Выпечка печенья

При задании параметров выпечки в конвейерной печи важно понимание не столько температурного режима, сколько процесса теплопередачи. Суть конечного изготовления печенья заключается в выпечке и сушке. Производимое в давнее время печенье представляло собой высушенные ломти хлеба (сухари), пригодные для мореплавателей как пища с длительным сроком хранения. Позже из простых видов теста, состоявших в основном из муки и воды, стали формовать плоские заготовки для выпечки и сушки, получая изделия, известные как галеты. Их сушка была очень важна для обеспечения длительного срока хранения. Повара прошлого, делая изделия из муки, жира и сахара, обнаружили, что если маленькие тестовые заготовки выпекать в обычной горячей печи и вынимать тогда, когда они приобретают хороший цвет и стабильную структуру, они не будут в центре достаточно сухими, чтобы после охлаждения быть полностью хрустящими. Помещение этих выпеченных заготовок обратно в печь при несколько меньшей температуре для сушки улучшало потребительские свойства и увеличивало срок хранения готовых изделий. Это, по-видимому, и привело к появлению названия «biscuit», означающего «дважды выпеченное». Выпечка сначала в более холодной печи в течение более длительного времени позволяет высушить изделия, но ведет к неудовлетворительному окрашиванию поверхности и слабому развитию структуры. К идее отделения регулирования влажности от регулирования развития внутренней структуры и цвета вернулись с появлением современной электронной технологии.

Выпечка подразумевает нагревание теста. Теплопередача осуществляется путем конвекции, теплопроводности и излучения, и эти процессы сложно понять и оценить, если в печи в некоторых местах может быть измерена только температура. Тепло (нагрев) и температура — это не одно и то же. Тепло — это энергия, измеряемая, например, в калориях. Результатом нагрева является изменение температуры, которое измеряется в градусах (°С). Для иллюстрации ситуации может быть полезна аналогия с климатическими условиями. Представьте себе человека, стоящего на песчаном пляже в жаркий солнечный день. Этому человеку тепло (благодаря тепловому излучению от солнца); подошвы его ног чувствуют тепло песка (благодаря теплопроводности), а воздух вокруг человека согревает его путем конвекции, так как воздух немного, но перемещается. Температура воздуха и песка одинакова. Человек потеет и теряет влагу — это естественный процесс, служащий для охлаждения тела, поскольку у тела для испарения воды забирается много тепла. Если солнце заходит за тучу, человек чувствует, что стало не так жарко, так как теплопередача путем излучения становится ниже, но температура окружающего воздуха при этом не меняется. Если человек стоит на полотенце или деревянной доске, его ступням не будет так жарко, так как теплопередача за счет теплопроводности не будет такой быстрой, но температура поверхности при этом не изменилась. Если начнет дуть ветер, человеку станет жарче (но температура воздуха при этом не изменилась), и он начнет терять больше влаги (хотя увеличение испарения может заставить человека почувствовать, что ему стало прохладнее).

При выпечке мы можем измерять без труда только температуру в печи, и количество перенесенного тепла связано с различием температур двух тел, однако очень горячая поверхность (например, горелки) будет отдавать больше лучистого тепла, чем внутренняя поверхность печи, стальная лента пода позволит за счет теплопроводности отдать тестовой заготовке больше тепла, чем лента из проволочной сетки, а движущийся воздух в печи обеспечит значительно большую теплопередачу за счет конвекции, чем неподвижный. Поэтому рассматривая температурные профили в печи при выпечке, необходимо учитывать также механизмы и величины происходящей теплопередачи.

Самая простая печь — это нагретая коробка с дверцей. Температуру в ней можно установить, но когда дверь открывается для помещения в печь тестовых заготовок, температура немного падает, а затем постепенно поднимается до прежнего заданного уровня. Печенье в настоящее время в основном выпекают в конвейерных печах, который можно сопоставить с длинным коробом с входом с одной стороны и выходом с другой. Заготовки перемещаются внутри на ленте или на листах. Большое различие между статической печью и конвейерной заключается в том, что в конвейерной печи температуру и условия теплопередачи можно изменять по длине печи, то есть фактически в течение периода выпечки. Поэтому в одной части печи могут быть более высокие температуры, сильное излучение и слабая конвекция, а в другой — более низкая температура и сильная конвекция. Для развития структуры, окраски поверхности и массовой доли влаги в выпеченном печенье очень важна скорость теплопередачи к тестовой заготовке, и умение печь заключается именно в ее выборе.

При выпечке из тестовой заготовки испаряется много воды. Если у печи прямой газовый нагрев, много воды генерируется в печи от сгоревшего газа. Количество водяного пара в атмосфере печи регулируется вытяжной системой. Если атмосфера в первой части печи содержит много водяного пара, некоторое количество воды может сконденсироваться на поверхности холодных тестовых заготовок при их входе в печь. Это приводит к следующему. Во-первых, поверхность станет влажной, что может привести к растворению сахаров и т. д., и, во-вторых, теплота, выделяемая при переходе воды из парообразного состояния в жидкое (скрытая теплота) нагревает поверхность теста, и некоторая часть этой теплоты будет благодаря теплопроводности попадать в центр тестовой заготовки. Вскоре эта вода снова испаряется, но момент, когда поверхность станет сухой и твердой, наступит позже, чем в том случае, если в атмосфере печи было бы меньше водяного пара. Для нагрева 1 г воды на 1 °С требуется 1 кал энергии. Для превращения 1 г воды при 100 °С (точка кипения) в пар требуется 540 кал, и наоборот, когда 1 г водяного пара при 100 °С конденсируется, он высвобождает 540 кал. Это скрытая теплота испарения, которая свидетельствует, что для высушивания печенья требуется очень большое количество энергии.

Температурный профиль в печи для печенья отнюдь не дает полной информации, необходимой, чтобы знать, как именно протекает выпечка. Регистрируемые температуры полезны только как часть общей характеристики условий в печи.

Длительность выпечки печенья весьма мала и составляет 2,5-15 мин со средним значением около 6 мин, и в статической печи обычно бывает невозможно быстро изменить температуру, в связи с чем результаты выпечки в этих печах по сравнению с конвейерными печами часто не совпадают. Экспериментирование для определения оптимальных условий выпечки в конвейерной печи требует постоянной подачи одинаковых тестовых заготовок, в связи с чем потенциально является длительной и дорогой процедурой. Это приводит к тому, что возможность изменять условия в печи с помощью выпечки не всегда используется для достижения оптимальных условий для определенного вида изделий. Выпечка зачастую остается своего рода «магией».

Условия, необходимые для разных видов изделий, различны, поскольку развитие структуры и количество подлежащей удалению влаги зависят от рецептуры. Хотя стоимость топлива для нагрева печи составляет небольшую долю суммарных издержек производства МКИ (обычно около 5%), растет стремление к увеличению эффективности работы печи и использованию меньшего количества топлива. При конструировании печи следует учитывать не только эффективность теплопередачи и поддержание стабильных условий, но и конструкцию, поскольку печь — это большой комплекс оборудования, которое может быть очень дорогим. Системы регенерации тепла для утилизации использованной теплоты от дымоходов печи не очень распространены, поскольку получаемое тепло «низкого сорта». Тем не менее все больше озабоченности возникает о загрязнении атмосферы, и вплоть до последнего времени для регулирования выделения тепла печи для выпечки сделано не очень много. Если возникнет требование очистки газов из печи, то можно будет ожидать, что во вновь создаваемые системы станут включать регенерацию тепла.

Существует много различных конструкций печей, причем постоянно ведутся новые разработки. Здесь невозможно исчерпывающе описать работу всех типов печей и управление ими, поскольку это потребовало бы множества технических деталей. Поэтому ниже мы попытаемся дать общую характеристику изменений, происходящих при выпечке МКИ, и показать, как эти изменения достигаются в печах разных конструкций при использовании основных типов топлива — газа, нефтепродуктов и электричества.

