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 обезвоживания
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, насколько
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).
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).
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 между
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.
Останні коментарі