1.7 Особенности применения ЭК-энергоподвода в хлебопечении
Как отмечает Ауэрман Л.Я. [6], ЭК-способ выпечки был разработан во ВНИИХП Шумаевым Ф.Г. в 1936 г. Детально процесс ЭКвыпечки хлеба исследовал Островский Я.Г. в 19531954 гг. [115].
При проведении экспериментов Шумаев Ф.Г. использовал вариант ЭК-выпечки, когда на электродах сохранялось постоянное напряжение, а сила тока менялась в зависимости от электропроводности теста (при другом варианте выпечки в системе поддерживалась постоянная сила тока). В результате экспериментов были выявлены следующие положения:
1. Тесто относится к полидисперсным системам, обладающим ионной проводимостью, обусловленной диссоциацией в водном растворе солей и кислот, находящихся в тесте, на ионы.
2. ЭК-прогрев позволяет получить хлеб с нормальным мякишем, но лишенный корки.
3. Средняя длительность выпечки зависит от электропроводности теста-хлеба, подводимого напряжения и при напряжении 220 В составляет 2,25 мин, а при напряжении 120 В 5,95 мин (масса хлеба 1 кг).
4. Величина дозировок соли (от 0 до 1,5 %) оказывает существенное влияние на электропроводность теста.
5. Увеличение кислотности существенного влияния на электропроводность теста не оказывает, что объясняется незначительной диссоциацией молекул органических кислот в слабых водных растворах.
6. Удельный расход энергии на ЭК-выпечку ржаного хлеба в зависимости от подаваемого напряжения составляет:
0,082 кВт/кг (напряжение 220 В);
0,089 кВт/кг (напряжение 120 В);
0,122 кВт/кг (напряжение 40 В).
Островский Я.Г. [115], оценивая удельный расход электроэнергии на ЭК-выпечку пшеничного хлеба, приводит несколько другие данные:
(0,062+0,002) кВт/кг (напряжение 220 В);
(0,077+0,005) кВт/кг (напряжение 120 В);
(0,115+0,005) кВт/кг (напряжение 60 В).
При этом Островский Я.Г. отмечает, что основное влияние на увеличение удельного расхода энергии при использовании более низкого напряжения оказывает увеличение потерь на теплообмен с окружающей средой. Удельный расход энергии на выпечку в теплоизолированных формах практически не зависит от используемого напряжения и составляет (0,053 +0,005) кВт/кг.
Таким образом, для снижения энергоемкости процесса ЭКвыпечки хлеба целесообразно увеличивать подводимое напряжение или проводить выпечку в теплоизолированных формах.
В ходе экспериментов Шумаевым Ф.Г. были построены зависимости изменения силы тока и температуры теста-хлеба от продолжительности ЭК-выпечки для образцов разной массы (приложение Б).
Анализ полученных результатов показал некоторую взаимосвязь силы тока и температуры теста-хлеба в процессе выпечки. Характер их изменения аналогичен для образцов различного развеса и, как бы растягивается по времени при увеличении массы выпекаемого образца.
Сила тока, а, следовательно, и электропроводность теста, изменяется по сложной закономерности: сначала (до температуры теста-хлеба 60оС) она увеличивается, затем снижается и стабилизируется. После достижения температуры теста-хлеба порядка 70оС сила тока вновь возрастает, а от 92оС до 95оС начинает уменьшаться.
Исследованием особенностей изменения электропроводности теста и его компонентов в процессе ЭК-нагрева занимались также Baker J.C. и Mize М.D. [116118]. Эти авторы изучали изменение напряжения, которое требовалось для поддержания постоянства расхода электроэнергии, подводимой к тесту. Как было установлено, изменение напряжения и изменение электропроводности находятся в обратной зависимости.
Baker J.C. и Mize М.D. исследовали также зависимость напряжения на электродах и температуры от продолжительности ЭК-прогреве теста и его основных компонентов: 3 %-ного раствора соли и отмытых в этом растворе клейковины и крахмала (приложение В). При анализе зависимости напряжения от температуры нагреваемых объектов, отмечаются следующие закономерности: характер изменения напряжения при прогреве всех перечисленных объектов до температуры от 48оС до 50оС идентичен и свидетельствует о повышении их электропроводности; дальнейшее повышение температуры оказывает различное действие на исследуемые среды. Для теста дальнейшее повышение температуры приводит к снижению его электропроводности, прерываемым периодом ее стабилизации в интервале изменения температур от 70оС до 95оС. Островский Я.Г. в своей работе [115] выражает несогласие с последним заключением. Он утверждает, что внимательное рассмотрение указанных зависимостей позволяет отметить новое повышение электропроводности теста в интервале температур от 70 оС до 85оС, и лишь затем ее незначительное снижение и стабилизацию до температуры 98оС. Убеждение Островского Я.Г. в этом, основывается на собственных экспериментальных данных и данных Шумаева Ф.Г., в которых более четко улавливается второй экстремум электропроводности при ЭК-выпечке хлеба.
Второй экстремум электропроводности хлеба при ЭК-выпечке отмечает и Гинзбург А.С. [119], однако объясняет это он так: «подъем силы тока для образцов крупного развеса в интервале от 70оС до 86оС и от 86оС до 96оС является очевидно характерными и возможно объясняются какими-то условиями опыта». Островский Я.Г. не соглашается с этим объяснением, считая его не вполне убедительным.
