношения зерна пшеницы в рецептуре, пшеничной муки и пшенной муки. По результатам исследования, наилучшими показателями обладал образец, содержащий 70% зерна, 20% пшеничной муки и 10% пшенной муки.

В работе [10] изучен вопрос оптимизации технологических параметров, а именно модуля крупности помола зерна и продолжительности брожения зернового полуфабриката в производстве зернового хлеба с использованием ЭК-выпечки. Был проведен ортогональный двух-факторный эксперимент, по результатам получены уравнения регрессии, показывающие зависимость меяоду технологическими параметрами и комплексным показателем качества. Для каждого показателя были построены плоскости отклика, в дальнейшем путем наложения плоскостей были получены оптимальные значения технологических параметров. Оптимальными значениями крупности дробления зерна признан диапазон 2 - 2,05 мм, а продолжительности брожения - 2,1-2,2 ч.

В работе [11] даны результаты экспериментального исследования ЭК-выпечки зернового хлеба с варьированием таких технологических параметров, как использование шелушенного и нешелушенного зерна, крупность помола зерна, длительность замачивания зерна длительность брожения зернового полуфабриката. У образцов хлеба измерялось содержание витаминов В1, В2, РР и незаменимой аминокислоты лизина, а также значение гликемического индекса. Увеличение либо содержания данных нутриентов и уменьшение гликемического индекса было принято за критерий, по которому можно сравнивать различные образцы. С этой позиции авторами было установлено, что использование шелушенного зерна нецелесообразно, что уменьшение длительности замачивания целесообразно, и что увеличение модуля крупности частиц, уменьшение длительности брожения приводят к снижению содержания вышеприведенных нутриентов и гликемического индекса.

Помимо этого, был разработан комплексный показатель качества хлеба [12], выпекаемого ЭК-способом, который состоит из трех

компонентов, а именно показателя органолеп-тических свойств, показателя физико-химических свойств, и показателя биологической ценности. В первом показателе учитывается влияние внешнего вида, консистенции, вкуса и запаха готовых изделий, второй включает в себя влажность, кислотность и пористость хлеба, и в третьем отражено влияние гликемического индекса и содержание в нем витаминов В1, В2, РР и незаменимой аминокислоты лизина. Каждому фактору в показателях присваивался коэффициент весомости. Комплексный показатель рассчитывался как сумма отдельных показателей с учетом коэффициентов весомости отдельных факторов.

Статья [13] освещает вопрос использования различных способов выпечки хлеба, а именно, радиационно-конвективного, с применением ИК-излучения, в атмосфере пара, с применением ЭК-нагрева, в поле токов высокой частоты, и с комбинированием различных способов, например, в поле токов высокой частоты и ИК-излучением Авторы выделили преимущества и недостатки каждого способа. Также даны оптимальные значения технологических параметров выпечки хлеба ЭК-спосо-бом, полученные в ходе комплексных исследований ЭК-выпечки хлеба: массовая доля влаги в тесте - 50-56%, содержание соли -0,65%, сушеных дрожжей - 2%, - продолжительность созревания теста 185-200 мин (без-опарный способ), степень разрежения пекарной камеры 32-40 кПа, длительность выпечки - 3-5 мин.

В исследовании [15] приведены данные по энергетическим затратам и качеству хлебобулочных изделий, выпекаемых различными способами, в том числе электроконтактным. Авторы обосновывают целесообразность применения ЭК-выпечки для производства бескоркового хлеба и в ряде случаев бисквитного полуфабриката, основываясь на качестве конечной продукции, низких затратах энергии и высокой скорости выпечки. Также авторами разработана схема аппарата непрерывного действия для элекгро-контактной выпечки хлеба, которая представляет собой шнековый дозатор, подающий тесто в зазор между двумя ленточными транспортерами, у которых лента способна проводить электрический ток. При перемещении между двумя лентами тесто выпекается до готовности. Предусмотрена возможность получения корки посредством ИК-излучения.

Электроконтактный нагрев и выпечка являлись объектом исследований большого количества зарубежных авторов. Однако практически во всех зарубежных работах электроконтактный

нагрев теста является, прежде всего, исследовательским инструментом, который позволяет быстро, практически равномерно нагреть тесто до требуемой температуры.

Исследования [16, 17] являются первыми зарубежными работами, посвященными ЭК-нагреву хлеба; автор [16] разработал электроконтактную печь и использовал ЭК-нагрев для быстрой и равномерной выпечки теста, а в дальнейшем авторы в работе [17] изучали процессы газообразования, кпейстеризации крахмала, увеличения давления и объема в тестовой заготовке по мере роста температуры.

Авторы в работе [18] использовали усовершенствованную модель ЭК-печи, чтобы изучать влияние шортенингов и некоторых видов поверхностно-активных веществ (ПАВ) на объем, достигаемый тестом в ходе выпечки. Усовершенствование ЭК-печи состояло во введении в конструкцию патрубков для подвода инертного газа азота, который использовался как «носитель» для подсчета, выделяемого тестом углекислого газа. Авторы отмечают удобство электроконтактного нагрева для исследования свойств теста, поскольку данный способ позволяет нагреть тесто до конкретной температуры без перегрева, поскольку после прекращения подачи напряжения на электроды генерация теплоты в тесте отсутствует. В ходе исследований авторы сделали вывод, что тесто с добавлением шорте-нинга продолжает увеличиваться в объеме дольше, чем контрольное тесто, т.к. шортен-нинг воздействует на температуру кпейстеризации крахмала, повышая ее. Что касается ПАВ, то некоторые из использованных в экспериментах увеличивают объем хлеба по той же причине, что и шортенинги - с их добавлением тесто продолжает расти в объеме дольше, чем тесто-контроль.

В исследовании [19] влияние шортенингов и ПАВ на объем теста и выделяемое им количество углекислого газа было изучено на более глубоком уровне. Авторы получили данные, свидетельствующие о связи между подъемом теста и количеством углекислого газа, который выделился из теста.

В исследовании [20] ЭК-печь использовалась для исследования влияния добавки пивной дробины в рецептуру хлеба. С помощью ЭК-нагрева производилось сравнение объемов хлеба, замешанного с добавлением пивной дробины вместо части муки и контрольного образца без добавления дробины. ЭК-нагрев позволил в контролируемых одинаковых условиях нагреть тесто, имитируя стадию выпечки, и точно измерить объем хлеба у экс-

периментальных и контрольного образов (поскольку ширина и длина тестовой заготовки неизменны и ограничены габаритами ячейки ЭК-печи, то объем является функцией высоты тестовой заготовки). В ходе экспериментов выяснилось, что пивная дробина отрицательно влияет на объем тестовой заготовки. В продолжение исследования была изучена возможность нивелирования этого эффекта пивной дробины добавлением шортенинга и стеароллактилата натрия.

Дальнейшее исследование возможностей выпечки ЭК-способом было изучено авторами в статье [21]. Авторы выпекали хлеб при трех различных значениях напряжения: 75В в течение всей выпечки, 120В в течение всей выпечки, и комбинированный метод 50В (0-8 минуты), 90В (9-10 минуты), 100В (11-12 минуты), 120В (13-22 минуты). В процессе выпечки производилось измерение силы тока, проходящего через заготовку, температура в различных точках тестовой заготовки, а также количество выделившегося из теста углекислого газа способом, аналогичным приведенному в работе [3]. В работе даны важные сведения касательно роста температуры во время выпечки, наличия температурных градиентов и особенностей процесса переноса влаги в хлебе, выпеченном ЭК-способом. В частности, авторы утверждают, что скорость и максимальное значение температуры в первую очередь зависят от напряжения, подведенного к электродам. Экспериментально была подтверждена неравномерность прогрева теста: верхние и боковые слои теста в среднем имели меньшую температуру, нежели центр. Данный феномен объясняется отсутствием теплоизоляции, и как следствие, охлаждением наружных слоев путем конвекции с окружающим воздухом, и перераспределением влаги в ходе выпечки от более теплых внутренних слоев к более холодным наружным слоям теста.

Влияние количества белков муки на объем хлеба после выпечки было изучено с применением ЭК-печи в работе [22]. ЭК-печь типа, описанного в работе [3], была использована для подсчета углекислого газа, выделяющегося из теста у различных образцов. Результаты показали, что тесто, замешанное из муки с большим содержанием белка, при рас-стойке не слишком превышает объем теста с меньшим содержанием белков, но при выпечке эта разница становится значительной. При увеличенной длительности расстойки при комнатной температуре разница стала более явной: тесто с большим содержанием белков в муке поднималось быстрее и дольше, чем

тесто с меньшим содержанием белков. Это явление может быть объяснено влиянием белков на растяжимость «каркаса» теста, и конечный объем хлеба, вероятно, определяет тем, насколько «каркас» может растягиваться без разрушения.

Авторы в работе [23] исследовали механизм переноса влаги в кексах, выпеченных ЭК-способом. Рецептура теста была близка к рецептуре бисквитного теста. Кексы, полученные ЭК-выпечкой, не имели корки и позволили исследовать механизм черствения мякиша без влияния процесса перехода влаги из мякиша в корку, как это происходит в кексах при выпечке в конвекционных печах. Для корректного сравнения авторы выпекали кексы в ЭК-печи таким образом, чтобы график повышения температуры был близок к выпечке в конвективной печи. При выпечке кексов в ЭК-печи температурные градиенты в объеме кекса были значительно меньше, чем при выпечке в конвективной печи.

