Выпечка, теоретические основы выпечки

Тесто любого состава можно рассматривать, как влажное капил­лярно-пористое коллоидное тело. Под действием высокой темпера­туры тесто меняет свои физические, химические и коллоидные свойства. Комплекс процессов, происходящих при этом, называется выпечкой.
Технологическое назначение выпечки—удалить из теста избыток влаги, создать специфическую стойкую структуру и при­дать изделиям свойственный им вкус и внешний вид. Выпечку с известной условностью можно приравнять к сушке при высокой температуре.
Тесто по своей структуре является пористой, губкообразной массой, структура которой обусловена проникновением внутрь те­ста воздуха в результате замеса. Пустоты и поры являются как бы макрокапиллярами и при непосредственном соединении с водой удерживают последнюю [11].
Капиллярная влага является свободной вла­гой, легко удаляемой при выпечке. Коллоиды муки (белки и крахмал) при замешивании поглощают значительное количество воды и набухают.
В процессе набухания наблюдаются две фазы. Большая часть влаги проникает внутрь гелей осмотически, увеличивая их объем. Меньшая часть влаги адсорбируется на внешней и внутренней по­верхности мицелл, является гидратационной влагой и «обусловливает выделение тепла вследствие сжатия (контракции) набухшего белка.
Сумма осмотической и адсорбционной влаги иначе называется связанной влагой, которая более трудно удаляется в процессе вы­печки.
При переходе влаги из теста в окружающую среду пекарного пространства наблюдаются две стадии:
а) миграция влаги внутри теста (влагопроводность);
б) испарение влаги с поверхности теста, граничащей с возду­хом.
Учитывая, что для печенья, пряников и галет толщина выпека­емых изделий относительно небольшая и влажность теста невысо­кая, можно считать, что влага перемещается внутри теста происхо­дит в основном в виде пара. Скорость миграции зависит от разно­сти давления пара или от разности концентрации жидкостей. Ко­личество перемещаемой влаги в единицу времени зависит от коэф­фициента влагопроводности.
Испарение влаги с поверхности теста в основном зависит от количества влаги, подведенной из внутренних слоев.
Для изучения кинетики процесса выпечки рассмотрим типичную кривую выпечки при неизменяющемся режиме, т. е. при неизмен­ных влажности и температуре пекарного пространства, что, конеч­но, не всегда осуществимо на практике (рис. 29).
В начале процесса выпечки, т. е. в период прогревания, что соответствует отрезку кривой Wh,Wn, скорость обезвоживания29
                Рис. 29. Кривая выпечки при неизменяющемся режиме.
быстро увеличивается и по достижении некоторого максимального значения в точке Wn начинает ити на участке Wп Wr с равно­мерной скоростью. Далее на участке   скорость обезвожива­ния при постоянном режиме выпечки замедляется, в особенности после точки Wp и в случае длительной выпечки доходит до мини­мального значения.
Отрезок Wп Wr или период постоянной скорости характери­зуется тем, что в это -время происходит испарение влаги на по­верхности теста. Материал, т. е. тесто, остается настолько влаж­ным, что перемещение влаги от центральной части к поверхности происходит быстро и равномерно, в основном в виде воды. Зона испарения расположена в поверхностном слое теста.
Период постоянной скорости обезвоживания характерен только для тех сортов теста, влажность которых (Wh—начальная) выше их гигроскопической влажности (Wr,). Величина Wr для теста не установлена, но известно, что она определяется способностью те­ста связывать воду. Так как при замесе крахмал впитывает до 30% воды, а белковые вещества — до 150% от своего веса, то лишь немногие виды теста, а именно с влажностью более 30—35%, имеют на практике период постоянной скорости сушки. В этот пе­риод из теста удаляется так называемая свободная влага, т. е. вла­га капиллярная и влага, механически удерживаемая тестом в по­рах и пустотах.
Дли таких видов, как тесто для печенья и пряничное тесто, на­чальная влажность (Wн) ниже гигроскопической влажности (Wr)
и кривая выпечки с самого начала протекает в периоде падающей' скорости (Wr—Wр).