Изменения тестовой заготовки при выпечке

При выпечке тестовой заготовки можно наблюдать три основных изменения:

значительное снижение плотности изделия, связанное с развитием открытой пористой структуры;
снижение содержания влаги до 1-4%;
изменение окрашивания поверхности (отражательной способности).

Хотя эти изменения рассматриваются как независимые друг от друга и последовательные (при движении продукта в печи примерно в приведенном выше порядке), ниже будет показано, что присутствует существенное наложение этих физико-химических изменений. Для удобства мы рассмотрим их по отдельности. Происходящие изменения в зависимости от длительности выпечки приведены на рис. 38.1.

Рис. 38.1. Обобщенные изменения тестовой заготовки при выпечке

Развитие структуры

Развитие структуры происходит в основном в первой четверти или трети периода выпечки (рис. 38.2). Все происходящие изменения зависят от температуры, некоторых характеристик рецептуры и формы тестовой заготовки. При выпечке образуются пузырьки газа и водяного пара, которые расширяются и приводят к значительному уменьшению плотности теста. Именно открытая пористая структура дает печенью приятную текстуру. Развитие структуры часто называют «подъемом в печи». Условия достижения максимального подъема, сохраняемого далее в ходе выпечки, не вполне понятны, но изменения тестовой заготовки включают:

нагрев крахмала до его клейстеризации и денатурации белков;
образование газов за счет химических разрыхлителей;
расширение образовавшихся пузырьков газа в результате увеличения температуры и увеличение в них давления водяного пара;
разрыв и слияние (коалесценция) некоторых их этих пузырьков;
потеря влаги с поверхности изделия за счет испарения с последующей миграцией влаги к поверхности и продолжающимся выходом в атмосферу печи;
увеличение концентрации раствора сахара с ростом температуры;
снижение консистенции растворов сахара и жира с ростом температуры.

Рис. 38.2. Изменения при выпечке [8]

Наиболее важные изменения связаны с образованием пузырьков газа и их расширением в среде, которая сначала становится более мягкой и эластичной, а затем более плотной и жесткой. Многие исследования показали, что увеличение объема за счет выделяемого разрыхлителем газа не объясняет величину подъема изделий в печи. Газ, выделяемый разрыхлителем, может объяснить до половины увеличения объема. Образование водяного пара тоже вносит свой вклад, поскольку при превращении воды в пар происходит резкое увеличение ее объема. Хотя расширение в сущности, должно, происходить за счет водяного пара, термин пар вводит в заблуждение, так как это понятие должно быть связано с водяным паром при температуре выше 100 °С. Ответ дает рассмотрение физической сущности давления водяного пара. На рис. 38.3 показано увеличение объема воздуха (или других газов — например, углекислого) — сухого и насыщенного водяным паром. Поскольку структура изделия фиксируется задолго до достижения тестовой заготовкой 100 °С, в настоящее время ясно, каким образом водяной пар участвует в расширении.

Рис. 38.3. Расширение в зависимости от температуры сухого воздуха и воздуха, насыщенного водяным паром

Это значительное увеличение объема из-за увеличения давления водяного пара с ростом температуры ограничено структурой теста, так как из-за сил поверхностного натяжения давление в маленьких пузырях значительно выше, чем больших. Таким образом, с ростом температуры в тесте возникает очень нестабильная физическая ситуация, так как существует тонкий баланс между а) расширением, которое перед разрывом может претерпевать размягчающийся комплекс крахмал/белок/вода/сахар, б) слиянием (коалесценцией) пузырьков и в) увеличением жесткости по мере застывания геля.

С неизбежной потерей водяного пара через поверхность тестовой заготовки на ней сначала образуется плотная корка. Кроме того, когда поверхность высыхает, тепло не проходит через тесто за счет теплопроводности столь же легко. Центр нагревается медленнее, и это замедляет развитие газовых пузырьков. Это означает, что нагревание центра тестовой заготовки на начальном этапе выпечки (перед высыханием и застыванием поверхности) очень важно. Поэтому можно предположить, что лучистое тепло и тепло, поступающее за счет теплопроводности от ленты пода, относительно важно для нагревания центра тестовой заготовки в начале процесса выпечки.

Образующие структуру пузырьки обычно бывают самыми большими в центре тестовой заготовки и самыми маленькими — в периферийных слоях, где формируется корка. Крайний пример такой структуры можно видеть в пите (арабском хлебе с «карманом»). Это изделие получают из тонкого куска теста, который помещают в очень горячую и сухую печь. Корка образуется быстро, и тесто раздувается почти до формы шара, после чего происходит его разрыв и оседание. Изделие, таким образом, имеет два слоя корки с линией разрыва, проходящей через центр (подобно пустой ракушке устрицы).

Для получения более однородной текстуры образование корки должно быть задержано, и в центре тестовой заготовки пузырьки должны сливаться как можно меньше. Таким примером противоположного действия является выпечка специальных панировочных сухарей (для сосисочного фарша), где сочетается очень медленное нагревание и минимальное образование пузырьков газа. Поскольку используется небольшое количество разрыхлителя (или он совсем не используется), корка формируется очень медленно, пузырьки газа очень малы и слияние их незначительно. Структура становится жесткой, а размер пузырьков и, следовательно, текстура очень однородны во всем выпеченном и высушенном материале.

Существуют две основные формы структуры МКИ: структуры, требующие формирования более или менее одинаковых пузырьков, и структуры, где формируется немного больших полостей. Примерами структур второго типа могут служить печенье на воде, сливочные крекеры и слоеное печенье. Условия выпечки, необходимые для получения этих двух типов структур, очень различаются и определяются образованием различного числа и типа газовых пузырьков, которые затем расширяются за счет водяного пара. Большие газовые пузырьки в крекерах и слоеном печенье образуются из разрывов в тесте, образованных слоями жира, или слоями менее влажного теста, образующимися при ламинировании или слоении. Быстрый нагрев тестовой заготовки ведет к большому расширению этих длинных плоских пор, что вызывает пузырчатую и слоистую (хлопьевидную) структуру.

Для получения более однородной структуры с округлыми ячейками для большинства других видов изделий необходимо достичь большой степени расширения до значительной фиксации структуры, препятствующей дальнейшему расширению. Как уже указывалось, закрепление структуры происходит при сочетании клейстеризации крахмальной матрицы, денатурации белка и затвердевания из-за потери влаги. Выход влаги с поверхности печенья связан с температурой, тепловым потоком и давлением водяного пара (влажностью) на поверхности. Скрытая теплота испарения воды велика, поэтому для ее испарения требуется много теплоты. Понятие влажности в атмосфере печи может вести к неправильному пониманию условий выпечки. Неважно сколько водяного пара присутствует в атмосфере печи, которая находится при температуре выше 100 °С, — влага всегда будет выделяться через поверхность тестовой заготовки. Выход влаги задерживается, только если температура поверхности тестовой заготовки ниже 100 °С и микроклимат на поверхности насыщен водяным паром. В первой части печи, где происходит развитие структуры, необходимо, чтобы тепло поступало в тестовую заготовку как можно быстрее при минимальной потере влаги с поверхности. Эти условия будут рассмотрены ниже.

Клейстеризация крахмала происходит в температурном диапазоне 52-99 °С и в какой-то степени зависит от длительности. Белки денатурируются и коагулируют при температуре выше примерно 70 °С. Газ из химических разрыхлителей выделяется со значительной скоростью при достижении температуры примерно 65 °С. Из рис. 38.3 видно, что увеличение объема за счет водяного пара при температуре выше 70 °С ускоряется очень быстро. Используемые для выпечки жиры полностью тают при температурах значительно ниже вышеприведенных. Когда различные части тестовой заготовки достигают температур выше примерно 65 °С, расширение и потеря эластичности происходят одновременно. При слишком большом расширении происходит разрыв структуры, а при слишком малом — образуется плотная закрытая структура.