Целью исследования [24] было изучение влияния различных жиров и фракций муки на скорость и высоту подъема теста при нагреве в ЭК-печи. В работе изучали подъем теста, замешанного из нативной муки, из обезжиренной муки, с добавлением и без добавления шорте-нингов.

Электроконтакгный нагрев в сочетании с непрерывной колебательной вискозиметрией позволил авторам в работе [25] исследовать вязкость бисквитного теста. Следует отметить, что вязкость бисквитного теста значительно меняется при нагреве, а также зависит от долей компонентов в рецептуре. Вдобавок данное тесто очень чувствительно к деформации сдвига, что в итоге приводит к значительным трудностям в измерении вязкости. Посредством ЭК-нагрева стало возможным нагревать тесто практически без температурных градиентов, и определить влияние всех компонентов на вязкость во всех стадиях выпечки.

Работа [26] посвящена исследованию хлебопекарных свойств, а именно газопоглотительной способности различных видов муки - пшеничной, кукурузной, рисовой, и ржаной. Для подсчета количества углекислого газа, выделяющегося из муки в процессах брожения, расстойки и выпечки была использована ЭК-печь, оснащенная системой улавливания углекислого газа, подобная той, что описана в исследовании [19].

Авторы в статье [27] сравнивали хлеб, полученный посредством электроконтактной и конвекционной выпечки. Особенностью является то, что выпечка велась не при постоянно

ном напряжении 220В, как это зачастую происходит, а при различных значениях напряжения: 50В (0-1 минуты), 100В (1-8 минуты), 120V (8-14 минуты). Цель данной последовательности - имитация стадий выпечки в конвективной печи. Во время выпечки проводилось измерения температуры тестовой заготовки. Также было изучена скорость черствения хлеба, полученного выпечкой двумя способами, в течение 5 дней при хранении в полиэтиленовом пакете. За показатель черствости хлеба принималось значение силы, которое было необходимо, чтобы сжать ломоть хлеба примерно в 4 раза, с 25 мм до 6 мм. В ходе эксперимента выяснилось, что ЭК-хлеб практически не черствеет в течение 5 дней. Начальное значение силы сжатия образцов, выпеченных ЭК-способом, напрямую зависит от конечной температуры выпечки.

Исследование [28] посвящено разработке теории черствения хлеба, объединяющей влияние крахмала и глютена, а также роли жиров в рецептуре, температуры мякиша и длительности выпечки. Авторами была использована ЭК-печь, конструктивно близкая к использованной в работе [20]; отличие которой было в использовании перфорированных электродов взамен цельных. Авторы выпекали хлеб из муки нормального качества, обезжиренной муки, с добавлением и без добавления шортенинга или хлебопекарного улучшителя на основе моноглицерида. Сравнение черствения образцов происходило следующим образом: хлеб после выпечки хранился в полиэтиленовом пакете при 23°С в течение 5 дней; каждый день производилось измерение черствости, которое выражалось в силе, необходимой, чтобы сжать отрезанный ломоть хлеба при начальной толщине в 25 мм до фиксированной толщины в 6 мм с использованием специального прибора.

Статья [29] освещает сложный процесс формирования пористости хлеба при выпечке. Авторы проверили гипотезу о влиянии хлебопекарных свойств муки и скорости прогрева теста на развитие мелкой либо крупной пористости в ходе выпечки, для чего производили электроконтактную выпечку теста из разных видов муки в 5 различных режимах: медленный (0-7 минуты при 50В, 8-11 минуты при 70В, 12-24 минуты при 120В); замедленный (0-7 минуты при 50В, 8-13 минуты при 70В, 14-17 минуты при 90В, 18-22 минуты при 100В, 22-24 минуты при 120В); умеренный (0-8 минуты при 50В, 9-10 минуты при 90В, 11-12 минуты при 100В, 12-24 минуты при 120В); умеренно-быстрый (0-11 минуты при 9 В, 12-24 минуты при 120В); быстрый (0-24 мин при 120 В).

Также, для проверки предположения, что на формирование пористости влияет образование корки в ходе выпечки, авторы реализовали иную схему нагрева - 0-4 минуты при ЗОВ, 4-12 минуты при 90В, 12-24 минуты при 120В, чтобы имитировать температурный профиль, характерный для конвективной выпечки. Имитация воздействия корки на мякиш было достигнуто следующим способом - путем укладки на тестовую заготовку акриловой пластины и набора алюминиевых пластин, подобранных по размеру в соответствии с габаритами ЭК-печи. Масса пластин была такова, чтобы на поверхность теста действовало избыточное давление от 60 до 300 Па с шагом в 60 Па.

В статьях [30, 31] в качестве объекта исследования фигурировало печенье, выпекаемое из фракционированной муки; авторы изучали вопрос влияния фракций муки на качество конечного продукта, выпекая образцы из различной муки в ЭК-печи с постоянной скоростью, которая поддерживалась путем варьирования напряжения на электродах печи.

В работе [32] проведено обширное исследование ЭК-выпечки хлеба, целями которого было изучение динамики выпечки теста с различной пористостью, содержанием соли и при различной температуре, а также численное моделирование процесса ЭК-выпечки для масштабирования и развития ЭК-печи в будущем. В данном исследовании в качестве оборудования для электроконтактной выпечки была использована ячейка, конструктивно отличная от использовавшихся другими авторами. Ячейка представляла собой полипропиленовый цилиндрический контейнер, закрывающийся крышками с двух сторон; на крышках устанавливаются электроды из титана. Цилиндрический контейнер имеет 3 отверстия для подсоединения термопар, при этом отверстия располагаются вдоль оси контейнера. Ячейка для ЭК-выпечки выполнена в двух типоразмерах длины: И =98 мм и 12=61 мм, наружный и внутренний диаметры ячеек 32 и 29 мм, соответственно. Короткая ячейка имела только одно отверстие для термопары. Изучение роли соли в проводимости теста проводилось на бездрожжевом тесте с различным содержанием соли. Влияние пористости оценивалось на дрожжевом тесте с различным временем расстойки. В ходе исследования авторы выявили прямую зависимость между содержанием соли и проводимостью, а также обратную связь между пористостью и проводимостью, а также разработали математическую модель процесса, обладающую высокой точностью.

Исследование [33] посвящено изучению

ЭК-нагрева в качестве способа ускорения расстойки теста. Авторами была использована ЭК-ячейка, конструктивно близкая к исполнению установки в статье [18], с боковыми стенками из поликарбоната, крышкой и основанием из поли-ацеталя, и электродами из нержавеющей стали. Ключевым отличием данной установки является наличие прижимной перфорированной пластины, которая свободно перемещается по вертикали в двух направляющих и служит для прижима теста в ЭК-ячейке, придавая тестовой заготовке форму параллелепипеда, а также для обеспечения плотного контакта теста с электродами. Размеры ячейки выбраны таким образом, чтобы получать тестовую заготовку стандартных для тостовых сортов хлеба размеров -10x10x27 см. Управление питанием осуществлялось с помощью программируемого логического контроллера, отслеживание температуры - посредством 12-и изолированных термопар. Для сравнения ЭК-нагрева и конвекционного нагрева расстойка проводилась, вначале, путем помещения ячейки с тестовой заготовкой в рас-стойный шкаф; в ходе расстойки проводилось измерение температуры. После этого проводилась расстойка при 50В, при этом контроллер управлял питанием ячейки так, чтобы воспроизвести температурный профиль конвекционного расстойного шкафа. Затем были проведены опыты с расстойкой при различных скоростях нагрева (0.2, 0.5, 1, 5 и 10 С/мин) при напряжении 215 В и со скоростью 0,5°С/мин при напряжениях 50, 100 и 150В. Сравнение конвекционной и элекгроконтактной расстойки проводилось путем измерения скорости подъема теста, которое в данной установке являлось функцией высоты теста в ячейке. При одинаковых температурных профилях существенная разница между омическим и конвективным нагревом отсутствовала. Однако, при установке различных скоростей нагрева длительность расстойки может быть значительно уменьшена путем ускоренного прогрева теста до оптимальной температуры; таким образом, эффективность электроконтактной расстойки обуславливается отсутствием т.н. лаг-фазы при расстойке в конвекционных шкафах, которая имеет место из-за низкого температурного градиента и малого значения коэффициента теплопередачи между воздухом расстойного шкафа и тестом.

Подводя итог исследования литературных источников, можно утверждать, что электроконтактный нагрев и выпечка широко применяются для исследований в хлебопечении и для получения бескоркового хлеба благодаря таким свойствам как скорость, равномерность нагрева теста, отсутствие тепловой инерции, а также гибкость в управлении процессом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ауэрман Л. Я. Технология хлебопекарного производства: Учебник. — 9-е изд.: перераб. и доп. / Под общ. ред. Л. И. Пучковой. — СПб: Профессия, 2005. —416 е., ил

2. Островский Я.Г. Исследование процессов приготовления заварки и выпечки бескоркового хлеба электроконтактным нагревом : Дисс. ... канд. тех. наук / Я.Г. Островский. - М, 1954. - 182 с.

3. Гинзбург А. С. Современные конструкции хлебопекарных печей / А. С. Гинзбург - М. : Пи-щепромиздат, 1958. - 154 е..

4. Данилеско C.B. Производство сухарей с применением ЭК выпечки / C.B. Данилеско // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. -1985. - №12.-С. 13-14.