Период падающей скорости, по мнению проф. А. В. Лыкова- [11] делится на две зоны: внешней диффузии (зона влагоотдачи) и внутренней диффузии (зона влагопроводности). Скорость сушки уже зависит не только от испарения влаги с поверхности или от влагоотдачи, но и от скорости перемещения влаги внутри теста, или- от его влагопроводности. В особенности эта зависимость характерна для режима выпечки при высоких температурах и для тонких об­разцов материала, например печенья.
На границе с точкой Wr кривой зона испарения начинает по­степенно углубляться внутрь выпекаемого теста, т. е. в это время начинает образовываться корочка. При влажности,близкой к ну­лю, зона испарения доходит до середины изделия. Скорость уг­лубления поверхности зоны испарения зависит от режима сушки и коэффициента влагопроводности. Так как последний постоянен и почти не меняется с уменьшением влажности, то образование корочки зависит исключительно от температуры и времени выпечки.
В период падающей скорости выпечки из теста удаляется уже не свободная, а связанная влага, т. е. влага микрокапилляров, ос­мотическая и адсорбционная влага, прочно связанная с коллои­дами теста.
Точка Wp на кривой скорости выпечки соответствует равновес­ной влажности готового выпеченного изделия. Практически для печенья и пряников она составляет 7—7,5% при обычной относи­тельной влажности воздуха 60% и температуре 25°. На практике затяжные сорта печенья и галеты выпекаются с влажностью выше равновесной, а песочное печенье и вафли — ниже равновесной влажности.
Рассмотрим качественное влияние главных решающих факторов на процесс выпечки, а именно относительную влажность, скорость, и направление воздуха и температуру выпечки.
Проведенные в 1941 г. инж. Перельмитер работы по изучению режима пекарной камеры с относительной влажностью воздуха 11—23% показали, что эти условия приводят к повышению влаго­отдачи при выпечке печенья и пряников.
То же подтвердили в своей работе, инженеры Рапопорт и Самойлович, которые изменяли влажность пекарного пространства в интервале от 11 до 90% в различных зонах печи. Авторы при­шли к выводу, что увлажнение в первой трети печи 25—35% яв­ляется оптимальным, ускоряет выпечку и уменьшает упек изделий.
В более поздней работе Рапопорт, Истомина, Пукало и Капелинская (1948) рекомендовали режим выпечки с переменными значениями температуры и относительной влажности пекарной ка­меры, который кратко сводится к следующему.
В первый период выпечки температура камеры не должна пре­вышать 160—170° при увлажнении камеры до 40—70%. Период выпечки — около 1 минуты. Второй период выпечки — период постоянной скорости испарения, желательно проводить при макси-мальной температуре 300—400° и малой относительной влажности среды (ср=5—10%). Период Еыпечки —1,0—1,5 минуты. В треть­ем периоде выпечки, когда скорость испарения падает, режим выпечки таков: температура 180—200° и относительная влажность φ =10—15%.
Таким образом, при данном режиме, рекомендуемом авторами для затяжных сортов печенья, время выпечки сокращается до 2— 3 минут, что резко повышает производительность печи и позволяет значительно сократить размеры вновь проектируемых печей.
Применяя этот же режим с небольшими колебаниями для вы­печки сахарных сортов печенья, авторы добились сокращения вре­мени выпечки до 1,5—2 минут и для пряников — до 5,5—6,5 минут.
Эти, крайне интересные эксперименты, проведенные на полузаводской опытной печи, заслуживают самого серьезного внимания, являясь базой для обеспечения стахановских темпов работы на участке выпечки, который ранее являлся в этом отношении наибо­лее узким местом производственного процесса.
В свое время мы указывали [16], что регулирование влажно­сти воздуха в пекарном пространстве необходимо для правильной выпечки, так как в зависимости от относительной влажности воз­духа процесс удаления влаги из изделий протекает по разному Если изделия настолько быстро теряют влагу, что дегидратация внешнего слоя опережает миграцию влаги из внутренней части пе­ченья, это приводит к сжатию поверхности и образованию плотно­го слоя, затрудняющего дальнейшее удаление влаги.