Развитие структуры зависит от постоянного контролируемого увеличения расширения газа до тех пор, пока гелевая матрица из крахмала и белков не стабилизируется (не затвердеет). Всегда существует некоторое ограничение величины расширения из- за слияния пузырьков газа, которое ведет к менее прочной структуре. Разрушение также произойдет, если расширение происходит слишком быстро (при слишком большом выделении газа из химических разрыхлителей) или скорость теплопередачи слишком велика. И то, и другое ведет к увеличению образования крупных газовых пузырей, менее прочных по сравнению с мелкими. Если тесто претерпевает снижение температуры (например, при переходе из теплой зоны в более холодную до застывания матрицы), пузырьки газа уменьшаются, и вряд ли до застывания матрицы может иметь место процесс их увеличения.

Завершая обсуждение развития структуры, следует отметить важность накалывания тестовой заготовки. Создание проходов для воздуха через тестовую заготовку способствует формированию корочки, что снижает вероятность образования больших пузырей, таких как в пите (см. выше). Чем больше газообразование и быстрее подъем температуры тестовой заготовки, тем важнее накалывание тестовых заготовок. Если отверстия от накалывания расположены слишком далеко друг от друга, зачастую образуются пузыри.

Изделия с высоким содержанием жира и сахара имеют более низкую влажность теста. Это означает, что белковые вещества недостаточно гидратированы, и поэтому процесс образования клейковины происходит в меньшей степени. Кроме того, когда тесто нагревается, недостаточно воды для клейстеризации большого количества крахмала. Структура представляет собой в основном матрицу из сахара или некоего подобия ирисной массы. При увеличении температуры эта матрица становится мягче, а не стабилизируется; она фиксируется только при охлаждении после выхода изделия из печи, и поэтому при выпечке теста с высоким содержанием сахара наблюдается очень большое расширение, за которым следует значительное оседание. Расплываемость тестовой заготовки и оседание являются причиной растрескавшейся поверхности изделия (например, Ginger Nuts или хрустящего печенья). Величину расплываемости для определенной рецептуры можно в какой-то степени регулировать с помощью температуры в печи и состояния ленты пода. Тесто, которое сильно раплывается при выпечке, нельзя выпекать на проволочной сетке, так как тесто в нее затекает глубоко (лучше всего использовать плоскую стальную ленту). Некоторые виды теста можно выпекать на плотной тканой проволочной сетке.

Снижение влажности

В идеальном случае убыль влаги должна происходить после фиксации структуры заготовки, но этого, естественно, невозможно достичь по всему объему тестовой заготовки. Влага может выходить только через ее поверхность, и поэтому под действием капиллярных сил и диффузии должна происходить миграция влаги к поверхности. Оба эти явления ускоряются градиентами температуры, в связи с чем на этой стадии выпечки требуется быстрый нагрев всего изделия до 100 °С. Если поверхность нагревается слишком сильно и быстро высыхает (например, при большом движении воздуха в печи), изменение цвета происходит преждевременно, и поэтому трудно высушить печенье в достаточной степени без избыточного окрашивания поверхности.

Когда гель из крахмала и белков теряет влагу, происходит некоторая усадка, в связи с чем неизбежна некоторая потеря подъема изделия (рис. 38.2). В большинстве случаев из-за разрушения и слияния пузырьков газа эта потеря мала по сравнению с оседанием внутренней структуры, но если нагревание продолжать, усадка будет продолжаться до полного обугливания.

Градиент влажности в тестовой заготовке при сушке увеличивается, и так как печенье высыхает, структура, содержащая крахмал и белки, дает усадку. Пока печенье горячее, его структура достаточно гибкая, чтобы выдержать напряжения при усадке, но если большой градиент влажности сохраняется после выхода печенья из печи, может произойти явление, известное как «растрескивание изделия». При охлаждении печенья влажность выравнивается, перемещаясь из более влажных областей в более сухие, и развивающиеся при этом напряжения усадки могут вызвать образование трещин — это и есть растрескивание. Лучшим способом предотвращения растрескивания является обеспечение низкой влажности изделий (чтобы значения градиентов влажности были малы).

Изделия с большим количеством жира или сахара имеют более пластичную структуру, и когда печенье охлаждается, напряжения в них менее выражены, в связи с чем в крекерах, полусладком и других видах печенья со сравнительно невысоким содержанием жира и сахара важно регулировать содержание влаги.

Необходимое содержание влаги в печенье определяется двумя основными факторами. При слишком низком ее содержании печенье будет иметь «горелый» вкус и, возможно, будет слишком темным. При слишком высоком содержании влаги структура не будет хрустящей, возможно растрескивание, и при хранении изделий снижение потребительских свойств изделий, в частности вкуса, может произойти быстрее.

Изменения цвета

Хотя при выпечке происходит появление желто-коричневатого оттенка, термин «цвет» здесь используется для обозначения лишь потемнения — снижения отражательной способности поверхности изделия. Изменения цвета происходят по ряду причин. Реакция Майяра (см. раздел 10.6) — неферментативное образование веществ золотистокоричневого цвета — включает взаимодействие редуцирующих сахаров с белками, при котором образуются вещества, имеющие привлекательные красновато-коричневые оттенки. Эта реакция протекает при температуре примерно 150-160 °С и только при наличии влаги. Невозможно повторно нагреть выпеченное печенье для значительного усиления цвета поверхности в результате реакции Майяра. Пока тестовая заготовка относительно влажная, для достижения указанных высоких температур важнее нагрев излучением, чем нагрев конвекционный. Цвет также развивается вследствие декстринизации крахмала и карамелизации сахаров. При еще более высоких температурах изделие обугливается или сгорает.

Если структура изделия очень открытая, миграция влаги к поверхности происходит медленнее, поэтому местное увеличение температуры поверхности, а следовательно, окрашивание может быть достигнуто легче. Так, хорошо развитое слоеное тесто окрасится легче, чем плотная слоистая структура. Избыток щелочи, обычно возникающий в результате слишком большого количества в рецептуре гидрокарбоната натрия, вызовет общее желтоватое окрашивание всего изделия внутри, что в случаях, когда отсутствует другое окрашивание, выглядит непривлекательно.

При продолжении сушки происходит окрашивание из-за описанных изменений в более тонких или более открытых частях изделий, которое сопровождается развитием горечи. Если этот процесс продолжается внутри печенья, то оно характеризуется дефектами (порчей). Такое печенье горькое и есть его неприятно.

Условия в печи

Печь — это горячая камера или туннель, сконструированные для обеспечения подвода желаемого теплового потока к тестовым заготовкам и отвода влаги. Нагрев обеспечивается сжиганием топлива (газа, нефтепродуктов) или с помощью электричества. Тепло передается тремя способами: излучением, за счет теплопроводности и конвекции. Всегда действуют все три способа, хотя для раздельного усиления действия каждого из них применяются те или иные технические средства. Конструкция печи должна обеспечить быстрое и точное регулирование температур при переменных загрузках и нагрев преимущественно одним из указанных трех способов. Все печи обладают какими-либо недостатками, причем ситуацию усугубляет недостаточное понимание влияния каждого способа теплопередачи на различных стадиях выпечки.

Тестовые заготовки располагаются на поверхности, которая обычно представляет собой стальной лист или металлическую проволочную сетку. При попадании в печь тестовая заготовка подвергается действию тепла в результате комбинации теплопроводности (через ленту пода), конвекции (от горячего воздуха, движущегося в печи) и излучения (от горячих поверхностей печи и раскаленных горелок). Излучаемое (инфракрасное) тепло с определенной длиной волны глубоко не проникает в тестовую заготовку, а его количество, достигающее изделия, обратно пропорционально расстоянию от горячей поверхности. Большая доля тепла, поглощенного тестовой заготовкой, — это излучаемое тепло, но она, естественно, больше там, где присутствуют очень горячие поверхности (например, горелки), и если печная камера мала (при низком расположении ее крыши). Наиболее эффективным способом теплопередачи является конвекция, но движущийся горячий воздух уносит влагу и очень быстро сушит поверхность теста.