5. Разработка технологии производства хлеба с применением электроконтактного способа выпечки: монография / Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин, В.Г. Короткое; Оренбургский гос. унт. - Оренбург: ОГУ, 2012. - 124 с.

6. Краснова M.C. Электроконтактная выпечка как объект автоматизации / M.C. Краснова, Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, А.Г Зинюхина, Г.Б. Зинюхин // Вестник Оренбургского государственного университета. -2013.-№ 1. - С. 187-191.

7. Сидоренко Г.А. Электроконтактная выпечка бисквита / Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин, Т.В. Ханина, Э.Ш. Манеева. Межуева // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2015. - №9. - С. 182-186.

8. Попов В.П Электроконтактная выпечка бисквита с частичной заменой муки крахмалом / В.П. Попов, Г.А. Сидоренко, Г.И. Биктимирова, Г.Б. Зинюхин, Т.М. Крахмалева // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2014. - № 6. - С. 233-238.

9. Сидоренко Г.А. Электроконтактная выпечка зернового хлеба с добавкой пшенной муки / Г.А. Сидоренко, В П. Попов, Г.Б. Зинюхин, Д.И. Яв-кина, Л.В. Межуева // Вестник Оренбургского государственного университета. -2015. - №4. - С. 205209.

Ю.Ялалетдинова Д.И. Оптимизация технологических параметров и оценка экологичное™ производства зернового хлеба, выпекаемого электроконтактным способом / Д.И. Ялалетдинова, Г.А. Сидоренко. В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2010. -№ 12.-С. 87-90.

11 .Явкина Д.И. Влияние технологических параметров на качество зернового хлеба выпекаемого электроконтактным способом / Д. И. Явкина, Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин, М.С. Краснова II Вестник Оренбургского государственного университета. - 2014. - № 3. - С. 187-194.

12.Ялалетдинова Д.И. Комплексные показатели определения качества зернового хлеба электроконтактного способа выпечки / Д.И. Ялалетдинова // Вестник Оренбургского государственного университета. -2010. - № 10. - С. 179-183.

13.Сидоренко Г.А. Электроконтактный энерго-

подвод при выпеке хлеба / Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин, Д.И. Ялалетдинова, А.Г. Зинюхина // Вестник Оренбургского государственного университета. -2012. - № 1.-С. 214-221.

14.Пат. РФ 2182768, МПКА21В 1/22 (2000.01). Устройство для выпечки хлеба / Попов, В.Л. Каспе-рович, Г.А. Сидоренко, Г.Б. Зинюхин, П.В, Медведев ; заявитель и патентообладатель Оренбургский государственный университет. - №96118328/13, заяви. 12.09.1996, опубл. 27.12.1998.

15.Сухенко Ю.Г. Электроконтактный способ выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий / Ю.Г. Сухенко, В.Ю. Сухенко, Ю.И. Бойко // Хранение и переработка зерна. -2009. - №12. - С.126.

16.Baker J.С. A method and apparatus for testing dough / J.C. Baker II Cereal Chemistry. - 1939. -№16. — C.513-517.

17. Baker J .C. The effect of temperature on dough properties / J.C. Baker, M.C. Mize // Cereal Chemistry. -1939. -№16,- C.517-533.

18.Junge R. C. A mechanism by which shortening and certain surfactants improve loaf volume in bread / R. С Junge, R. С Hoseney // Cereal Chemistry. - 1981. - №58. - C.408-412.

19.Moore, W.R. The influence of shortening and surfactants on retention of carbon dioxide in bread dough / W.R. Moore, R.C. Hoseney // Cereal Chemistry. - 1986. - №63(2). - C.67-70.

20.Dreese P.C. Baking properties of the bran fraction from brewer's spent grains / P C. Dreese, R.C. Hoseney II Cereal Chemistry. - 1982. - №59(2). -C.89-91.

21 He H A critical look at electric resistance oven / H. He, R. C. Hoseney // Cereal Chemistry. - 1991. -№68(2). -C.151-155.

22.He H. Effect of quantity of wheat flour protein on bread loaf volume / H. He, R. C. Hoseney// Cereal Chemistry. - 1992. - №69 (1). - C.17-19.

23 Luyts A. Relative importance of moisture migration and amylopectin rétrogradation for pound cake crumb firming / A. Luyts, E. Wilderjans, I. Van Haes-endonck, K. Brijs, C M. Courtin, J A. Delcour II Food Chemistry. - 2013. - №141. - C.3960-3966.

24.Wayne Moore R. The effects of flour lipids on the expansion rate and volume of bread baked in a resistance oven / R. Wayne Moore, R.C. Hoseney // Cereal Chemistry - 1986. - №63 (2). - C.172-174.

25.Shelke, K. The Dynamics of Cake Baking as Studied by a Combination of Viscometry and Electrical resistance oven heating / K. Shelke, J.M. Faubion, R.C. Hoseney // Cereal Chemistry. - 1990. - №67 (6). -C.575-580.

26.He H. Gas retention of different cereal flours / H. He, R.C. Hoseney // Cereal Chemistry. - 1998. -№75 (5). - C.581-584.

27.Derde L. J. Moisture distribution during conventional or electrical resistance oven baking of bread dough and subsequent storage / L. J. Derde, S. V. Go-mand, С. M. Courtin, J. A. Delcour//Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2014. - №62. - C.6445-6453.

28.Martin Ml. A mechanism of bread firming / M L. Martin, K.J Zeleznak, R. C. Hoseney // Cereal Chemistry. - 1991. - №68 (5). - C.498-503.

29.Hayman D'Anne. Effect of pressure on crumb grain development / D'Anne Hayman, R. C. Hoseney, J. M. Faubion // Cereal Chemistry. - 1991. - №68 (4). - C.334-336.

30.Abboud A.M. Factors affecting the cookie dough flour quality / A.M. Abboud, R. C. Hoseney, J.M. Rubenthaler II Cereal Chemistry. - 1985. - №62 (2). -C.130-133.

31.Linda C. A mechanism for cookie dough setting / C. Linda Doescher, R.C. Hoseney, G.A. Milliken II Cereal Chemistry. - 1987. - №64 (3). - C.158-163.

32.Gaily T. Bread baking using ohmic heating technology / T. Gaily, O. Rouaud, V. Jury, A. Le-Bail II Journal of Food engineering. - 2016. - №190. - C.176-184.

33.Gaily T. Proofing of bread dough assisted by ohmic heating / T. Gaily, O. Rouaud, V. Jury, M. Havet, A. Oge, A. Le-Bail // Innovative Food Science and Emerging Technologies. - 2017. - №39. - C.55-62.

Кулишов Борис Александрович, аспирант 3 курса, кафедра процессов и аппаратов пищевых производств, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, ки1-¡shov.b0i.Hst.ru, Санкт-Петербург, тел. [phone].

Новоселов Александр Геннадьевич,

доктор технических наук, профессор, кафедра процессов и аппаратов пищевых производств, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, [e-mail].

Иващенко Светлана Юрьевна, магистрант 2 курса, кафедра пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, [e-mail].

Гусаров Николай Евгеньевич, магистрант 2 курса, кафедра процессов и аппаратов пищевых производств, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, [e-mail].

УДК 664.65

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО СПОСОБА ВЫПЕЧКИ ХЛЕБА

Б.А. Кулишов, А.Г. Новосёлов, С.Ю. Иващенко, В.А. Еськов

В статье обозначена актуальность исследований процесса электроконтактной выпечки в производстве хлеба различного назначения, в том числе лечебно-диетические разновидности и хлеб-полуфабрикат. Электроконтактная выпечка позволяет повысить питательную ценность хлеба, уменьшить энергетические затраты на проведение процесса выпечки, уменьшить длительность выпечки, получить хлеб без корки для применения в лечебно-диетическом рационе. Дано физическое описание процесса, выделены преимущества данного способа по сравнению с традиционным радиационно-конвективным выпеканием хлеба. Приведено описание экспериментальной установки для изучения электроконтактной выпечки, разработанной в НИУИТМО на базе кафедры процессов и аппаратов. Изложены конструктивные особенности, показана электрическая схема. Изложены результаты предварительной серии экспериментов по электроконтактной выпечке, проведенной в целях апробации установки. Указаны особенности протекания процесса, возникающие сложности и возможные дефекты хлеба при выпечке. Приведены зависимости силы тока от времени при различных концентрациях соли в рецептуре теста. Также проведен расчет энергетических затрат по итогам экспериментов, проведено сравнение с данными по энергетическим затратам из литературы для радиационно-конвективной выпечки. Изложен дальнейших план экспериментальных работ по изучению процесса.

Ключевые слова: электроконтактная выпечка, пищевая ценность хлеба, хлеб-полуфабрикат, хлеб лечебно-диетического назначения, бескорковый хлеб, энергозатраты, длительность выпечки, дефекты хлеба.

Применение в современной пищевой промышленности энергосберегающих технологий обработки сырья позволяет уменьшить издержки производства, а использование нетрадиционных методик проведения процессов, с учетом их сферы применения и оптимального конструктивного исполнения, позволяет расширить ассортимент выпускаемой продукции, выпуская бескорковый хлеб, повысить питательную ценность целевого продукта, а также в перспективе решить некоторые технологические проблемы [1].