Мы объясняем вышеуказанное явление тем, что в тесте, пред­ставляющем собою коллоидную систему, под действием высокой температуры образуется корочка на поверхности, более плотная для затяжных сортов и галет и менее плотная для сахарных сор­тов печенья. Диффузия влаги через плотную корочку проходит с большим затруднением, чем через тесто. Повышая влажность воздуха печного пространства, особенно в начале его, где скорость обезвоживания постоянная, зависящая исключительно от испарения с поверхности, мы не создаем препятствий в виде корочки для свободной диффузии жидкости из внутренней части теста к поверх­ности.
Увлажняя пекарное пространство в начале печи мы замедляем процесс выпечки, но это компенсируется с избытком его ускорени­ем на остальном протяжении печи и в целом общая продолжитель­ность последней все-таки понижается. Подчеркиваем, что увлаж­нение особенно ценно для затяжного печенья и галет, так как пред­отвращает коробление и растрескивание.
Влияние скорости воздуха и его направления на процесс выпеч­ки до сего времени мало исследовано. Можно лишь отметить, что повышение скорости воздуха увеличивает скорость сушки, но толь­ко и период постоянной скорости обезвоживания. В этот же период имеет значение направление воздуха. Если воздух движется пер­пендикулярно к поверхности выпекаемого изделия, то скорость обезвоживания выше, чем в случае, если он движется параллельно. Для периода падающей скорости влияние скорости воздуха и его направление теряют свое значение.
        Изменение температуры теста
Тесто подается в пекарную камеру при температуре, близкой к температуре производственного помещения, т. е. 25—35°.
Обычная техмпература специальных бисквитных печей — от 220 до 240° — иногда, при форсированной выпечке увеличивается до 300°.
Температура пекарной камеры на протяжении печи не одинако­ва. Она зависит от конструкции печи, метода обогрева и регулиро­вания температуры в зависимости от установленного технологиче­ского режима для данного вида выпекаемых изделий.
Это иллюстрируется следующими кривыми изменения темпера­туры пекарного пространства (рис. 30). Из них видно, насколько30
             Рис. 30. Кривая изменения температуры пекарного пространства.
различен тепловой режим для различного типа печей, но общим является то, что тесто, попадая в печь, начинает немедленно под­вергаться действию высокой температуры, и что нарастание температуры внутри выпекаемых изделий выражается сложной кри­вой. Хотя влажное тесто имеет и высокую теплопроводность, но из-за незначительной толщины выпекаемых изделий повышение температуры в первой фазе выпечки (от начальной температуры до точки кипения воды) происходит равномерно по всей толщине изделий и в основном зависит от времени. Чем толще выпекаемое изделие, тем длительнее первая фаза. Так, например, для дости­жения температуры, близкой к 100°, внутри выпекаемого изделия требуется для вафель около 20 секунд, для печенья — от 1,5 до 2 минут, для пирожных за все время выпечки температура лишь приближается к 100°.
Температура выпекаемых изделий не одинакова в разных точках замера: температура корочки резко отличается от температуры центральной зоны выпекаемых изделий (рис. 31).31.1
Рис. 31. Кривые изменения температуры изделий в зависимости от времени выпечки:
/—температура корочки вафель; //—температура печенья в зоне на 1 мм ниже верхней корочки: ///—то же в зоне на 3 мм ниже верхней корочки; IV—то же для центра печенья; V—температура центральной зоны пирожных.
По мнению большинства исследователей, температура внутрен­ней части печенья, галет и пряников близка к точке кипения воды. Температура корочки, в зависимости от температуры печи и вре­мени выпечки, достигает 140—180°.
                           Изменении влажности теста