При испарении из изделия влаги и расширении попавшего в печь вместе с изделием холодного воздуха в печи увеличивается давление. В случае применения печей с непосредственным (внутрикамерным) обогревом, где газ горит в пекарных камерах, давление увеличивается еще больше. Это давление должно быть снижено, поэтому предусмотрены воздуховоды (боровы) с выходом в атмосферу. Если повышение давления точно соответствует скорости выхода из воздуховодов, атмосфера в печи вскоре становится очень насыщенной водяным паром. Его часто называют влажностью, но поскольку температура в печи выше 100 °С, понятие относительной влажности, используемое при измерениях содержания влаги в метеорологии, здесь не применимо. Количество присутствующей влаги должно определяться через соотношение массы влаги и массы присутствующего воздуха (например, масса воды к заданной массе воздуха), или через точку росы — температуру, до которой воздух должен быть охлажден для начала конденсации.

Выход горячих газов через воздуховоды обусловливает потерю тепла, в связи с чем было приложено много усилий для создания средств, ограничивающих скорость выхода до минимума. Хотя в процессе выпечки происходит сушка печенья в печи с очень влажной атмосферой, следует понимать, что именно при этом происходит. На поверхности попадающей во влажную атмосферу холодной тестовой заготовки конденсируется вода, которая задерживает сушку поверхности и требует для своего испарения большого количества тепла, поступающего в заготовку за счет теплопроводности и весьма быстро ее нагревающего. Затем с подъемом температуры теста эта вода снова испаряется, замедляя скорость, с которой растет температура поверхности. Увлажнение поверхности теста на входе в печь, где атмосфера печи насыщена водяными парами, способствует общему подъему температуры тестовой заготовки и поддерживает эластичность «корки» дольше, чем при сухой атмосфере. Тем не менее избыточная конденсация на поверхности теста может вызвать неравномерное окрашивание и появление пятен в местах растворения сахара. Если пленка влаги не избыточна, растворение сахара на поверхности позже при выпечке может придать изделию приятный вид или глянец.

Влажность в печи может быть специально повышена впрыскиванием острого пара. Сушка поверхности тестовой заготовки может быть задержана опрыскиванием водой перед помещением в печь. Что касается содержания водяного пара в атмосфере печи, то кроме влияния влажной атмосферы печи трудно быть уверенным в его преимуществах или недостатках для выпечки. Уменьшение скорости выхода газов из печи для увеличения в ней влажности может также снизить конвекционные потоки и уровень излучения от горелок (поскольку их мощность уменьшают), а следовательно, и скорости теплопередачи.

Теоретически содержание влаги в атмосфере печи не должно влиять на подъем в печи, однако некоторые испытания показывают, что он уменьшается при высоком содержании влаги. Один из аспектов этого вопроса — это природа открытого горения газа в очень влажной атмосфере печи. Хотя воздух смешивают с газом перед его сгоранием, для полного сгорания вокруг пламени должен присутствовать кислород. Если атмосфера печи очень влажная, существует вероятность недостатка кислорода, и, следовательно, с изменением пламени снижается количество излучаемого им тепла. Вероятно, неосознанное понимание этого заставляло операторов настаивать на том, что для выпечки крекеров необходимы открытые дымовые заслонки в первой зоне печей с непосредственным (внутрикамерным) обогревом. Положение заслонок, по всей видимости, должно быть основано на определении содержания кислорода в печи, а не на «влажности».

Было бы идеально, если тестовую заготовку можно было бы равномерно и быстро нагреть до потери большого количества влаги. Это означает, что движение воздуха у поверхности тестовой заготовки должно быть минимальным. В традиционных печах невозможно осуществить нагрев поверхности достаточно быстро (и при достаточно низкой температуре, чтобы предотвратить окрашивание) только с помощью теплопроводности и излучения. Чтобы способствовать теплопередаче за счет теплопроводности, перед помещением на ленту пода тестовых заготовок весьма желательно предварительно ее нагреть.

После того как тестовая заготовка расширилась и ее структура стабилизировалась, необходимо направить процесс на удаление влаги. Движение воздуха будет поддерживать благоприятные для этого температуру и влажность поверхности тестовой заготовки. При сушке изделий, однако, передача тепла от поверхности к более влажному центру за счет теплопроводности становится все более затруднительной, и возникает большой градиент влажности. В стадии сушки (до того, как поверхность станет сухой) можно задать температуру такой, чтобы достигалась желаемая окраска изделия.

Важно, чтобы в течение выпечки атмосфера в печи поддерживалась постоянной поперек печи, в противном случае одинаковые при входе в печь тестовые заготовки после выпечки превратятся в изделия различной толщины, формы или цвета. Во многих печах движение газов неидеально. Общая проблема состоит в том, что атмосфера, замещающая выходящий из воздуховодов воздух, поступает в печь в основном с двух концов печи. Таким образом, происходит значительное охлаждение из-за поступающего воздуха, и эффективная длина печи из-за этого уменьшается. Кроме того, обычно в печи с одной ее стороны предусмотрены смотровые люки (застекленные или нет). Если в результате плохой герметизации и т. п. воздух проникает через эти отверстия, эта сторона печи будет холоднее. Кроме контроля одинакового нагрева поперек ленты пода (отсутствия температурного перекоса), необходимо также обеспечить различный нагрев снизу и сверху, что позволит регулировать окрашивание верхней и нижней поверхностей изделий, а также их форму.

Типичные температурные параметры выпечки

Как уже отмечалось, процесс выпечки зависит от теплопередачи, а температура — лишь один из определяющих ее факторов.

Во всех печах имеется возможность контролировать и температуру, и выход воздуха, а во многих — и скорость движения воздуха (принудительное движение воздуха в печной камере). Обычно приборы, измеряющие температуру в печной камере и контролирующие нагревательные системы, не могут определять температуру вблизи тестовой заготовки, в связи с чем невозможно привести здесь надежный набор температур выпечки, пригодных для определенного печенья. Получаемые температуры полезны только как часть регистрации условий в печи.

Если скорость выпечки должна быть выше, температура должна быть больше, а длительность выпечки зависит от вида печенья и его характеристик (особенно от массы и толщины тестовой заготовки). Для рассмотрения этого вопроса примем, что каждая печь имеет три независимые контролируемые зоны (обычно их больше, и очень редко — меньше) со средствами регулирования относительной величины теплопередачи сверху и снизу. При поиске оптимальных параметров выпечки необходимо учитывать действующие механизмы и регулировать условия в печи постепенно и методично, регистрируя результаты и заданные параметры. Можно обнаружить, что, установив подходящие параметры, необходимо периодически выполнять их регулировку, поскольку внешние климатические условия влияют на выход воздуха из воздуховодов и т. д. Поиск и поддержание оптимальных условий выпечки обычно требует выпуска продукции в течение длительного времени.

Крекеры из теста, полученного слоением или с помощью химических разрыхлителей

Из подобных видов теста требуется удалить много воды. Необходимо получить очень открытую структуру, которая при использовании слоеного или ламинированного теста будет слоистой или хлопьевидной. Наилучшая структура получается при больших и очень больших значениях теплопередачи в начале печи. Значительный вклад лучистого тепла в первой зоне, по-видимому, важен, поэтому для его передачи важно использование значительной мощности горелок, а частично открытый выход обеспечивает хорошее движение воздуха. Для увеличения эффекта нагрева за счет теплопроводности в первой части печи может быть полезен некоторый предварительный нагрев ленты пода. Лента пода обычно изготавливается из легкой проволочной сетки, но в США используют сетку, тканную из провода большого сечения, и сильный ее предварительный нагрев. Получение оптимальной теплопередачи без печей с прямым газовым нагревом первой зоны маловероятно.

Печенье при выходе из печи должно быть хрустящим и твердым, а для уменьшения риска растрескивания содержание влаги не должно превышать 1,5%. Большая турбулентность в последующих зонах улучшает удаление влаги. Для регулирования структуры и необходимого отвода влаги из центра печенья необходимо накалывание тестовых заготовок. Длительность выпечки обычно составляет около 2,5-5 мин. Чем быстрее выпечка, и, следовательно, чем выше теплопередача в первой зоне, тем более открытой будет структура готового изделия.