В хлебопекарной промышленности к нетрадиционным технологиям выпечки относится электроконтактная выпечка. Сущность электроконтактного способа выпечки состоит в пропускании через тесто переменного тока путем контакта теста с металлическими пластинами-электродами [2]. Способ имеет несколько особенностей, которые обеспечивают повышенный интерес исследователей к изучению данного процесса. К таким особенностям можно отнести непосредственный нагрев сырья без использования промежуточных теплоносителей, малые энергетические затраты, более низкую температуру протекания процесса, меньшую длительность процесса.

В широко используемом способе радиа-

ционно-конвективной выпечки нагрев тестовых заготовок осуществляется посредством конвективного теплообмена с горячим воздухом и теплообмена через стенку хлебопекарной формы. Таким образом, нагрев тестовой заготовки проходит следующие стадии:

1. Нагрев промежуточного теплоносителя - воздуха; создание условий вынужденной конвекции теплоносителя с использованием вентиляторов;

2. Нагрев поверхностей хлебопекарной формы и тестовой заготовки за счет конвекции и термоизлучения от поверхностей нагрева;

3. Прогрев тестовой заготовки путем теплопередачи от наружных слоев к внутренним [3, 4].

Таким образом, можно предположить, что использование промежуточных стадий и малоэффективных механизмов теплопередачи (к которым относится теплопроводность) значительно уменьшают эффективность процесса. Более того, возникновение значительных температурных градиентов в тестовой заготовке приводит к локальному перегреву, термическому разрушению полезных нутриен-тов хлеба, витаминов, и как следствие, к общему снижению пищевой ценности [5].

Электроконтактный способ выпечки предполагает генерирование теплоты внутри ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2 2011

продукта без использования промежуточных стадий, с высокой скоростью, практически равномерно во всем объеме хлеба. При использовании данного способа температура тестовой заготовки достигает всего лишь 98 °С [2,5], в то время как температура на поверхности корки при радиационно-конвективной выпечке может достигать 180 °С [2].

Следует упомянуть, что метод непосредственного нагрева сырья при электроконтактной выпечке обуславливает значительно меньшие удельные энергетические затраты на процесс. Для радиационно-конвективного способа различные авторы упоминают следующие значения энергозатрат:

1. 0,25+0,4 кВтхч/кг [3,4];

2. 0,292+0,446 кВтхч/кг [6]

Для электроконтактной выпечки хлеба приводятся следующие значения энергетических затрат:

• (0,062+0,002) (напряжение 220 В);

• (0,077+0,005) кВт/кг (напряжение 120

В);

• (0,115+0,005) кВт/кг (напряжение 60 В)

[4,5].

Из вышеизложенных данных можно сделать вывод, что энергетические затраты на электроконтактную выпечку в 2-7 раз меньше, чем при радиационно-конвективной выпечке.

Применение способа электроконтактной выпечки целесообразно для производства хлеба лечебно-диетического назначения [6], хлеба-полуфабриката для производства сухарей [2].

Для исследования процесса электроконтактной выпечки на базе кафедры процессов и аппаратов факультета пищевых биотехнологий и инженерии Университета ИТМО была разработана экспериментальная установка, принципиальная схема которой приведена на рисунке 1.

Электроконтактная печь состоит из корпуса 1, выполненного из неэлектропроводного материала, электродов 2, установленных в пазах корпуса 1, откидного днища 3, и откидывающейся крышки с отверстиями для выхода пара и газа 4. В корпусе выполнены пазы для возможности смещения электродов и установки различных значений межэлектродного расстояния. Откидывающееся вниз днище позволяет извлекать полученный электроконтактный хлеб (ЭК-хлеб) без деформации, что немаловажно, т.к. ЭК-хлеб в силу отсутствия корки хуже держит форму и легче деформируется. Также экспериментальная установка позволяет варьировать межэлектродное расстояние в пределах от 13 мм до 101 мм с ша-

гом в 11 мм. Таким образом, установка поддается элементному масштабированию, что позволяет в дальнейшем конструировать электроконтактные печи на большую производительность.

< 1

Экспериментальная установка оснащена двумя концевыми выключателями, которые размыкают цепь при открытии крышки и/или днища, а также сигнальной лампой. Данные конструктивные элементы введены в целях

обеспечения безопасности при работе с установкой. Выводы электродов подключаются к сети 220 В 50 Гц либо к выводам ЛАТРа (рисунок 2).

В целях апробации установки и разработки методик проведения экспериментов была проведена серия предварительных опытов. При их проведении была использована рецептура теста, приведенная в таблице 1.

Приготовление теста для выпечки в электроконтактной печи проводилось следующим образом. Мука I сорта просеивалась, взвешивалась на весах. Необходимая масса соли взвешивалась, после чего соединялась с частью воды, предназначенной для замеса теста. Дрожжи хлебопекарные гранулированные взвешивались и смешивались с мукой. Все компоненты, кроме воды, смешивались в деже тестомесильной машины, после чего происходил замес с постепенным добавлением всей воды.

После замеса тесто проходило стадию брожения при температуре 30 °С и относительной влажности воздуха 70 % в течение 2 ч. По истечении первого часа производилась обминка теста. После завершения стадии брожения тесто подвергалось формованию в цилиндр длиной 28-30 см и диаметром 7-8 см, после чего цилиндр разрезался на три части так, чтобы средняя часть была в длину 10-10,5 см и массу 550±10 г (расстояние между электродами в данной серии предварительных экспериментов составляло 100 мм). Далее электроды электроконтактной печи смазывались тонкой пленой растительного масла. Сформованная тестовая заготовка в виде цилиндра помещалась между электродами так, чтобы торцовые грани цилиндра имели плотный контакт с электродами. После укладки тестовые заготовки подвергались расстойке в расстоечном шкафу при температуре 40 "С и относительной влажности 80 % в течение 1 ч. После завершения расстойки тестовая заготовка увеличивалась в объеме и заполняла пространство между электродами на 85-90 %.

Последний этап - выпечка расстояв-шихся тестовых заготовок - проходила при 16

напряжении 220 В, частота 50 Гц. Вовремя производилось измерение силы тока, протекающего через тестовую заготовку.

Для серии предварительных экспериментов в качестве варьируемого фактора эксперимента была выбрана масса соли в рецептуре теста. Были проведены следующие опыты: тс = 1,5% от массы муки, тс =15 г;

1. Шс = 1,0% от массы муки, тс =10 г;

2. тс = 0,5% от массы муки, тс =5 г.

Графики изменения силы тока от времени для данных опытов приведены на рис. 3.

Вместе с тестовыми заготовками, предназначенными для выпечки электроконтактным способом, параллельно из того же теста формовались тестовые заготовки для выпечки в радиационно-конвективной печи в качестве контроля. Расстойка тестовых заготовок проходила параллельно и в том же режиме, что и тестовые заготовки для электроконтактной выпечки.

При проведении предварительной серии экспериментов авторами данной статьи были установлены следующие особенности протекания процесса:

1. Очень важно поддерживать плотный контакт теста с электродами, для чего применяется способ формования и разделки тестовой заготовки, описанный выше;

2. Использование концентраций соли в 1,5 % и 1,0 % от массы муки приводит к быстрому протеканию процесса, но чревато возникновением коротких замыканий в виде искровых разрядов между кромкой электрода и тестом, что приводит к местному почернению поверхности теста и ухудшению органолепти-ческих показателей готового хлеба; данный факт упоминался авторами [5];

3. Необходимость покрытия электродов тонкой пленкой растительного масла вызвана сильным прилипанием тестовой заготовки к электродам, и неудовлетворительным качеством хлеба в отсутствие масляной пленки на электродах;

4. Высокие значения концентрации соли, такие как 1,5 % от массы муки, могут приводить к чрезмерно быстрому протеканию процесса, испарению влаги из приэлектродной зоны, и как следствие, к росту сопротивления теста и прекращению процесса выпечки, что приводит к непропеку;

5. Один из возможных дефектов при превышении массы тестовой заготовки до значения в 600 г - непропеченный слой теста под верхней поверхностью хлеба вследствие чрезмерно большой высоты расстоявшейся тестовой заготовки.

3. Пучкова Л. И. Технология хлеба. - М.: Колос, 2005. - 560 с.

4. Хромеенков В. М. Технологическое оборудование хлебозаводов и макаронных фабрик. -СПб. Гиорд, 2004. —496 е., ил.

5. Разработка технологии производства хлеба с применением электроконтактного способа выпечки: монография / Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин, В.Г. Короткое: Оренбургский гос. унт. - Оренбург: ОГУ, 2012. - 124 с.

6. Сухенко Ю.Г. Электроконтактный способ выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий / Ю.Г. Сухенко, В.Ю. Сухенко, Ю.И. Бойко // Хранение и переработка зерна. -2009. - №12. - С.126.

7. Краснова М.С. Электроконтактная выпечка как объект автоматизации / М.С. Краснова, Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, А.Г Зинюхина, Г.Б. Зинюхин // Вестник Оренбургского государственного университета.-2013.-№ 1. - С. 188.

Кулишов Б. А. - аспирант 1 курса, кафедра процессов и аппаратов пищевых про-

изводств, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, e-mail: [e-mail]

Новоселов А. Г. - д.т.н., профессор, кафедра процессов и аппаратов пищевых производств, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, e-mail: dekrosh&mail.ru

Иващенко С. Ю. - бакалавр 4 курса, кафедра пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, e-mail: siivashchenko@corp. ifmo. ru

Еськов В. А. - магистрант 1 курса, кафедра процессов и аппаратов пищевых производств, факультет пищевых биотехнологий и инженерии, научно-исследовательский университет ИТМО, e-mail:

[e-mail]

экономических условиях // Управлспчсское консультирование. 2014. № 12 (72). С. 16-28.