Процесс выпечки можно рассматривать, как частный случай сушки при высоких температурах. Испарение влаги из теста или десорбция влаги зависит от ее перемещения из наиболее влажной центральной зоны к поверхности (корочке) и испарения в окру­жающую среду, т. е. пекарное пространство. Испарение не может продолжаться бесконечно, т. е. до полного обезвоживания теста, ибо это и не требуется, так как печенье после выпечки неминуемо* увлажнится за счет поглощения влаги из воздуха и достигнет рав­новесной влажности, составляющей около 10% при относительной влажности воздуха 60—70%. Казалось бы, этот предел является оптимальным для построения режима выпечки. Но на практике- песочные сорта печенья выпекаются до влажности 6—8%, а за­тяжные сорта и галеты — до влажности более 10—12%.
Поверхностные слои теста, теряя влагу, постепенно образуют корочку. Испарение происходит не на геометрической поверхности выпекаемых изделий, а занимает некоторый поверхностный слой,так называемую зону испарения. В период постоянной скорости ис­парения глубина зоны не изменяется. Когда тесто достигает кри­тической влажности, начинается период падающей скорости обез­воживания, и зона испарения постепенно углубляется внутрь мате­риала. Так как некоторые виды выпекаемых изделий весьма тонки, например вафли, то зона испарения быстро доходит до их сере­дины.
Выпечка прерывается раньше, чем тесто полностью лишится влаги. Поэтому выпеченные изделия в изломе показывают отличную друг от друга по влажности, цвету и структуре корочку и централь­ную часть, или мякиш.
По данным Д. С. Перельмитер влажность внутри выпечен­ных изделий распределена по зонам:
По данным С. А. Рапопорт (1948) влажность теста в условиях добавочного увлажнения в первые минуты выпечки возрастает за счет конденсации пара и поглощения его тестом, как коллоидно-ка­пиллярно-пористым материалом (рис. 32).32
Рис. 32. Кривые кинетики выпечки затяжного печенья.
По исследованиям того же автора, для затяжного печенья уста­новлено, что в момент его выемки из печи влажность центра пе­ченья выше, чем первоначальная влажность теста, примерно на 2% (рис. 33).
Автор объясняет это явление тем, что при наличии большого температурного градиента имеет место перемещение влаги от на­гретой части к холодной, или термодиффузия влаги от корочки к центральной части. Это явление подробно изложено проф. Лыко­вым [И].
В вышеуказанной работе С. А. Рапопорт были выведены кри­вые, характеризующие скорость выпечки, т. е. зависимость между33
Рис. 33. Поле влажности затяжного Рис. 34. Кривая скорости выпечки затя- печенья в момент выемки из печи. жного печенья при температуре 210°
и относительной влажности 20—25%.
влажностью материала и скоростью обезвоживания (а%/мин.„ рис. 34).
В начале процесса, т. е. в период прогревания теста, скорость выпечки быстро увеличивается и, достигнув своего предельного значения, начинает плавно снижаться по мере повышения темпера­туры и понижения влажности. Однако не все кривые скорости вы­печки одинаковы и изменяются в зависимости от режима выпечки.
            Влияние различных факторов на условия выпечки
При повышении температуры скорость выпечки увеличивается вследствие уменьшения сопротивления, создаваемого миграцией влаги.
Повышение температуры не может быть безграничным, так как в лом случае поверхность печенья начинает обугливаться, а нижележащие слои превращаются в плотную корку, затрудняющую миграцию влаги. Повышение температуры без увлажнения в на­чальной зоне выпечки скорее вредно, чем полезно. Резкое повыше­ние температуры создает условия для термодиффузии, вследствие которой будет повышаться влажность внутренней части теста.
При увеличении толщины изделий количество остающейся в них влаги, при прочих равных условиях, возрастает. Скорость выпечки обратно пропорциональна квадрату толщины выпекаемого изделия.
Чем более влажным поступает тесто для выпечки, тем влажнее оно выходит из печи.
Плотность теста играет важную роль при выпечке. Мелкопори­стое, тяжелое тесто выпекается гораздо медленнее, чем легкое, хо­рошо разрыхленное тесто.
Эту зависимость в отношении пряничного теста изучил-В.С. Липец, в результате чего им установлена зависимость вре­мени выпечки от плотности пряников при постоянной температуре,.
Температура печи 220°.
                                      Плотность (вес в г) пряников Время выпечки
327