Достижение ровной плоской формы печенья обеспечивается управлением соотношения нагрева сверху и снизу в первой зоне. Центр печенья оказывается выгнутым в сторону более сильного источника тепла.

Типичные температуры (в зависимости от типа печи) для сливочных крекеров составляют (по зонам) 250,290,250 °С при длительности выпечки 3,0 мин, а для закусочных крекеров («снеков») — 200,250,240 °С при длительности выпечки 4,5 мин.

Затяжное сладкое печенье

При выпечке такого печенья необходимо удалять очень много воды, хотя и не столько, сколько из крекеров, и обычно требуется «среднеоткрытая» структура. Лучшие структуры получаются при постепенно возрастающем теплопереносе с максимумом в центре печи. Вклад лучистого тепла в первой зоне, вероятно, полезен, но для этого печенья можно использовать печи с полностью косвенным подогревом. Предварительный нагрев ленты пода не требуется.

Большое содержание водяного пара в передней части печи придает поверхности изделия хороший глянец. Печенье может быть испечено на стальной ленте или проволочной сетке, но сетка более распространена, так как с ее помощью можно достичь больших скоростей выпечки. Для управления структурой и необходимого отвода влаги из центра печенья необходимо накалывание тестовых заготовок.

Длительность выпечки составляет обычно 5-7 мин. При выходе из печи печенье хрустящее, твердое и рассыпчатое, причем содержание влаги не должно превышать 1,5% для уменьшения риска растрескивания. Большая турбулентность воздуха в последующих зонах улучшает отвод влаги.

Типичные температуры (в зависимости от типа печи) для печенья Tea Finger составляют 140, 200, 200 °С (длительность выпечки 6,0 мин), а для печенья Rich Tea — 150, 210,240 °С (длительность выпечки 7,0 мин).

Печенье из песочного теста с малым содержанием жира и сахара

Из теста для такого печенья не требуется удалять большого количества воды, а требуемая структура обычно не очень открытая. Хорошая структура получаете я при более или менее одинаковом нагреве во всей печи. Насколько важен вклад лучистого тепла — неясно, но для производства этого печенья пригодны все типы печей.

Печенье может выпекаться на стальной ленте или проволочной сетке, но сетка более распространена, поскольку с ней можно достичь больших скоростей выпечки. Стальные ленты обычно дают у печенья полое дно, чего не происходит на проволочных лентах. Обычно при выпечке происходит некоторое растекание тестовой заготовки, и проволочная сетка лучше ограничивает размер изделий, чем стальная лента. Накалывание тестовых заготовок делает возможными более высокие скорости выпечки.

Длительность выпечки составляет обычно 6-13 мин, но она существенно зависит от толщины тестовой заготовки. Печенье при выходе из печи может быть как твердым, так и мягким, а содержание влаги в нем обычно составляет около 2,5%. Движение воздуха улучшает отвод влаги.

Типичные температуры (в зависимости от типа печи) для песочного печенья типа Shortbread составляют 205,230,230 °С (длительность выпечки 11 мин), а для печенья Digestive — 180,240,170 °С (длительность выпечки 7,0 мин).

Печенье из песочного теста с высоким содержанием жира и сахара преимущественно из теста для проволочной резки и для отсадного печенья

Из таких типов теста необходимо удалять мало воды, причем структура не очень важна. Хорошие структуры получают при более или менее одинаковом нагреве по всей печи. Для выпечки таких видов печенья могут применяться все типы печей. Высокое содержание влаги в первой зоне делает возможным лучшее развитие и растекание, которое после оседания может дать привлекательную поверхность с трещинами.

Печенье должно выпекаться на стальной ленте, поскольку обычно тестовая заготовка при выпечке «растекается». Тесто в печи становится мягким и протекает в проволочную сетку, затрудняя удаление выпеченного печенья и загрязняя ленту. Накалывание тестовой заготовки встречается крайне редко.

Длительность выпечки составляет обычно 8-12 мин и существенно зависит от толщины тестовой заготовки. Печенье при выходе из печи обычно мягкое, пластичное и перед съемом требует охлаждения на ленте. Содержание влаги не принципиально и составляет обычно около 2,5%. Удалению влаги способствует движение воздуха в последующих зонах.

Типичные температуры выпечки составляют (в зависимости от типа печи): для Ginger Nuts — 150, 180, 180 °С при длительности выпечки 8,5 мин, а для Choc Chip Cookie — 185,185,170 °С при длительности выпечки 12 мин.

Типы печей

В настоящее время МКИ в основном выпекают в конвейерных печах, но многие мелкие производители выпекают изделия на противнях, помещаемых в стационарную печь, которая может быть одного из следующих типов:

с установкой противней на неподвижный под печи с помощью пекарской лопаты или одной пластины;
конвейерная люлечная печь, в которой противни помещаются на платформы, вращающиеся в горизонтальной плоскости при закрытой печи;
ярусная печь, где противни помещаются на стеллажи, которые затем вкатывают в печь и вращают в вертикальной плоскости при закрытой печи.

Большинство печей для обеспечения равномерного распределения тепла обычно предусматривают принудительную конвекцию.

Имеется сообщение о конвейерной печи, построенной в 1810 г., в которой использовалась движущаяся лента из проволочной сетки, но она оказалась неудачной. Тем не менее конвейерные печи в Великобритании были внедрены на фабриках печенья примерно в 1849-1851 гг., но почти до конца столетия они не получили широкого распространения.

Туннельные печи примерно до 1950-х гг. оставались относительно короткими. В 1972 г. появились конвейерные печи длиной около 19 м. Первоначально в роли ленты пода выступали цепи, на которые помещались противни, которые после выхода из печи снимали. Позднее, когда стал доступен длинный стальной прокат (в начале 1930— х гг.), были внедрены непрерывные ленты. С начала эти ленты были только стальными шириной около 600 мм, но вскоре стандартной стала ширина 32 дюйма (около 800 мм), и для некоторых изделий стали применять проволочные сетки различных форм. В настоящее время стандартной является ширина 1000 или 1200 мм, причем применяются и еще более широкие ленты.

В первых печах внутренняя облицовка огнеупорным кирпичом позволяла запасать значительное количество тепла, которое помогало уменьшить изменения температуры печи при «порционном» движении изделий. Для нагрева этих кирпичей требовалось некоторое время, когда печь зажигалась, и длительное время — для охлаждения, то есть при увеличении и снижении нагрева наблюдалась значительная инерция. Поэтому выпечка регулировалась в основном путем изменения длительности. При этом важным было то, что значительное количество тепла могло быть передано изделию в печи при небольшой конвективности. Печи с внутренней облицовкой кирпичом в настоящее время встречаются очень редко. Переход к более легким конструкциям, изолированным минеральной ватой или стекловолокном, с повышенной конвективностью для улучшения передачи тепла от газовой горелки или горячих каналов позволил снизить стоимость печей и значительно улучшить регулирование температуры в печи.

Вопрос идеальной конструкции печи для выпечки длительное время был предметом споров и предпринимались многочисленные попытки создать математические модели теплораспределения в печи. То, что существует много конструкций, каждая из которых называется лучшей, наводит на мысль о том, что мы еще не пришли к оптимальной конструкции. Сложности обусловлены в основном невозможностью измерения температуры тестовой заготовки в печи или микроклимата вокруг нее. До сих пор точно не известна роль тепла, поступающего к изделию в виде излучения и путем конвекции. Некоторое регулирование величины подъема изделия может быть достигнуто с помощью изменения условий в первой части печи, но величина этих изменений и оптимальные параметры для каждого типа печенья еще далеко не определены. Необходимы более тщательные измерения условий в печи и параметров изделий, получаемых в этих условиях.

Существуют печи для выпечки МКИ, работающие на различных видах топлива (газах и нефтепродуктах различного качества) и электрические печи, рассеивающие тепло непосредственно или косвенно в печную камеру. Для прямого нагрева атмосферы печи можно использовать только газ, светлые нефтепродукты с низким содержанием серы и электричество. Тепло от других нефтепродуктов должно передаваться косвенным путем через теплообменники.

Применение электричества допускает некоторые другие виды теплообмена. Кроме проволочных нагревательных элементов, которые могут быть раскалены докрасна, для передачи электроэнергии могут быть использованы высокочастотное излучение (диэлектрический нагрев), микроволны или индукционный нагрев металлических частей (например, ленты пода печи). Виды электрического нагрева будут рассмотрены ниже.

Основные типы систем нагрева печей для печенья

Печи прямого действия

В печах с прямым газовым нагревом (DGF, Digest Gas Fired) над и под лентой пода расположено много ленточных горелок. К каждой горелке подается карбюрированный газ и воздух, причем давление этой смеси определяет выделяемую мощность. Для обеспечения равномерного нагрева поперек ленты существуют различные устройства регулирования размера пламени. DGF-печи могут быть оснащены дополнительной системой формирования воздушных потоков, которая повышает скорость теплообмена. Верх печной камеры обычно низок, и горелки располагаются как можно ближе к ленте пода. Это означает, что значительную долю достигающего изделия тепла составляет лучистое тепло. Электрические печи подобны DGF-печам, но нагреватели в них электрические.

Печи прямого действия с принудительной конвекцией. В каждой зоне печи имеется большой нагреватель, а продукты горения подают в смесительные камеры, расположенные над и под лентой. Возможно регулирование скорости продува и соотношения горячего воздуха, циркулирующего выше и ниже ленты. Для поддержания равномерных воздушных потоков свод печной камеры обычно выше, чем в печи с прямым газовым нагревом. Это означает, что в печах с принудительной конвекцией доля лучистого тепла в общей теплопередаче меньше, но условия теплопередачи и температурные условия поперек печной камеры более однородны.

Печи конвективно-излучательного действия. Горячие газы от горелки данной зоны проходят через трубы, расположенные над и под лентой, а затем выпускаются через другие трубы и проходят над первыми трубами в направлении ленты. Первые трубы излучают на печенье тепло, а затем вышедший из них воздух создает конвекционные потоки воздуха. Для максимизации действия излучения излучающие трубы располагают как можно ближе к ленте.

Печи косвенного действия

Печи косвенного действия с принудительной конвекцией аналогичны печам прямого действия с принудительной конвекцией, но здесь теплообменник, расположенный рядом с нагревателем данной зоны, нагревает воздух, проходящий через смесительные камеры в печной камере.

Печь косвенного действия (Cyclotherm). Горячие газы проходят через трубы над и под лентой и возвращаются обратно к нагревателю. Продукты горения проходят в печную камеру. В печной камере и над горячими трубами предусмотрена отдельная система циркуляции воздуха.

Печи смешанного действия

Эти печи представляют собой комбинацию двух описанных выше типов. Широко распространенная печь смешанного действия состоит из первой зоны с прямым газовым нагревом и последующих двух или более зон с принудительной конвекцией. Принцип работы заключается в выделении в начале выпечки максимальной мощности и большого количества лучистого тепла, а затем в обеспечении большого количества тепла путем конвекции в той части печи, где происходит сушка.

Если продукты горения выделяются в атмосферу печи, в ней значительно увеличивается количество водяного пара, и возникает необходимость увеличения отвода из камеры. В печах всегда предусматривается возможность регулирования количества тепла, выделяемого в каждой зоне печи, а также соотношения количества тепла, подаваемого сверху и снизу изделия.

Печи с косвенным нагревом обычно разделены по длине на большие зоны и оснащены несколькими большими нагревателями. Печи с прямым нагревом обычно оснащены большим количеством небольших нагревателей, для регулирования режимов сгруппированных в аналогичных больших зонах печи. В таких печах отдельные нагреватели (как над лентой, так и под ней) можно отключать. Для регулирования и перенаправления горячих газов в различные части печной камеры или по воздуховодам в атмосферу в печи предусмотрены заслонки. Кроме печей с прямым и косвенным нагревом, существуют конструкции с усиленной конвекцией или тепловым излучением. В последовательно расположенных зонах может быть обеспечено преобладание какого-либо типа теплопередачи, а печи смешанного действия в различных зонах могут использовать различные источники тепла (например, электрических излучающих панелей).

Печи всех типов обычно имеют множество контрольных точек, предоставляющих огромный диапазон возможностей, но затрудняющих выбор. Во многих случаях проблема усугубляется тем, что средства регулирования калиброваны довольно грубо и расположены по всей длине печи. Например, на выходном воздуховоде может быть просто установлена заслонка. Рычаг, поворачивающий эту заслонку для регулирования проходящего по воздуховоду количества газа, может иметь линейную шкалу, градуированную от 0 до 10, но при значениях от 0 до 5 выход может составлять примерно 10-80%, а при значениях от 5 до10 — примерно 80-100%.

Количество независимо контролируемых зон и их длина в идеале должны быть сконструированы так, чтобы соответствовать виду выпекаемого изделия и времени, в течение которого изделие находится в определенной зоне. Для упрощения конструирования и снижения производственных затрат обычно все зоны делают одинаковой длины, а мощность, подводимая к каждой из них, различается. Первые зоны должны иметь максимальную мощность, так как именно здесь должна быть нагрета лента пода, а тестовые заготовки доведены до температуры начала удаления влаги.

Горячие газы из пекарной камеры поднимаются по воздуховодам за счет естественной конвекции, но обычно дополнительно используют вентилятор. Тем не менее наружная температура, скорость и направление ветра влияют на скорость выхода газов из воздуховода. Движение горячих газов в печной камере важно для равномерности теплопередачи, и при этом интересно, что, насколько известно автору, нигде в печах с прямым подогревом не предусмотрен отвод (дымовых) газов и сверху, и снизу. Даже в случае принудительного отвода всегда предполагается, что горячие газы должны отводиться сверху печной камеры, что, к сожалению, зачастую влияет на движение воздуха и теплопередачу по краям ленты пода.

Производительность печи определяется ее длиной и длительностью выпечки, необходимой для получения изделия с нужной структурой, цветом и влагосодержанием. Для большинства изделий скорость выпечки определяется временем, необходимым для их удовлетворительного высушивания. Для весьма ориентировочных расчетов можно

использовать следующие загрузки для различных видов теста при условии выбора соответствующей мощности в печи:

тесто проволочной резки	16-18 кг/час/м2 ленты;
песочное тесто	18-20 кг/час/м2 ленты;
полусладкое тесто	16-22 кг/час/м2 ленты;
тесто для сливочных крекеров	-22 кг/час/м2 ленты;
тесто для содовых крекеров	22-25 кг/час/м2 ленты.

Эффективность печи может быть вычислена на основе измерений количества топлива с известной теплотворной способностью, сгорающего за заданный период, потерь массы за счет испарения воды и увеличения температуры ингредиентов изделий.

Для удовлетворительной выпечки крекеров и печенья на воде печи с косвенным подогревом обычно не обладают достаточной мощностью в первой зоне. Чтобы сделать их более универсальными, эти печи можно дополнить прямым газовым нагревом или электрическими элементами.

Ленты пода обычно имеют ширину 800,1000 и 1200 мм, хотя у них могут быть и другие размеры. Существуют различные типы лент, обладающие разной степенью открытости, весом и сроком службы (рис. 38.4). Ленты из листовой стали могут быть толщиной 1,2 или 1,3 мм с массой квадратного метра около 9 кг. Существуют перфо

Рис. 38.4. Различные виды лент пода

рированные стальные ленты с отверстиями заданного диаметра — они дороги, но при прочности и долговечности сплошных стальных лент обладают улучшенной вентиляцией основания изделия. Существуют также разнообразные проволочные ленты — от очень легких с квадратным отверстием сетки (например, 5 х 5 и др., где числа указывают количество переплетений на дюйм, с массой квадратного метра около 3,5 кг), до петлевых проволочных, обеспечивающих лучшую поддержку изделия, улучшенную долговечность и большую гибкость на конечных валах. Тяжелые уплощенные проволочные сетки с шевронным переплетением обладают максимальной для лент массой квадратного метра — около 19 кг. Эти ленты особенно популярны в США, но следует учитывать, что для нагрева ленты у загрузочного отверстия печи требуется большая мощность. Подготовку лент к работе и уход за ними мы рассмотрим в следующем разделе.

На концах печи имеются конечные валы. На выходе печи вал оснащен приводом, а на загрузочном конце имеется натяжное устройство, удерживающее ленту натянутой, но не настолько тугой, чтобы она повреждалась (особенно это касается легких проволочных лент). Диаметр этих валов достаточен, чтобы ленты и их соединения при изгибании не были натянуты, а их оси валов для облегчения регулирования могли быть наклонены. Для предотвращения скольжения иногда необходимо покрывать ведущий вал волокнистым жароупорным материалом. Ленты в печи поддерживаются на металлических или графитовых полозах или валках, которые для предотвращения значительного провисания ленты между ними расположены достаточно близко.

Расстояние, на которое лента пода выходит за границы печной камеры с каждой стороны, зависит от того, каким способом продукт помещается на ленту, а также от того, какое охлаждение требуется перед съемом изделий. Отсадные или разрезанные проволокой изделия требуют на вводе значительного пространства для размещения над лентой формующего оборудования. Изделия с большим содержанием сахара или тонкие изящные изделия требуют длинного выхода — возможно, с подачей воздуха при помощи вентилятора или разбрызгивания воды под лентой, чтобы дать изделиям затвердеть перед их съемом с ленты.

Выпускаются печи длиной примерно до 150 м, однако средняя длина печи составляет около 60 м при производительности около 1,2 т печенья в час или около 100 двухсотграммовых упаковок в минуту.

Изделия снимаются с ленты при помощи специального ножа, который должен позволять чисто снимать изделия и переносить их с минимальным нарушением относительного расположения. Это обеспечивает хорошую подачу на упаковочную машину или на последующую обработку изделий. Снимающий нож может представлять собой тонкое лезвие из стали или твердого синтетического материала или проволочный скребок; для съема разных изделий используются разные виды снимающих ножей. Печенье с малым содержанием жира к моменту съема обычно довольно жесткое, и поэтому нож может располагаться немного ниже изгиба ленты, проходящей вокруг ведущего вала; более гибкие виды печенья в некоторых случаях должны сниматься совершенно плоскими ножами (для предотвращения поперечного растрескивания). Важно, чтобы нож не повреждал и не царапал поверхность ленты. Чистка ленты для удаления запекшихся на ней частиц или жира — это отдельная, выполняемая позже операция, на которой мы остановимся в разделе 38.6.3.

С учетом растущей озабоченности экономией энергии были разработаны схемы утилизации некоторой части низкопотенциального тепла, теряемого в воздуховодах печи. Основная проблема при этом заключается в том, что выходящие газы характеризуются высокой влажностью и могут содержать много щелочных и смолистых материалов (производных серосодержащих соединений топлива и продуктов разложения химических разрыхлителей печенья, например, гидрокарбоната аммония, и летучих фракций присутствующих в тесте жиров).

Рост использования электричества для выпечки

Электрические печи, по всей вероятности, в будущем станут играть все более важную роль, так как сократится сжигание таких углеводородов, как нефть и газ. В настоящее время электрические печи подобны печам с прямым газовым нагревом и множеством нагревателей в поперечных трубах в печной камере, расположенных над и под лентой. Мощность этих нагревателей может регулироваться с помощью очень экономных тиристорных переключателей. Сила используемых токов очень велика, а замена нагревателей обходится очень дорого. Для улучшения теплопередачи к изделию в печи желательно иметь некоторую турбулентность, но поскольку отсутствуют продукты горения, отводом можно очень точно управлять. Можно иметь ряд раскаленных нагревателей, дающих интенсивное тепловое излучение для окрашивания изделий.

Для ускорения выпечки и повышения ее эффективности вырос интерес к использованию микроволн и радиочастотного излучения. Понятно, что излучение, проникающее в тестовую заготовку или частично выпеченное изделие, обладает значительным преимуществом перед теплом, воздействующим только на поверхность. По крайней мере, теоретически нагрев тестовой заготовки способствует более равномерному развитию структуры. Компания APVBaker предложила применять в стандартных печах микроволновые устройства, нагревающие позже в процессе выпечки (для ускорения сушки) как тестовые заготовки, так и сами изделия. Компания Sasib Bakery предлагает применение радиочастотного излучения для ускорения сушки в зонах традиционной печи, следующих за первой.

Сушилки для сушки при помощи радиочастотного излучения после выпечки в настоящее время широко распространены. Имеются сведения, что используя после выпечки сушку с нагревом токами высокой частоты, можно достичь увеличения выхода на 33%. Продукт, выпеченный до получения нужной структуры и цвета, переносится на неметаллическую ленту и проходит через относительно короткое устройство. Печенье на выходе устройства имеет требуемую влажность, причем градиент влажности между центром и поверхностью очень низок, что значительно снижает вероятность растрескивания после охлаждения.

Радиочастотные (РЧ) сушилки обычно используют частоту 27,12 МГц, которая специально выделена международными соглашениями для подобных целей. Выпускаются РЧ-печи на 25,40,50,60,75 и 85 кВт. РЧ-блоки имеют КПД 65-72% (эффективность преобразования потребляемой электрической мощности в энергию, передаваемую изделиям).

Используемая частота микроволн — 2450 МГц. Микроволновый нагрев увеличивается с расстоянием от ленты, поскольку поле на ленте равно нулю. Лента, однако, дает хороший нагрев за счет теплопроводности. Энергия микроволн используется в первой зоне для быстрого нагрева тестовой заготовки, в средних зонах — для остановки выделения разрыхляющего тесто газа, а в последних зонах — для увеличения скорости отвода влаги. Сообщается, что с помощью разумного использования микроволнового нагрева можно снижать длительность выпечки, регулировать толщину изделий и содержание влаги, а также уменьшить градиенты влажности в выпеченном изделии. Энергию, получаемую от микроволнового нагрева, следует применять в сочетании с традиционным нагревом, поскольку последний определяет развитие цвета и вкуса готовых изделий.

Подготовка лент пода и уход за ними

Подготовка новой ленты

Перед использованием для выпечки новую ленту необходимо подготовить. Подготовка включает кондиционирование и очистку. Очистка заключается в основном в удалении минерального масла и грязи, и в случае проволочных лент она может быть выполнена простым протиранием ленты чистой тканью после нагревания ее примерно до 150 °С. Стальные ленты (включая перфорированные) для создания чистой блестящей поверхности, к которой изделия не будут прилипать при выпечке, требуют большего внимания. Ленту традиционно нагревают примерно до 150 °С и наносят на нее жир, снова нагревают ленту в печи, а затем на выходе из печи стирают с нее жир чистой тканью. Неровности поверхности из-за царапин, точечной коррозии металла или углеродного покрытия от частиц теста зачастую вызывает прилипание изделий.

Смазка новых лент для предотвращения прилипания

Условия, вызывающие при выпечке прилипание изделий к ленте, не всегда ясны, но тонкая пленка растительного масла обычно предотвращает прилипание клейких веществ (например, сиропа или молочных продуктов), появляющихся при выпечке на основаниях изделий. Изделия с низким содержанием жира и высоким содержанием сахара или яиц могут перед помещением на ленту изделий потребовать специального ее покрытия. Выпускаются различные смазывающие устройства на основе растительных жиров или воска (например, пчелиного). Пленка жира должна быть минимально необходимой и однородной, но даже в этом случае возможно неприемлемое растекание изделий при плавлении сахаров или их растворении при нагреве. Это растекание может быть ограничено дополнительным посыпанием на масляную пленку муки или крахмала перед помещением на ленту изделий. Может оказаться легче наносить смеси масла и

Подготовка лент пода и уход за ними

Подготовка новой ленты

Смазка новых лент для предотвращения прилипания

Очистка лент пода

Независимо от того, нуждаются ли ленты в покрытии, важно сохранять ленту чистой, и в состав печи входят специальные устройства для поддержания чистоты. После съема изделий с ленты для снятия с нее прилипших крупных частиц изделий следует использовать скребок. Кроме того, может также потребоваться тщательная обработка ленты вращающимися проволочными или дополнительными тканевыми щетками. «Слишком тщательная» очистка может удалить необходимое покрытие ленты, а очень жирные щетки могут просто перераспределить «грязь», не удалив ее. Когда лента возвращается обратно, внизу печи она поддерживается на валах. Если эти валы слишком загрязняются осевшими крошками печенья и жира, осаждение дополнительной грязи может ухудшить действие щеток.