7. Бабсиков В.И.. Бушмии О.И. Модель планирования дефицита материально-технических средств/ В сборнике: Региональные аспскгы управления, экономики и права Северо-западного федерального округа России Межвузовский сборник научных трудов. Санкт-Петербург, 2015. С 30-35.

8. Бабенков A.B.. Ганай A.C. Управление запасами материально-технических средств в дефицитной ситуации // В сборнике: Современные проблемы создания и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники. Ill Всероссийская научно-практическая конференция. - Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского. Санкт-Петербург, 2016. С. 3539.

9. Бабенков A.B. Комплексная методика военно-экономического обоснования рациональных планов и способов доставки материальных средств войскам. Механизация строительства. 2016. Т. 77. № 4. С. 56-59.

РАЗДЕЛ 2. ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВОЙСК (СИЛ)

УДК 664.655.19

С.А. Громцев. д.т.н., профессор

НИИ (ВСИ МТО ВС РФ) ВЛ МТО А.Г. Новоселов, д.т.н., профессор A.C. Громцев Б.А. Кулишов НИУ ИI МО. кафедра процессов н аппаратов пищевых производств

РАЗРАБОТКА ВЫСОКО ЭФФЕКТИВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ

ВЫПЕЧКИ ХЛЕБА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАГРЕВА

Аиношним. В статье рассматривается новый способ производства пищевых продуктов, а именно разработка высокоэффективного оборудования для выпечки хлеба на основе электромагнитного электроконтактного нагрева. Эта задача является актуальной. Преимущество разработанного способа заключается в простоте конструктивного оформления технологического оборудования.

Ключевые слова. Пищевые продукты, технологическое оборудование, выпечка хлеба, элсктроконтактный нагрев, радиационно-конвекзивный способ выпечки хлеба.

Поиск новых способов производства пищевых продуктов представляет актуальную задачу для науки и заключается разработке шсргосбере! ающи х технологий их производства и простоте конструктивного оформления технологического оборудования. Решение пой важнейшей задачи касается и производства хлеба, как одного из видов пищевого продукта, потребляемого человеком практически ежедневно.

Выпечка хлеба традиционным радиационно-конвективным способом имеет следующие особенности протекания процесса, связанные с образованием корки. Процесс прогрева тестовой заготовки начинается с ее поверхности, и дальнейший перенос теплоты осуществляется за счет 1сплопроволпости. При этом в конечной фате процесса температура

96

мякиша достигает 100°С, а температура корки порядка 160^-180 °С [1]. При этом в корке, вследствие высокой температуры происходит реакция мсланоидип образования, которая обуславливает окраску конечного продукта. Следует отмегить, что присутствие корки уменьшает пищевую ценность хлеба, в частности, в процессе выпечки уменьшается содержание свободных аминокислот, из-за термическою воздействия происходит разрушение витаминов. Помимо этого, в корке под воздействием высокой температуры накапливаются продукты полимеризации жиров, полицикличсские ароматические углеводороды, различные окисные вещества. Также в корке хлеба образуются неусвоясмыс организмом соединения, которые могуг вызывать механическое раздражение стенок желудка [2].

Альтернативой радиационно-конвективныму способу выпечки хлебобулочных изделий может быть способ электроконтактной выпечки. Суть способа заключается в том, что через массу предварительно подготовленного теста пропускается переменный ток промышленной частоты. В силу своего состава и свойств, тесто обладает ионной электропроводностью. Прохождение электрического тока через тесто вызывает выделение тепловой энергии, аналогично процессам, происходящим при протекании тока но металлическим проводам. Величина энергии определяется из соотношения:

R

где W количество теплоты в единицу времени, Дж; /- сила тока. А; R - сопротивление теста. Ом; U - электрическое напряжение. В; г - время прохождения тока, с.

97

Электрокоитактный способ представляет собой прямой электроподогрев, основанный на использовании внугреннего источника тепла.

Принципиальная схема аппарата для проведения электроконтактной выпечки состоит из корпуса, выполненного из нсэлсктропроводного материала, и двух металлических электродов, которые расположены вертикально на боковых стенках корпуса (рис. 1). Тесто помещается между электродами, которые подсоединяются к сети переменного тока. При прохождении тока тесто, являющееся местным сопротивлением электрической цепи, нагревается вследствие выделения теплоты по закону Джоуля-Ленца, и выпекается до состояния хлеба.

-0

НехтощхпрШли

Рисунок I Принципиальная схема аппарата для проведения элеюрокоптакпшн выпечки

Сопротивление теста /? является функцией следующих переменных: а) расстояние между электродами: увеличение сопротивления происходит пропорционально увеличению расстояния, т.к. увеличивается длина прохождения электрического тока;

Рис. 4. Зависимость тока от времени для I -ой заготовки при межэлсктролном расстоянии 101 мм.

Рис. 5. Зависимость силы тока от времени для 2-х заготовок при межтлектродном расстоянии 101 мм.

Рис <> Зависимость силы тока от времени для 2-х заготовок при меяолект родном расстоянии 90 мм.

102

На приведенных графиках силы тока от времени выпечки прослеживается очевидная зависимость силы тока от концентрации соли, межэлектродиого расстояния и количества тестовых заготовок. При этом динамика изменения тока схожая во всех проведенных экспериментах. Для более детальною анализа, выявления точных зависимостей необходимо провести более обширные серии экспериментов. На рис. 8 приведены фото готовых изделий.

Кривые изменения силы тока для всех экспериментов имеют сходные стадии возрастания, стабилизации и убывания силы тока. Условно процесс выпечки можно разделить на следующие стадии:

1) Первая стадия, от начала выпечки до достижения первого экстремума силы тока;

2) Вторая стадия, стабилизация силы гока после первою экстремума

3) Третья стадия, повторное возрастание силы тока до второю экстремума;

4) Четвертая стадия, убывание силы тока практически до нуля.

В течение первой стадии происходит начальный прогрев теста, сила тока растет с большой скоростью, температура теста достигает порядка 60°С.

В течение второй стадии, температура увеличивается до 60-70 °С, а сила тока снижается, что видно на графике как пик силы тока. Предположительно, при этом происходит набухание белковых и углеводных компонентов теста, что приводит к уменьшению подвижности ионов и снижению электропроводности.

В третью стадию, происходит повышение температуры до 80-85 °С, а сила тока стабилизируется. В этот период, вероятно, происходит клейстсризация крахмала и уменьшение способности белков к набуханию.

103

Четвертый период, характеризуется повышением температуры до 92 95 °С. Сила тока в этот период возрастает, что можно объяснить как следствие денатурации белков и потери ими воды.

В последнюю, пятую стадию, температура повышается до 98-100 °С, а сила тока падает до минимальных значений вследствие наиболее интенсивною испарения воды. Готовносгь хлеба может быть определена моментом достижения теста температуры 98: 100 °С. Характер уменьшения силы тока нелинейный: сначала скорость уменьшения силы тока большая, после достижения значения в 5-15% от максимальной силы тока скорость уменьшения значительно падает, и ток асимптотически стремится к нулю в течение длительного времени.

За длительность процесса выпечки можно принять время от начала процесса до момента падения силы тока в 10% от максимальною значения. Длительность процесса выпечки для проведенной серии экспериментов приведена в таблице 2.

Следует отметить, что сравнение длительности выпечки следует проводить для опытов с минимальным различием в массе тестовых заготовок. В общем случае, длительность выпечки I тестовой заготовки больше на 10-15%, чем вынечка двух тестовых заготовок.

Таблица 2 Длительность выпечки

Меяолектролное расстояние, мм Приблизительная длительность выпечки, при концентрации соли, % от массы муки, сскунлы

1 заготовка 2 заготовки

0.5 1.0 0.5 1.0

101 700 400 600 400

90 400 300

Энергетические затраты на выпечку возрастают с увеличением числа тестовых заготовок, однако характер зависимости не линейный. На рис. 7 приведен график изменения силы тока для выпечки одной заготовки и двух заготовки с одинаковой рецептурой, межэлектродным расстоянием и

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫХ ТЕХНОЛОГИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Б.А. Ку.шипи!. А.Г. Новоселов, A.C. Громцев, В.А. Еськов

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, [e-mail]

Развитие процессов и аппаратов пищевой промышленности в настоящее время происходит в условиях всевозрастающего использования энергосберегающих технологий обработки сырья, которые бы составили альтернативу традиционным процессам, и в то же время сохраняли бы качество конечного продукта на высоком уровне.

Одним из наиболее часто применяемых процессов является тепловая обработка пищевых материалов, в основе которой могут лежать различные физические процессы, в частности, теплообмен посредством конвекции, теплопроводности, излучения, и др.

Существует возможность проведения тепловых процессов с использованием электроконтактного нагрева и выпечки (ЭК-обработка), которые имеют большой потенциал применения в пищевой промышленности [1].