Baker J.C. и Mize М.D. [116118] отмечают, что характер изменения напряжения, а следовательно, электропроводности крахмала и теста при их раздельном прогреве в интервале температур до 70оС аналогичен. Дальнейший прогрев крахмала характеризуется заметным увеличением его электропроводности до температуры от 80оС до 85оС и лишь при прогреве выше этой температуры электропроводность крахмала стабилизируется.
ЭК-прогрев солевого раствора вызывает однозначное повышение его электропроводности в течение всего процесса.
ЭК-прогрев солевого раствора вызывает однозначное повышение его электропроводности в течение всего процесса.
При прогреве клейковины до температуры 70оС ее электропроводность увеличивается, а начиная с 70оС, вновь несколько снижается.
Нелинейная зависимость электропроводности теста от температуры, в отличие от электропроводности солевого раствора, дает основание утверждать, что природа и изменение электропроводности теста-хлеба при ЭК-выпечке зависит не только от степени диссоциации солей и кислот при повышении температуры, но также и от изменения структурных и физических свойств теста-хлеба. Изложенное дает основание Островскому Я.Г. [115] согласиться с Гинзбургом А.С. в том, что электропроводность теста в значительной мере зависит от состояния коллоидных веществ в процессе взаимодействия их с водой. При этом особое внимание оба автора уделяют аналогии характера изменения электропроводности теста и крахмала.
Гинзбург А.С. [119], увязывая данные об изменении электропроводности теста с процессами, происходящими при выпечке, особое внимание уделяет клейстеризации крахмала. Влиянию белковых веществ на электропроводность теста внимания практически не уделяется.
В связи с этим, определенный интерес представляет исследование особенности ЭК-выпечки хлеба с измененным химическим составом. Изменение массовой доли белковых веществ в тесте может выявить их влияние на процесс ЭК-выпечки и позволит оценить перспективность применения этого способа для приготовления хлебных изделий с измененным соотношением белка и углеводов.
В работе Кульмана А.Г. [120] приведены результаты исследования коллоидной характеристики теста-хлеба ЭК-выпечки. Помимо изучения коллоидной системы при такой выпечке, указанная работа интересна в части сравнения показателей качества ЭК-выпечки пшеничного и ржаного хлеба.
В работе приведены результаты изменения температуры тестахлеба и силы тока в процессе ЭК-выпечки пшеничного и ржаного хлеба (приложение Г).
Анализируя полученные зависимости, автор делает следующие выводы: увеличение электропроводности теста вначале выпечки связано с уменьшением вязкости среды и повышением степени диссоциации электролитов, а также подвижности ионов, в особенности катиона водорода. Наступающее затем падение электропроводности объясняется интенсивным протеканием денатурации белков и клейстеризации крахмала. После чего электропроводность теста определяется его физическими свойствами и влажностью. Кривая силы тока для ржаного хлеба располагается значительно выше, чем для пшеничного и имеет более крутые периоды, что автор связывает с более ясно выраженной гелеобразной структурой ржаного теста, большей влажностью и меньшей вязкостью.
Обращает на себя внимание то, что представленные Кульманом А.Г. кривые изменения силы тока при ЭК-выпечке хлеба, не имеют двух экстремумов и несколько не согласуются с данными Шумаева Ф.Г. и Островского Я.Г.
В части, посвященной состоянию коллоидной системы ЭК-хлеба, Кульман А.Г. отмечает следующее:
1. Характер изменения способности коллоидов теста-хлеба связывать воду аналогичен для ЭК и РК способа выпечки и отличается лишь по абсолютным значениям (приложение Д).
Однако конфигурация графических зависимостей вызывает некоторые сомнения в высказанной Кульманом А.Г. полной аналогии указанных характеристик двух вариантов выпечки.
2. Содержание в хлебе коллоидов, пептизируемых водой, при ЭК-выпечке увеличивается, причем, для пшеничного хлеба этот показатель близок к образцам РК- выпечки, а для ржаного хлеба значительно ниже.
Автор объясняет это более длительным периодом РК-выпечки, при котором мицелярная структура коллоидной системы расшатывается и становится более доступной пептизирующему действию воды.
3. Способность коллоидов к набуханию по мере ЭК-выпечки возрастает. Липкость хлеба при ЭК-выпечке уменьшается по сравнению с тестом более чем в 10 раз.
4. Пенообразующая способность золей теста-хлеба в процессе ЭК-выпечки убывает значительно медленнее, чем у золей хлеба РКвыпечки (особенно для пшеничного хлеба).
В заключении Кульман А.Г. делает вывод, что ЭК-выпечка заслуживает внимания как чрезвычайно быстрый способ приготовления хлеба, а к недостаткам ЭК-выпечки относит несколько более грубый мякиш у пшеничного хлеба (у ржаного разницы практически не наблюдается) и отсутствие твердых корок.
Наиболее подробно процесс ЭК-выпечки был исследован Островским Я.Г. [115]. В результате установлены следующие характерные особенности ЭК-выпечки хлеба:
1. Хлеб, получаемый ЭК-способом выпечки, отличается от хлеба, выпеченного в обычной хлебопекарной печи, отсутствием корки, большим объемом (на от 15 % до 20 %), более развитой и равномерно распределенной по всему срезу пористостью, меньшей влажностью после суточной выдержки, более равномерной усадкой по толщине и деформацией ломтя при его сушке.