Измерения и управление процессом выпечки

Измерения и управление процессом выпечки

Выше было показано, как на развитие структуры изделия, изменение его влажности и окрашивание влияют нагрев и температурные параметры. В печах различных типов предусмотрены средства для установки температур отдельных зон, для изменения сте­пени турбулентности воздуха, для задания тепла, направленного на верх и низ ленты и для установки уровня удаления газов. В разделе 38.4 приведены некоторые сведения о типичном температурном профиле для производства разных видов изделий. Ниже мы остановимся на том, как обеспечить оптимальные условия в той или иной стадии вы­печки и как эти условия поддерживать.

Хотя печи для печенья имеют несколько независимо контролируемых зон, обыч­но присутствует значительное перемещение воздуха из одной зоны в другую, посколь­ку поступление воздуха для замещения выпущенного специально не регулируется. До­вольно часто можно наблюдать сильную тягу в печь — как со стороны загрузочного отверстия, так и на выходе печи. Это уменьшает эффективную длину печи, поскольку в печь поступает холодный воздух. Для регулирования важна целостность зоны. Та­кая конструкция предусматривает контроль давлений в каждой зоне и поддержание их одинаковыми. Свежий воздух, поступающий в печь для замены воздуха, удален­ного в каждой зоне, входит в печь и до поступления в печную камеру нагревается. Преимущества для точного контроля очевидны — единственная опасность заключа­ется в том, что внезапное падение температуры, претерпеваемое тестовой заготовкой при прохождении из одной зоны в другую, может повлиять на структуру изделий, вызвав оседание.

Средства управления печами обычно бывают откалиброваны не слишком точно, и зачастую, несмотря на линейность их шкал, действуют они нелинейно. Это особенно касается, например, заслонок для отвода газов (см. раздел 38.5). Очень мало печей оснащены какой-либо индикацией влажности или скорости движения воздуха, и в большинстве случаев термометры или термопары, используемые для определения со­стояния атмосферы печи, немногочисленны и расположены так, что они дают очень мало информации об условиях непосредственно рядом с выпекаемыми тестовыми за­готовками.

Поскольку в печи имеется только по одному смотровому люку на зону, понятно, что возможности пекаря для визуального контроля условий в печи очень ограничены. Поэтому пекарь должен полагаться на свой опыт, чтобы, контролируя выходящее из печи изделие, определить, работают ли разные зоны его печи так, как он хочет. Факти­чески «оптимальные» условия работы печи устанавливаются методом проб и ошибок, и опытные операторы производят необходимые настройки ежедневно или вводят из­менения опытным путем.

Условия рядом с изделиями могут быть измерены путем перемещения датчика или серии датчиков через печь и записи изменений температуры. Самый простой вариант — использование термопары на конце легкого двухжильного провода, изоли­рованного жаропрочной пластмассой. Эта термопара перемещается вдоль печи, а затем быстро возвращается обратно (как леска на спиннинге) через всю печь или отключает­ся от самопишущего прибора. Достоинством этого метода является быстрое получение профиля температуры и то, что последующие профили могут быть быстро зарегистри­рованы без потерь времени. Недостатком является то, что провод из-за нагревания часто портится и должен быть очень гибким.

Разработаны и другие приборы для записи температуры в печи на основе примене­ния записывающих электронных устройств, помещенных в изолированные корпуса. Такие приборы могут записывать температуру в нескольких местах одновременно, пары датчиков с сухим и влажным шариками могут быть использованы для оценки содержания водяного пара, а для регистрации скоростей воздуха применяются неболь­шие анемометры. Основную сложность в таком случае представляют воздействия ус­ловий в печи, от которых должна быть защищена электроника, и крайне малое про­странство для прохода прибора (иногда не превышающее 30 мм).

При высоких рабочих температурах различие температур между влажным и сухим термометрами, используемыми для оценки содержания водяных паров, очень мало при относительно больших и возможно значимых изменениях содержания влаги, и при этом достаточно точные приборы с надежной подачей воды к влажному термомет­ру создать крайне трудно.

Постоянная оценка содержания водяного пара может выполняться путем пробоотбора атмосферы печи через нагретые трубы (для предотвращения конденсации) или через выходной воздуховод (дымоход) и пропускание проб через соответствующие датчики. Калибрование и обслуживание этих датчиков представляют собой серьезную проблему, так как пыль, жирный дым и различные агрессивные газы также присутствуют в атмос­фере печи. Содержание влаги в атмосфере печи, а тем более в различных ее местах, важно для скоростей выпуска газов, а следовательно, для теплового КПД печи. Располо­жение точек выхода газа и, вероятно, качество выпечки, также связаны с содержанием водяного пара, поэтому управление «влажностью» представляется полезным требовани­ем. Если возможен надежный контроль «влажности» и может быть показано положи­тельное действие поддержания заданной «влажности» на качество выпечки печенья, очевидным средством управления уровнем была бы связь с задвижками выпуска газов. По всей вероятности, наилучшим методом является использование для вывода газов вентиляторов с переменной скоростью.

Измерение температур и способа воздействия тепла на изделия (теплопроводно­сти, конвекции и излучения) — это серьезная проблема, и несмотря на многочислен­ные попытки создания математической модели и тщательные выполняемые опытные выпечки, их значение остается неясным. Следует обратить внимание также на специ­альное оборудование. Наше неполное понимание условий регулирования печи обусловлено двумя основными проблемами:

В настоящее время микроэлектроника и централизация средств управления печью, дистанционных приводов заслонок и т. д. позволяет гораздо лучше регистрировать данные. Если понятна связь желаемых условий и влияние на них различных средств регулирования, возможно создание весьма сложных управляющих контуров.

Поскольку мы знаем, что подъем теста в печи происходит в начальной стадии вы­печки, а цвет изделие приобретает позже, представляется целесообразным проанали­зировать способы измерения этих и, вероятно, других свойств — например, длины и ширины изделий в конце соответствующих зон, а не на выходе из печи, где информа­ция для целей управления уже несколько устарела. Для этого было бы хорошо рас­смотреть использование зон печи, отделенных одна от другой туннелями для наблю­дения. Значение температуры ленты пода при помещении на нее заготовок требует дальнейших исследований и, вероятно, контроля, поскольку мы не можем пока быть уверенными, что лучше для качества изделия и эффективности выпечки — тяжелые или легкие ленты.

Этими проблемами измерений и контроля занимались многие специалисты, но было бы в высшей степени несправедливым не выделить большую работу FMBRA по автоматизации печей для производства печенья и компьютерному управлению ими