Способ электроконтактной технологии обработки пищевого сырья заключается в пропускании через него электрического тока. При протекании электрического тока через продукт в нем, согласно закону Джоуля-Ленца, выделяется теплота, которая приводит к нагреву продукта, и таким образом, проводится тепловая обработка. Обрабатываемый продукт для успешного проведения процесса должен обладать электрической проводимостью, зачастую это обеспечивается высоким содержанием влаги в сырье и наличием свободных носителей заряда (например, ионов Na+ и С1- за счет содержания соли в продукте либо добавления ее). Конечный результат значительно зависит от условий проведения процесса -параметров тока, длительности проведения, влагосодержания и вида сырья.

Количество теплоты О, выделяющееся в процессе обработки, можно рассчитать по формуле:

0 = 12-R-r,

где / - сила тока, А;

R - сопротивление. Ом; т- время прохождения тока, с.

Электроконтактные технологии нашли свое применение как способ нагрева и доведения до кулинарной готовности сырья различного происхождения, в хлебопекарной промышленности - при проведении процессов выпечки [1, 10 - 12], расстойки теста, а также в приготовлении заварок из муки [13], в процессах электроконтактной обработки овощей [26], для производства сухарей [14, 15] в процессах экструдирования для дополнительного нагрева [16], в мясной промышленности для тепловой обработки фарша [7-9].

Характерными особенностями процесса ЭК-обработки является высокая интенсивность процесса, равномерность прогрева по объему обрабатываемого сырья, относительно невысокие энергетические затраты, относительно невысокая температура протекания процесса, что положительно влияет на сохранность полезных нутриентов. Это обуславливается рядом факторов:

• сырье, подвергаемое обработке, однородно либо перемешано до состояния однородности, носители заряда распределены равномерно в объеме;

• конструкция аппаратов для обработки, в большинстве случаев, предусматривает использование больших по площади электродов, за счет чего электрический ток протекает равномерно через поперечное сечение продукта;

• температура процесса ЭК-обработки доходит до температуры испарения влаги в продукте и не превышает 100 °С.

Применение ЭК-обработки сырья реализовано в процессе комплексной переработки овощей, в частности, овсяного корня, корня одуванчика, и т.д. [2,3]. Способ переработки

одинаков во всех источниках, и предусматривает мойку овощей, измельчение, электроконтактный нагрев, после чего происходит экстрагирование подкисленной водой при заданных параметрах, и далее процесс происходит в соответствии с технологией, описанной в источниках.

Электроконтактный нагрев как способ приготовления мясного и рыбного фарша был реализован в нескольких авторских свидетельствах на изобретение. В частности, в описании к патенту [4] указывается, что с целью получения продукта высокого качества при низких энергетических затратах свиной, говяжий или рыбный фарш помещается в герметичную емкость и подвергается воздействию переменного тока напряжением 140-340 В и силой тока 6-30 А. Также приведена формула для расчета времени обработки и эмпирические коэффициенты для различных фаршей. Особенностью конструкции емкости является упругое увеличение объема, поскольку при электроконтактной обработке фарша происходит его уплотнение, повышается температура, давление. В ходе процесса сопротивление фарша падает, он перегревается, и на электродах образуется нагар. Возможность увеличения объема емкости позволяет нивелировать этот недостаток, вдобавок этот конструктивный ход дает возможность изменять параметры тока в процессе при постоянном контакте электродов с фаршем. Герметичность емкости снижает энергозатраты на испарение влаги [4].

Несколько иной вариант использования ЭК-обработки пищевого сырья приведен в патенте [5]. Схематичное изображение приведено на рисунке 1.

Устройство содержит камеру 1 из диэлектрического материала, на противоположных стенках которой установлены два пластинчатых электрода 2. После заполнения камеры сырьем 3 она вставляется в обойму 4, также выполненную из неэлектропроводного материала. После установки камеры 1 в обойму 4 выводы электродов соединяются с электрическим разъемом 5. Электроды 2 вместе с источником питания 6, выключателем 7 и датчиком

тока 8 соединяются в замкнутую цепь

«. /

■ ■ Ж- '

Г ..!

7

iL. J

6

1---1 < г

Рисунок 1 - Устройство для приготовления пищевого сырья

Конструкция не является герметичной в целях ускоренного отвода паров испаряющейся влага, отличается простотой. Также в данном устройстве реализовано автоматическое отключение от сети электропитания По мере нафевания сырья и выпаривания влаги значение силы тока в цепи постоянно растет, а после достижения кулинарной готовности продукта значение тока начинает снижаться. При уменьшении тока до 70-80 % от максимального значения сигнал датчика разрывает цепь Предел для выключения тока устанавливается с учетом различий свойств обрабатываемою сырья

Существует конструкция для приготовления пищевого сырья, схожая с упомянутым выше устройством В соответствии с описанием к патенту [6], устройство содержит камеру, изготовленную из диэлектрических материалов, которая герметично закрывается крышкой.

Внутри камеры установлены два электрода из химически инертного материала (в соответствии с рекомендациями авторов, предпочтителен стеклоуглерод). Также внутри камеры установлено термореле и контактное реле. Электрическая схема снабжена сигнальной лампой и датчиком времени.

В данном устройстве реализована иная схема управления процессом. После заполнения рабочего объема сырьем и герметизации камеры устанавливаются значения параметров тока, и обрабатываемое сырье нагревается до температуры парообразования. После достижения температуры парообразования термореле отключает подачу напряжения на электроды, а контактное реле запускает датчик времени. Продукт достигает кулинарной готовности за счет аккумулированной теплоты в течение определенного времени, устанавливаемого датчиком времени, после чего процесс завершается, включается сигнальная лампа, что указывает на окончание процесса.

Следует отметить, что необходимость поддержания герметичности камеры разными авторами расценивается по-разному. Авторы [4] и [6] отмечают, что герметичность позволяет уменьшить энергозатраты, сохранить витамины и полезные вещества, а также улучшить консистенцию готового продукта. Напротив, в работе [5] указывается, что герметичность усложняет конструкцию, приводит к повышению давления, а также усложняет отвод паров от обрабатываемого продукта, и не позволяет однозначно провести корреляцию между влагосодержанием, значением тока в цепи и готовностью продукта.

ЭК-обработка нашла достаточно широкое применение в хлебопекарной промышленности как способ выпечки бескоркового хлеба, зернового хлеба, бисквита [1, 7]. Электроконтактная выпечка хлеба отличается рядом особенностей, которые описаны в книге [1] Тестовая заготовка, выпекаемая электроконтактным способом, практически равномерно прогревается во всем объеме, вследствие чего отсутствует температурный градиент. За счет этого тесто выпекается до состояния хлеба без корки, состоящего из мякиша, покрытого тонкой пленкой. Температура процесса достигает 97-98°С, при этом выпечка протекает во много раз быстрее, нежели при использовании радиационно-конвективного способа. Испарение влаги в процессе выпечки происходит с открытой поверхности тестовой заготовки. Невысокая по сравнению с конвективно-радиационной выпечкой (для которой температура на поверхности корки может достигать 160-180°С) температура позволяет избежать образования вредных и веществ в корке хлеба, а также сохранить полезные нутриенты и повысить биологическую ценность хлеба [7].Также следует отметить, что увеличение объема теста происходит практически до конца выпечки, и хлеб, выпеченный в электроконтактной печи, на 5-10% больше по объему, чем хлеб, выпеченный с помощью радиационно-конвек-тивного способа. Упек хлеба при использовании электроконтактной выпечки также меньше, чем при радиационно-конвективном способе. Кроме того, хлеб обладает более равномерной, по высоте мякиша, пористостью [1].

Авторы [8] приводят данные по энергетическим затратам на проведение процесса выпечки с помощью электроконтактного способа и радиационно-конвективного способа, которые приведены в табл. 1

Таблица I

Энсргстичсскис затраты. кВт<ч/кг Способ выпечки

0.077 Элсктроконтактный

0,292-0.446 Радиационно-конвсктивный

Следует отметить, что получение хлеба с использованием электроконтактного способа выпечки несколько затруднено с точки зрения традиционных потребительских требований - в частности, наличие корки является неотъемлемым атрибутом обычного хлеба.

Большое внимание было уделено в работе [9] ЭК-обработке в процессах брожения теста, расстойки тестовых заготовок, приготовлении заварок из муки, гидротермической обработки муки, и пр.

Сведения, приведенные в работе [9], указывают, что ЭК-обработка при брожении дает возможность проводить нагрев в гибко регулируемых условиях, позволяет ускорить

брожение и улучшить качество выпекаемого хлеба. Также в этой работе отмечается, что энергетические затраты на процесс невелики, порядка 5 кВт/т теста. Применить процесс ЭК-обработки можно для ускорения расстойки формованных тестовых заготовок. Указывается, что в этом случае длительность расстойки сокращается на 40-45 %. В этой же работе отмечается, что наиболее оптимально производить электроконтактную расстойку и выпечку в одном аппарате с целью уменьшения материалоемкости и упрощения конструкции.

Электроконтактный нагрев также может использоваться при производстве заварок для гидротермической обработки муки с последующей выпечкой хлеба [8]. Нагрев заварки электроконтактным способом исключает необходимость в теплоносителях (пара, горячей воды), обеспечивает интенсивный и равномерный прогрев водно-мучной смеси, при этом количество необходимой воды для приготовления заварки значительно меньше, нежели при традиционном способе. Хлеб, приготовленный с использований таких заварок, отличался большим качеством - он имел больший объем и лучшую структуру пористости [8].

Авторы [10, 11] отмечают, что электроконтактная выпечка обладает большими преимуществами при производстве хлеба-полуфабриката для производства сухарей. Отсутствие корок, более мелкая и равномерная пористость положительно сказывается на сушке сухарей, т.к. отсутствуют или сильно снижены значения внутренних напряжений, которые приводят к растрескиванию сухарей при сушке, и как следствие, к потерям готового продукта.

ЭК-обработка может применяться как способ нагрева смесей при экструдировании. В частности, в патенте на изобретение [12] приводится конструкция шестеренного экстру-дера, в котором реализована функция ЭК-обработки смеси перед экструзией. Корпус экс-трудера выполнен из неэлектропроводного материала, а рабочий орган изготовлен из проводящего материала. Также внутри корпуса установлена токопроводящая обечайка. Рабочий орган и обечайка соединены с сетью переменного тока промышленной частоты В ходе экструдирования электрическая цепь замыкается через обрабатываемую смесь, вследствие чего происходит нагрев и интенсивное тепловое и механическое воздействие, что в конечном итоге позволяет получить высокую однородность смеси и обеспечивает условия, необходимые для проведения экструзионного процесса. Однако, в патенте не приводится информации о том, как обеспечить безопасность при работе персонала с экструдерами такого типа.

Технология электроконтактного нагрева и выпечки обладает множеством преимуществ при замене традиционных способов тепловой обработки, позволяя производить продукцию высокого качества при более низких энергозатратах на процесс с использованием более простого оборудования.

Стоит отметить, что электроконтактная выпечка имеет большой потенциал при производстве декоративной панировочной крошки - продукта, предназначенного для панирования замороженных полуфабрикатов из мяса, птицы, рыбы, овощей и их смесей при обжарке и запекании, и отличающегося от панировочных сухарей наличием в составе красителя. Электроконтактная выпечка хлеба-полуфабриката для производства декоративной панировочной крошки обладает большими преимуществами Отсутствие корки, однородность структурно-механических свойств положительно влияет на пищевую ценность хлеба-полуфабриката, уменьшает долю фракции хлебной пыли на стадии измельчения, позволяет добиться заданного гранулометрического состава крошки. Температурный режим проведения электроконтактной выпечки значительно уменьшает вероятность подгорания хлеба; декоративная панировочная крошка, вырабатываемая из такого хлеба, имеет равномерную окраску без потемнений и вкраплений.

Литература

1. Ауэрман Л. Я. Технология хлебопекарного производства: Учебник. — 9-е изд.; перераб. и доп. / Под общ. ред. Л. И. Пучковой. — СПб: Профессия, 2005. — 416 е., ил

2. Пат. 2401614, МПК A23L 1/214 (2006.01). Способ комплексной переработки то-писолнечника / О. И. Квасенков, Д. В. Журавская-Скалова ; заявитель и патентообладатель О. И Квасенков - № 2009118524/10, заявл. 19.05.2010, опубл. 20.10.2010

3. Пат. 2424730 РФ, МПК A23L 1/00 (2006.01). Способ комплексной переработки скорцонера / О. И. Квасенков ; заявитель и патентообладатель О. И. Квасенков. -№ 2010110494/10, заявл. 22.03.2010,опубл. 27.07.2011.

4. Патент 1634236 СССР, МПК A23L1/025. Способ варки фаршевых продуктов / Л.Я Дембо, C.B. Никитин, П.Н. Складнев ; Государственный проектно-конструкторский институт рыбопромыслового флота. - №4420473/13, заявл. 04.05.1988, опубл. 15.03.1991.

5. Пат. 2058084 РФ, МПК A23L1/025. Электроконтактный способ приготовления пищевых продуктов / Л В. Долотовский ; заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью «Легран». - № 94 94007050, заявл. 22.02.1994, опубл. 20.04.1996.

6. Пат. 2596974 РФ, МПК A23L 5/30 (2016.01). Электроконтактный способ приготовления пищевых продуктов и устройство для его осуществления / А.К. Смирнов, заявитель и патентообладатель А.К. Смирнов - №2015105352/13, заявл. 17.02.2015, опубл. 10.09.2016.

7. Сидоренко Г.А. Электроконтактная выпечка зернового хлеба с добавкой пшенной муки / Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б Зинюхин, Д.И. Явкина, Л.В Межуева // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2015. - № 4. - С. 179.

8. Сухенко Ю.Г. Электроконтактный способ выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий / Ю.Г. Сухенко, В.Ю. Сухенко, Ю.И. Бойко // Хранение и переработка зерна. -2009.-№12.-С. 126.

9. Островский Я.Г. Исследование процессов приготовления заварки и выпечки бескоркового хлеба электроконтактным нагревом : Дисс. ... канд. тех. наук / Я.Г. Островский. -М, 1954.-182 с.

10. Гинзбург А. С. Современные конструкции хлебопекарных печей / А. С.Гинзбург- М. : Пищепромиздат, 1958. - 154 е..

11. Данилеско C.B. Производство сухарей с применением ЭК выпечки / C.B. Дани-леско // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1985. - №12. - С. 13-14

12. Пат. 2 340453 РФ, МПКВ29С 47/10 (2006.01)/В П. Попов, В. Г. Короткое, В. П. Ханин, А. Ю Рогулин ; заявитель и патентообладатель Оренбургский государственный университет. -№2007104651/12, заявл. 06.02.2007, опубл. 10.12.2008.

ГИДРОДИНАМИКА СОЛОДОВЫХ СУСПЕНЗИЙ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ТРУБАХ СТРУЙНО-ИНЖЕКЦИОННЫХ АППАРАТОВ

А.Г. Новоселов, ЮЛ. Малахов, А.А. Смирнов

Университет ИТМО, Санкт-Петербург, [e-mail]

Важнейшим условием, гарантирующим успешное развитие малых пивоваренных предприятий, является наличие на российском машиностроительном рынке универсального, технологического оборудования, позволяющего осуществлять в нем, не один, а несколько стадий технологического процесса.

Впервые такой подход был предложен группой исследователей из Университета ИТМО, которые предложили способ производства этилового спирта из крахмалосодержа-щего растительного сырья и аппарат для его осуществления [l-s-З]. Основная цель предложенного изобретения заключалась в упрощении машинно-аппаратурной схемы производства этилового спирта путем последовательного проведения основных технологических стадий водно-тепловой подготовки ячменного зерна к сбраживанию и, собственно, процесса сбраживания, непосредственно, в одном аппарате. В качестве такого универсального

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В XXI ВЕКЕ УДК 664.65

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ВЫПЕЧКИ

Б.А. Кулишов, А.Г. Новоселов, A.C. Громцев, С.Ю. Иващенко

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия

[e-mail]

Современной тенденцией развития пищевой промышленности является поиск энерго- и ресурсосберегающих технологий, которые составили бы альтернативу существующим способам и в то же время сохраняли качество конечной продукции.

Одной из таких технологий является электроконтактная выпечка хлеба и хлебобулочных изделий[1-3]. Сущность данного способа заключается в том, что тесто помещается между двумя металлическими пластинами - электродами, подключенными к сети переменного тока. Тесто обладает проводимостью и электрическим сопротивлением, и в нем, как во всяком проводнике, возникает выделение теплоты согласно закону Джоуля-Ленца. В ходе процесса тесто нагревается во всем объеме и выпекается до состояния хлеба без корки. ЭК-выпечка отличается малыми энергозатратами, высокой интенсивностью и простотой оборудования для проведения процесса.

Перспективным направлением является применение данного способа выпечки для производства панировочной крошки - продукта, используемого для панировки кулинарных изделий при их выпекании или обжаривании. Существующая технология производства панировочной крошки состоит в переработке хлеба, классифицируемого как брак (из-за неправильной формы, надломов, повреждений и проч.). Хлеб режется на части, сушится до состояния сухарей, и потом дробится до состояния крошки. Наличие корки у хлеба, используемого как сырье, приводит к образованию значительного количества пыли на этапе дробления панировочной крошки. Наличие пыли приводит к увеличенному расходу панировочной крошки, повышению запыленности производственного помещения и ухудшению условий процесса панировки.

Применение способа ЭК-выпечки позволяет получать хлеб без корки, и таким образом, решить проблему наличия пыли в панировочной крошке.

Целью работы является исследование процесса электроконтактной выпечки, изучение характера и динамики процесса, а также изучение влияния следующих факторов на длительность процесса, параметры тока, энергопотребление и достигаемое качество хлеба:

• Рецептура, в частности, влияние дозировок соли, сахара на процесс;

• Межэлектродное расстояние;

• Параметры тока, а именно влияние величины напряжения на длительность процесса и качество получаемого хлеба;

• Температура теста во время выпечки;

• Снижение значений параметров электрического тока до безопасных величин, и связь с длительностью процесса и качеством получаемого хлеба.

С целью исследования процесса электроконтактной выпечки необходимо разработать конструкцию печи для проведения исследований. Также

экспериментальная установка должна быть оснащена необходимым количеством приборов с возможностью варьирования факторов эксперимента, в частности, параметров тока, межэлектродного расстояния. Также необходимо предусмотреть соблюдение мер безопасности при проведении экспериментов. С учетом всех существующих требований была разработана конструкция печи и схема подключения электрических компонентов экспериментальной установки.

Печь выполнена из материала, обладающего электроизоляционными свойствами в целях безопасности при работе с установкой. Основными элементами является корпус, крышка, дно, и электроды, выполненные в виде пластин из нержавеющей стали. Конструкция печи предусматривает изменение межэлектродного расстояния, что осуществляется установкой электродов в пазы стенок корпуса. Большое количество пазов позволяет проводить опыты с широким диапазоном межэлектродных расстояний. Помимо этого, в целях безопасности, в конструкции предусмотрены концевые выключатели, размыкающие силовую цепь при открытии крышки и дна. Таки образом, исключается возможность поражения электрическим током. Дополнительно предусматривается лампа «Сеть», которая сигнализирует о том, что печь включена. В ходе опытов проводится измерения электрического тока, протекающего через тесто, с помощью токоизмерительных клещей.

Практическими результатами работы является создание ЗО-модели сборки электроконтактной печи, выполнение по моделям пакета конструкторской документации. По разработанным чертежам была изготовлена печь, а также набор электродов из нержавеющей стали. После сборки печи с электродами был проведен пробный эксперимент с целью проверки работоспособности конструкции.

На рис. 1 приведена часть чертежей печи, на рис. 2 изображена электрическая

33 0000000 Ж

1 12

217

2а

I

ги>

Ц-1

1 На внутренних деревянных поверхностях заусенцев. задиров и шероховатостей не допускается

2 Перекос электродов 6 направлявших не допускается

3 Выход концов крепежа во внутреннее полость печи не допускается. Ь Выбор крепежа пожет выть скорректирован изготовите/т

_

ЗКП 00.00.000 СБ

Печь злектроконтоктная б сборе Сборочный чертеж

' I гезд? 1

33 0000000 ж

В-В

ЗКП 00.00.000 СБ

Рис. 1. Фрагмент конструкторской документации для изготовления корпуса печи

Альманах научных работ молодых ученых ХЬУ! научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1

Выводы. В ходе выполнения работы произведен сбор аналитических данных, которые в дальнейшем были преобразованы их в компьютерную модель теплообменника. Цель работы создание виртуального тренажера, обеспечивающего знакомство студентов с основами теплообмена.

Литература

1. Лазарев В.Л. Робастные системы управления в пищевой промышленности: учебное пособие. -СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - 150 с.

2. Коротких А.Г. Теплопроводность материалов: учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. —

97 с.

3. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов A.A., Тонкий Е.Е. Теплопроводность жидкостей и газов. Справочные данные. - М.: Изд-во стандартов, 1978. — 472 с.

Кулишов Борис Александрович

Год рождения: 1993

Факультет пищевых биотехнологий и инженерии, кафедра процессов

и аппаратов пищевых производств, аспирант

Направление подготовки: 19.06.01 - Промышленная экология

и биотехнологии

e-mail: [e-mail]

УДК 664.655

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ДЕКОРАТИВНОЙ ПАНИРОВОЧНОЙ КРОШКИ И РАЗРАБОТКА МАШИННО-АППАРАТУРНОЙ СХЕМЫ

Кулишов Б.А.

Научный руководитель-д.т.н., профессор Новоселов А.Г.

Рассмотрено понятие декоративной панировочной крошки, отличие ее от панировочной сухарей, а также традиционная схема производства панировочных сухарей. Приведена классификация способов выпечки хлеба как сырья для производства панировочной крошки, указаны преимущества и недостатки. Обосновано применение способа электроконтактной выпечки хлеба для производства декоративной панировочной крошки.

Ключевые слова: хлеб, панировка, элсктроконтактная выпечка, декоративная панировочная крошка.

Декоративная панировочная крошка - это продукт, предназначенный для панировки кулинарных изделий при обжарке или запекании. Отличается от панировочных сухарей наличием в рецептуре красителей, за счет которых возможно производить крошку различных цветов.

Область применения данного продукта достаточно широкая: панировка полуфабрикатов из говядины, свинины, мяса птицы, рыбы, овощей и их смесей.

Применение декоративной панировочной крошки в качестве внешнего слоя при обжарке и выпечке позволяет получить высокие органолептические свойства готовых продуктов, такие как консистенция, вкус, запах, а также позволяет предотвратить чрезмерную потерю влаги, и обеспечить привлекательный внешний вид продукции. Использование современного оборудования и технологий производства, а также маркетинговые исследования и продвижение обусловили значительную популярность панированных продуктов в сетях небезызвестных ресторанов быстрого питания. Стоит отметить, что качество используемой панировки и режимов термообработки во многом влияет на органолептические качества готовой продукции, и, таким образом, вклад этого компонента нельзя недооценивать.

Альманах научных работ молодых ученых ]

ХЬУ! научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1

Требования к декоративной панировочной крошке регламентируются стандартами, используемыми для панировочных сухарей, в частности [1]. Данный стандарт регламентирует требования к производству и сырью, из которого вырабатываются панировочные сухари, а также органолептические показатели.

На данный момент существует широко распространенный способ производства декоративной панировочной крошки, когда в качестве сырья используется возвратная хлебная продукция, классифицированная как брак и не подлежащая дальнейшему сбыту. Из нее отбирается только продукция из пшеничной муки безо всяких добавок. Ассортимент регламентирован выше упомянутым стандартом. После чего из хлебной продукции получают сухари, осуществив стадию резки и сушки. Полученные сухари дробятся, затем просеиваются, и для панировки используется только соответствующая фракция сухарей [2].

При централизованном производстве декоративной панировочной крошки возможно сразу выпекать хлебные заготовки по необходимой рецептуре вместо использования брака. Дальнейший технологический процесс происходит аналогично.

Существенным недостатком данной технологии производства является использование в качестве сырья коркового хлеба, а также отсутствие в рецептуре красителей. Корка отрицательно влияет на пищевую ценность продукта. Поскольку корка - это более прочная часть хлеба, чем мякиш, на этапе измельчения сухарей для ее разрушения необходимо затратить больше механической энергии. Помимо этого, корка более хрупкая, чем мякиш, и при измельчении она превращается в хлебную пыль, которая либо отсеивается при контрольном просеивании, приводя к потерям готовой продукции, либо улетучивается с воздухом на этапе панировки, повышая запыленность производственного помещения и также вызывая потери и повышенный расход крошки.

Резюмируя данный недостаток, можно предположить иную схему производства декоративной панировочной крошки, например, с использованием бескоркового хлеба для производства хлебных заготовок.

Существует несколько способов выпечки, которые позволяют получить хлеб без корки [2]:

- выпечка в атмосфере пара (насыщенного, либо перегретого, либо комбинация этих двух режимов);

- выпечка в поле токов сверхвысокой частоты;

- выпечка электроконтактным способом.

Следует отметить, что выпечка в атмосфере пара предполагает очень большую длительность процесса (до 12 ч), и высокие энергозатраты.

Выпечка в поле свервысокой частоты позволяет получить продукцию хорошего качества, но подразумевает использование достаточно сложного оборудования.

Наибольший интерес представляет использование метода электроконтактной (ЭК) выпечки.

-^

-0

Рис. 1. Схема проведения процесса ЭК выпечки

I Альманах научных работ молодых ученых

ХЬУ1 научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1

Сущность заключается в пропускании через тестовые заготовки переменного тока промышленной частоты (рис. 1). В силу того, что тесто обладает проводимостью и электрическим сопротивлением, в нем, как и во всяком проводнике, возникает выделение теплоты в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Преимуществами данного способа выпечки является очень низкие энергозатраты по сравнению с остальными способами выпечки, высокая интенсивность процесса, и простота печей для осуществления процесса.

Отсутствие корки у готовых хлебных заготовок позволяет получить на выходе продукцию высокого качества.

На рис. 2 представлена предполагаемая машинно-аппаратурная схема производства декоративной панировочной крошки. Первая стадия - подготовка сырья: мука просеивается, очищается от металломагнитных примесей, соль и сахар разводятся в теплой воде, после чего растворы отстаиваются и фильтруются, дрожжи разводятся в воде. После чего мука взвешивается, и поступает в дежу тестомесильной машины, куда также добавляются остальные компоненты в соответствии с рецептурой. В тестомесильной машине происходит замес теста, которое после делится на куски в тестоделительной машине и направляются в расстоечный шкаф для расстойки. После расстойки тестовые заготовки загружаются в ЭК-печь и выпекаются до готовности. На следующей стадии готовый хлеб режется на куски в хлеборезке, и далее загружается в сушильный шкаф, где высушивается до состояния сухарей. Полученные сухари подвергаются дроблению до состояния крошки. После дробления крошка проходит стадию контрольного просеивания, и отправляется на упаковку.

Тестоделительня

ПросеиОател

РастОор сопи

■ Раствор сахара

Рис. 2. Машинно-аппаратурная схема производства декоративной панировочной крошки

Применение ЭК-выпечки в производстве декоративной панировочной крошки сулит много преимуществ. Для успешной реализации этого способа необходимо решить следующие задачи:

1. создание экспериментальной установки для исследования ЭК-выпечки;

2. анализ влияния рецептуры теста, в частности, дозировок соли и сахара, на параметры процесса, длительность процесса, на выход хлеба и одновременное соблюдение требований к органолептическим параметрам хлеба;

Альманах научных работ молодых ученых ]

ХЬУ! научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1

3. анализ влияния напряжения, тока, частоты тока на процесс, на выход хлеба и органолептические свойства, длительность выпечки;

4. анализ возможности снижения параметров тока до безопасных и влияние этого снижения на длительность процесса, выход хлеба, и органолептические характеристики.

Литература