Если выпекаются полуфабрикаты с высоким содержанием жировых продуктов или сахарсодержащих продуктов на проволочных лентах, в отверстиях сетки будет оседать углерод. Если он отделяется, но как следует не снимается щетками, к основаниям выпекаемых изделий будут прилипать черные частицы. Поэтому очистке проволочных лент лучше уделять внимание перед началом выпечки или после ее начала. В случае слишком большого оседания на ленте углерода он может быть удален с теплой ленты скребками, вручную или (в исключительных случаях) обработкой едким натром. При использовании последнего метода важно, чтобы едкий натр применялся очень осторожно и затем тщательно удалялся перед последующей выпечкой смыванием. По всей вероятности, после такой обработки потребуется восстановление состояния ленты.

Уход за лентами

При нагревании ленты расширяются, и для сохранения плоских поверхностей и уменьшения напряжения, которое может привести к деформациям и проблемам с управлением лентой, очень важно поддерживать равномерный нагрев поперек ленты по всей длине печи. После окончания выпечки и отключения нагревателей лента должна продолжать двигаться, пока температура не снизится примерно до 100 °С или ниже для стальных лент и не более 150 °С — для проволочных. Только после этого можно остановить привод ленты. Период охлаждения очень важен, и в ходе охлаждения не следует открывать смотровые люки с одной стороны печи, так как при этом одна сторона будет охлаждаться быстрее другой. Охлаждение ускорится, если заслонки удаления газа и двери в начале и в конце печи будут полностью открыты.

Если лента пода в процессе выпечки из-за нарушения энергоснабжения должна быть остановлена, могут возникнуть две проблемы. Во-первых, изделия быстро перегреются и могут воспламениться, а во-вторых, лента станет избыточно горячей. Поэтому должны быть предусмотрены средства автоматического гашения нагрева в печи на такой случай, а также должны быть приняты все меры для немедленного сматывания ленты. В некоторых случаях может быть предусмотрен резервный источник питания (например, аккумуляторы), но в любом случае к ведущему валу должна быть прикреплена ручка, и в случае отключения энергии необходимо немедленно перемотать ленту Важно также иметь средства для безопасного сбора сгоревших или горящих изделий, причем ленту необходимо продолжать двигать, пока не будет включена подача энергии или лента достаточно охладится для останова.

Ржавчина может быстро разрушить поверхность ленты, и поэтому если в печи влажная атмосфера, и особенно, если она не используется регулярно, целесообразно покрыть поверхность ленты жиром или маслом. Кроме того, для предотвращения покрытия ржавчиной внутренней поверхности ленты иногда следует ее смазывать очень негустой консистентной смазкой (типа силиконовой или графитовой). Слишком большое количество смазки может привести к скольжению привода на конечном валу.

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 пробоотбо- ра 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, описанное в разделе 5.8.5. Наше неполное понимание условий регулирования печи обусловлено двумя основными проблемами:

вдоль всей длины печи имеется множество регуляторов, состояние которых трудно зарегистрировать и воздействия которых очень взаимосвязаны;

до сих пор наблюдается лишь незначительный прогресс в непрерывных измерениях параметров выпечных продуктов, с которыми должны быть сопоставлены положения регуляторов и значения измеряемых параметров печи.

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 по автоматизации печей для производства печенья и компьютерному управлению ими [1-4].

Распыление масла после выпечки

Многие пикантные крекеры, а также некоторые другие виды изделий в горячем виде покрывают распыленным маслом. Сразу после снятия с ленты пода изделие проходит через установку, в которой на них распыляется теплое растительное масло. Масло поступает из нагнетательных форсунок, с вращающихся дисков или с помощью статических зарядов. Все способы, корме последнего, обычно ведут к загрязнению окружающего пространства из-за распыления мелких капелек масла.

Покрытие маслом, нанесенное только на верхнюю или обе поверхности и составляющее 8-18% от массы печенья, значительно улучшает внешний вид поверхности изделий, его цвет и несколько улучшает вкусовые качества. В некоторых случаях наносится ароматизированное масло, которое для пикантного и затяжного сладкого печенья бывает полезно для придания аромата и вкуса, который был бы потерян при добавлении этого масла в тесто до стадии выпечки. Основная проблема с ароматизированным маслом заключается в том, что оно загрязняет охлаждающие конвейеры, используемые при выходе из устройства распыления масла, и запах может распространиться в упаковочной зоне фабрики.

Масло, используемое для распыления, особенно подвержено прогорканию, так как оно распыляется горячим и в таком состоянии легко окисляется. На изделиях масло находится в виде поверхностной пленки, что также идеально для окисления. Поэтому рекомендуется использовать жир или масло, устойчивые к окислению, и здесь наилучшим является кокосовое масло, поскольку в нем мало ненасыщенных жирных кислот. Его легко приобрести, и оно гораздо дешевле специально приготовленных, устойчивых к окислению жиров.

Литература

WADE, P. and WATKIN, D. А. (1968) Biscuit Automation Part IV – Some Results Obtained With the Biscuit Sampling and Automatic Measuring Equipment, C&CFRA (FMBRA) Report 12.
LAWSON, R. and BARRON, L. F. (1970) Biscuit Automation Part VI — Mathematical Modelling of a Pilot Scale Travelling Oven, C&CFRA (FMBRA) Report 38.
CORNFORD, S. J. (1979) The Biscuit Oven Temperature Recorder Mark III, C&CFRA (FMBRA) Bulletin No. 4, 147.
LAWSON, R. and JABBLE, S. S. (1979) Further Moves Towards a Fully Automatic Semi-Sweet Biscuit Plant, C&CFRA (FMBRA) Report 85.

Дополнительнаялитература

WADE, P. AND BOLD, E. R. (1968) Investigation of The Baking of Semi Sweet Biscuits, Part I — Some Factors Affecting the Thickness of the Finished Biscuit, C&CFRA (FMBRA) Report 14.
HODGE, D. G. and WADE, P. (1968) Investigation of The Baking of Semi Sweet Biscuits, Part II Changes Occurring in the Temperature and Thickness of Dough Pieces During Baking, C&CFRA (FMBRA) Report 22.
HOLLAND, J. M. (1979) Increasing Productivity by Dielectric Heating, BCMA Technical Conference.
MOWKRAY, W. R. (1981) Technology of the «hot box», Food Manufacture, October.
LAWSON, R., MILLER, A. R. and THACKER, D. (1986) Heat transfer in biscuit baking Part I: The effects of radiant energy on semi-sweet biscuits, C&CFRA (FMBRA) Report 132.
Strayfield International Ltd (1986) An array of applications are evolving for radio frequency drying. Food Eng. Int’1. November.
MACFARLANE, I. (1989) Measurement of oven conditions and types of ovens used in the biscuit industry. Biscuit Seminar, ZDS Solingen, Germany, December.
MANLEY, D. J. R. (1998) Biscuit, Cookie and Cracker Manufacturing Manuals, 4. Baking and cooling of biscuits, Woodhead Publishing, Cambridge.
LAWSON, R. (1994) Mathematical modelling of cookie and cracker ovens, in The science of cookie and cracker production, edited by H. Faridi, Chapman & Hall, London.

Опублікувати коментар Скасувати коментар

Пошук

Останні статті

Останні коментарі