6

мин 44

341

7

„ 10

360

7

„ 30

383

7

,, 50

395

8

„ 20

410

8

„ ■ 40

428

9

„ 00

Форма изделия и его величина также влияют на скорость вы­печки, так как последняя при прочих равных условиях пропорцио­нальна отношению поверхности к объему. Д. С Перельмитер указывает, что при равных площадях поверхностей печенья выпе­каться будет лучше то из них, у которого периметр будет относи­тельно большим. Идеальной формой в этом случае будет узкий прямоугольник.
           Физико-химические изменения состава теста при выпечке
Анализируя изменения, происходящие внутри теста при выпеч­ке, мы замечаем, что в основном они связаны с повышением тем­пературы на поверхности и внутри теста.
Первый период повышения температуры — прогревание теста. Так как изделия выпекаются на специальных листах, сплошных или дырчатых, или в формах, то прогревание идет неравномерно. Поскольку листы и формы полностью или частично являются влагоизоляцией, через которую испарения не происходит, то это обстоя­тельство увеличивает температуру испаряющейся поверхности теста и отражается На внешнем виде выпеченных изделий.
При наличии влагоизоляции у нижней поверхности скорость выпечки в целом уменьшается, но не в два раза, а значительно менее. В то же время скорость сушки, отнесенная к единице по­верхности испарения, почти удваивается.
При прогревании галетного теста в интервале 30—70° в нем усиливается энзиматическая деятельность и быстро увеличивает­ся количество продуктов гидролиза крахмала и сахаров. Энзим диастаз (или амилаза) гидролизует крахмал, образуя декстрины и мальтозу.
Максимум деятельности диастаза наблюдается в интервале 45— '65°, причем сахарообразование особенно усиливается в момент об­разования клейстера, когда зерна крахмала разрыхляются и энзи­му легче проникнуть внутрь. Инвертирующие энзимы дрожжей и муки (инвертаза) действуют при температуре не выше 80°, причем особенно энергично при 60—70°. Протеолитические энзимы, расщеп­ляющие белки на аминокислоты, имеют максимум действия при 45°. При повышении температуры внутри теста свыше 80° деятель­ность энзимов прекращается.
В первые минуты прогревания теста наблюдается быстрый рас­пад углекислого аммония при температуре, близкой к 60°:
(NH4)2СO3 = 2NH3 + Н20 + С02
При этом происходит разрыхление выпекаемого изделия. Про­дукты распада — аммиак, углекислота и вода — к концу выпечки почти целиком удаляются из теста.
В интервале 55—80° внутри выпекаемого изделия начинается частичная клейстеризация крахмала пшеничной муки и других ви­дов крахмала, дополнительно вводимых в рецептуру. Зависимость между природой крахмала, началом его клейстеризации и темпе­ратурой видна из прилагаемой таблицы.
При нагревании крахмальные зерна жадно поглощают воду, разбухают и, наконец, образуют вязкие коллоидные растворы. Крахмальный клейстер представляет собой водный раствор амило­зы, смешанный со слизистым, клейким и вязким нерастворимым амилопектином. Так как в обычном тесте воды имеется относи­тельно немного, то получается очень густой клейстер, который в дальнейшем, при охлаждении, застывает и образует плотный студень.
Из-за недостатка воды при выпечке крахмальные зерна клей- стеризуются лишь частично только с поверхности. Но крахмал об­ладает большой гигроскопичностью. Поэтому одновременно с клей- стеризацией наблюдается другой, крайне важный для выпечки, процесс дегидратации или обезвоживания клейковины.
Клейковина под действием высокой температуры выпечки сама чю себе способна обезвоживаться.
Белковые вещества муки, стойко удерживающие в себе воду в результате набухания, при нагревании свыше определенной темпе­ратуры отдают воду обратно.
Воднорастворимые белки, лейкозин и элестин свертываются при нагревании до 75—90°, причем необратимому свертыванию под­вергаются 85—90% этих белков. Основные белки муки — глиадин и глютенин — почти полностью свертываются при нагревании до температуры сверх 80°.
Так как гигроскопичность крахмала, особенно в период его клейстеризации, очень высока, не исключена возможность погло­щения крахмалом влаги, отдаваемой белками. Таким образом, внутри теста происходит перераспределение воды, и крахмал яв­ляется как бы регулятором постепенного обезвоживания выпека­емого изделия в целом, замедляя интенсивную влагоотдачу.
Белковые вещества, теряя влагу, уменьшаются в объеме, за­твердевают, становятся роговидными и теряют в дальнейшем спо­собность к набуханию, если их снова ввести в соприкосновение с водой, т. е. свертывание белков необратимо. Этим объясняется, между прочим, специфическое свойство так называемой мертвой муки и муки из отходов печенья, которые улучшают качество обыч­ных затяжных сортов печенья.
Почти одновременно со свертыванием белков в тесте наблю­дается его разрыхление углекислотой, в результате разложения ос­новного химического разрыхлителя — бикарбоната натрия;
2NaНС03 = Na2С03 + Н20 + С02
В результате выпечки печенье становится пористым, причем ос­новной твердый скелет печенья состоит из корочки, охватывающей со всех сторон губчатую массу из роговидных белков, на которых наслаивается клейстеризованный крахмал в виде густого студня и прочие виды сырья, входящие в рецептуру теста. Чем равномернее распределены поры по всей толще печенья, чем эти поры мельче и более одинаковы по размерам, тем выше качество печенья. Пло­хо промешенное, непрокатанное и невылежавшееся тесто дает пе­ченье с крупными порами, или кавернами, так как сопротивление внешне приложенным силам не одинаково в различных частях те­ста.
При температуре, близкой к 100°, т. е. к точке кипения воды, начинается обезвоживание печенья.
Наконец, последняя стадия выпечки — образование цвета или колера печенья. Температура внешнего слоя печенья достигает 140—180°. Высокая температура усиливает окрашивание корочки печенья. В тех случаях, когда мы имеем дело с тестом, изготов­ленным только из муки и воды, цветность корочки зависит от из­менения крахмала. Ниже приводится колориметрическая шкала цветности корочки такого печенья вследствие карамелизации декст­ринов, образующихся из крахмала.
Температу­ра (в °С) Процессы, происходящие в крахмале при нагревании
110—120 Образование декстринов (светлые, желтые декстрины)
130—140 Образование декстринов (коричневые декстрины)
140— 150 Образование карамели (коричневая окраска)
130—200 Продукты обжига, образующиеся при поджаривании темнокоричневая икраска)
Выше 200° Образование угля (черная пористая масса)
Но в состав обычного печенья входят многие виды сырья, ко­торые, в свою очередь, не остаются безразличными к нагреванию. На цвет или колер печенья влияют следующие факторы:
а) Наличие в печенье соды вызывает пожелтение внутренней части печенья и сообщает поверхности желтовато-розовый цвет. Очевидно, это объясняется действием соды на глюкозу. Послед­няя очень чувствительна к щелочам, даже слабым, в особенности при нагревании. Продукты распада глюкозы окрашены в коричне­вый цвет.
б) Наличие в печенье значительного количества сахаров, особен­но инверта, который уже при температуре около 100° начинает разлагаться, принимая буро-коричневый, а в сильном разведении— золотисто-желтый цвет.
Таким образом, цвет, или колер, зависит в основном от ре­цептуры печенья.
Дрожжевые галеты, в которых мало сахарозы, нет инверта и патоки и которые выпекаются при невысокой температуре, окраше­ны в золотисто-желтый цвет. Прибавление дрожжей (энзима инвертазы) усиливает окраску.
Песочные сорта печенья с большим содержанием сахарозы и глюкозы при наличии соды, выпекающиеся при высокой температу­ре, окрашиваются в коричнево-желтый цвет. Мятный пряник без соды, со значительным количеством сахарозы и выпекающийся при невысокой температуре, фактически почти не окрашивается.
Затяжные сорта печенья и галет рекомендуются в начале вы­печки обдувать паром или смачивать водой, молоком или смесью молока и яиц. При этом образующиеся при выпечке декстрины растворяются и образуют на поверхности изделия тонкую глянце­вую корочку, улучшающую внешний вид изделия. Изменения цвета белка не изучены, но известно, что при сильном нагревании проис­ходит отщепление летучих азотистых веществ, частичное разложе­ние белка и его потемнение.
Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы