CC BY
31
Жизнь
химию
соеди-■160 с.
3.03.90
664.66.001.573
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ САХАРОВ ПРИ ВЫПЕЧКЕ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
А. А. АРТИКОВ, А. Д. ДАНИЛОВ Ташкентский химико-технологический институт
На качество хлебобулочных изделии при выпечке большое влияние оказывают процессы, связанные с различными изменениями углеводов. Возможность предопределить характер протекания этих процессов, повлиять на их ход важно при определении технологических особенностей выпечки. Решению этоГі проблемы и посвящена данная статья.
Анализ биохимических процессов, протекающих в тесте-хлебе, позволил выделить три из них: спиртовое брожение, гидролиз крахмала и реакцию меланоидинообразовання, которые играют основную ролі, в преобразовании сахаров.
ПрОЦЄСС!)І спиртового брожения и мела-ноидинообразования — потребители восстанавливающих сахаров, а процесс гидролиза — поставщик. Следовательно, мы можем записать, что количество сахаров в тесте-хлебе в любой /-тый момент времени (3, определяется следующим образом:
С,- = (3„ + Огі — <Зс6рі — вмелі, (1)
где (Зо — исходное количество сахаров в тестової! заготовке:
Огі — количество сахара в /-тьііі момент времени, полученного за счет гидролиза крахмала:
6сбрі — количество сброженного сахара в /-тын момент времени: ймелі—количество сахара, вступившего в реакцию меланоидинообразовання в /-тып момент времени.
Чтобы решит!) уравнения (1), необходимо знать значения йгі, <Зсбр,, ймеЛІ в каждый дискретный момент времени. Для этого необходимо построит!) математические модели трех указанных процессов.
Попутно можно решить задачу по определению количеств выделившихся спирта п углекислого газа, оставшегося крахмала, образовавшихся меланоидинов.
Рассмотрим эти процессы.
1. Гидролиз крахмала [1). Входными переменными для анализа процесса считаем: исходное количество крахмала в тестовой заготовке йкр\ исходное количество воды С„; активность амилаз А; активную кислотності) среды pH; атакуемость субстрата К; температуру тестовой заготовки /; время процесса т.
Выходные переменные для /-того момента выпечки: оставшееся после гидролиза количество крахмала йкрі\ количество гидролизованной воды (Зш; количество получившихся сахаров Сг;.
Для интенсивности протекания гидролиза крахмала можно записать:
сій
СІТ
= /(/, рНАК.О.,,...).
(2)
Так как в процессе гидролиза крахмала образуются, кроме конечного продукта мальтозы, декстрины разной молекулярной массы, а мальтоза, в свою очередь, может под действием дрожжей гидролизоваться до глюкозы, то проведем анализ количественных изменении углеводов при гидролизе в пересчете на глюкозу.
Обобщенное уравнение гидролиза крахмала выглядит так:
(С,;Н,о05) П+П • Н20 — п • С.Н^О,,.
Для образования одной молекулы глюкозы необходимы один глюкозный остаток крахмала и одна молекула воды, т. е.
СнН,„05+Н,0-+аН1,0,,
Из этого следует, что для образования 180 мае. ед. глюкозы необходимо 162 ед. крахмала и 18 ед. воды или из 1 мг крахмала и 0,11 мг воды образуется 1,11 мг глюкозы.
Воспользовавшись законом сохранения масс
ткр + тв = тгл.
можно, зная один компонент, определить два других, приняв
ткр = 0,9тгл, тв = 0,\ тгл.
Тогда запишем:
О «р+ 0 в<— С кр= 0 гі-
(3)
Для упрощения задачи допустим, что скорость гидролиза определяется в виде:
* (Ог/акр)
СІТ
= и 1,
(4)
где и| =/ (/, pH, А, К, т,...) — коэффициент, характеризующий скорость гидролиза, определяется экспериментально.
Для малых приращений получаем:
°е
О,
С,,-
* крі крі — 1
Выразим отсюда значение йг1 :
С,
___ 6крі ^ крі — ІАт+ (ігі — і)
J крі — 1
(5)
Из анализа обобщенного уравнения гидролиза имеем:
12 Заказ 052
<3Кр— скР1=Ь'Ог1, 0в1. = л20а.; (6)
А, =0,9, *2 = 0,1, 61 + 62=1.
Тогда запишем:
Ск р—в кР1+г1= в *• (7)
Подставим в это уравнение выражение (5) и решим его относительно 0^,:
Q _____ ^кр^кр— 1
крі ~ Окрі__ ,(!+*,«, Дт)
(8)
Сведем вместе уравнения (6) и (8) и получим систему уравнений, позволяющую рассчитать количественные характеристики компонентов гидролиза крахмала:
=
бкрбкрі-I
кр‘ бісрі—1(1 +£іИі'Ат) + — і /г1
Я
с„. =
■'крі
Ош = *2С?гі.
2. Спиртовое брожение [2]. Входными переменными для анализа процесса считаем: исходное количество сахаров в тестовой заготовке йсах\ количество дрожжей йдр\ количество пекарского жира 6Ж\ газообразующая способность муки Г; температура тестовой заготовки время процесса т.
Выходные переменные: количество несбро-женного сахара С„С1; количество выделившегося углекислого газа количество выделившегося спирта Єспі.
Проведя анализ, аналогичный анализу гидролиза крахмала, получили следующую систему уравнений, которая позволяет рассчитать количественные характеристики компонентов спиртового брожения:
(*сах 6неї — I
___
НС‘ +(1 + ^0 (Онсі— І^Дт+О^гі-і)] ’
ґ' _____ ^сах на
уг‘ ~ к3
спі ^
(10)
где ы2 = /(/, Осах, Ож, Г. т,...) — коэффи-
циент, характеризующий интенсивность брожения, определяется экспериментально; *з, *4 — коэффициенты пропорциональности из обобщенного химического уравнения спиртового брожения, 6з=2,04; *4=1,04.
3. Реакция меланоидинообразования [3]. Входные переменные: количество восстанавливающих сахаров йсах\ количество аминокислот йаК; активная кислотность среды pH; температура тестовой заготовки /*, время процесса т.
Выходные переменные: оставшееся количество сахаров оставшееся количество ами-
нокислот йак1\ общее количество продуктов реакции Опр,
Система уравнений, описывающая количественные изменения компонентов реакции, для данного случая выглядит следующим образом:
ОСГ‘ “зСосг1'_іДт+ йс
^ ак^акі— 1
~ и4оакі_ ,дт+аа
(П)
впрі = (0сах—0ОСт,) + (Сок—Саю.),
где из, и4=/(0с„, Оак, pH, /, т,...) — коэффициенты, характеризующие интенсивность взаимодействия соответственно сахаров и аминокислот.
Итак, мы имеем три системы уравнений, которые позволяют рассчитывать количественные изменения углеводов при выпечке хлебобулочных изделий. Анализ особенностей этих процессов показал, что они по-разному протекают в различных слоях теста-хлеба.
Разобьем выпекаемый продукт на отдельные ячейки по высоте.
Для элементарной /-той ячейки можно записать:
в'
сбрі
■О' -с
сбрі Мі
(12)
С . на-
осп
.= С — (? ..
мем сах осп
Неизвестные переменные С',, 0‘нс., ходим, решая системы уравнений, (9) — (11).
Приведем пример расчета по данной методике для узбекских лепешек «оби-нон», выпекаемых при ///(-энергоподводе. Исходные данные для расчета: объем элементарной ячейки — 1,25-10~7 м3\ толщина ячейки — 0,005 м\ начальное количество крахмала в ячейке — 3,52-10-5 кг\ начальное количество сахаров в ячейке — 4,52-10~7 кг; активная кислотность — 5,6; активность амилаз — 0,3 ед. СКВ; время выпечки — 300 с.
60
/го
ІО’кг
1 ^3 ^ -А
N
п
ч
1-6 I /
г-іі /
(з-4
/во
2*0 Т С
По результатам строим кривые (см. рисунок), отражающие сущность преобразований сахаров: наличие спиртового брожения на участке от 0 до 60 с; интенсивный гидролиз на участке
ей
К-1”'
>3311-
1НН0-
ГІІМІІ,
|тЄІ; Еойу-аги А иро-
I: НЫи
60—120 с; меланоидинообразование, интенсивное в конце выпечки. Номера ячеек сверху вниз: 1 — 0^-5 мм; 2—5-^10 мм; 3—10-^15 мм; 4—15-?-20 мм; 5—20-Т-25 мм; 6—25-=-30 мм.
ВЫВОДЫ
По расчетам с использованием математической модели, среднее значение сахаров в лепешке — 1,016% к массе изделия, среднее значение сахаров, полученное по методике ВНИИХП для расчета химического состава хлебобулочных изделий, равно 0,98% к массе изделия. Относительное отклонение двух методов 3,5%.
Предлагаемая модель, в отличие от методики ВНИИХП, позволяет проследить количественные изменения сахаров по слоям ввиду неоднозначности их значений по высоте изделии.
Предложенная модель может использоваться при обосновании технологических режимов выпечки, при прогнозировании качества выпекаемого продукта и т. д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Артиков А. А., Данилов А. Д. Моделирование процесса гидролиза крахмала при выпечке/
Ташкент, 1988.— 12 с.— Деп. в ЦНИИТЭИхлебопро-дуктов 15.11.88, № 1004-хб88.
2. Артиков А. А., Данилов А. Д. Моделиро-
вание процесса спиртового брожения при выпечке на ЭВМ/Ташкент, 1988.— 12 с.— Деп. в ЦНИИТЭИ-хлебопродуктов 15.11.88, № 1005-хб88.
3. Артиков А. А., Данилов А. Д. Математи-
ческое описание реакции меланоидинообразования при выпечке/Ташкент, 1988.— 10 с.— Деп. в ЦНИИТЭИ-хлебопродуктов 15.11.88, № 1003-хб88. —,
Кафедра автоматизации производственных процессов
Поступила 04.10.90
ьжно
Ч')',
664.665.012.1:543.42
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЗБЕКСКИХ СДОБНЫХ ЛЕПЕШЕК
С. Г. ИЛЬЯСОВ, М. Б. КАМАЛОВА
Московский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности Бухарский технологический институт пищевой и легкой промышленности
Для научного обоснования Я/(-облучения при выпечке теста узбекских сдобных лепешек необходимо иметь данные по его спектральным терморадиационным и оптическим характеристикам. В процессе ///(-облучения меняются структура и состояние поверхности готовых изделий, что обусловливает изменение названных характеристик. Данные по оптическим свойствам необходимы также для расчета распространения и поглощения лучистого потока в слое сдобных лепешек.
Зависимость спектральных полусферических отражательной и пропускательной 7\ способностей теста, мякиша и корок сдобных лепешек от длины волны к исследовали по методике [1],
Для измерения и Т>. сдобных лепешек в процессе ИК-облучения взяты образцы толщиной / 1,5; 5,0; 6,0 и 8,0 мм, представляющие собой верхний слой поверхности с прилегающим мякишем, а также срезы внутренних слоев теста и мякиша лепешки.
На рис. 1 показаны спектральные терморадиационные характеристики сдобного пшеничного теста при I, мм: 1—8,0; 2—5,0; 3—6,0 и пшеничного теста при /, мм: 4—4,6 [1]; 5—40 [2]; 6—2,6 [ 1 ], а на рис. 2 — выпеченной корки и мякиша сдобной лепешки с / = 9,5 мм (1); мякиша с / = 8,5 мм (2); выпеченной корочки с /=1,5 мм (3)\ пшеничного теста [2] с / 40 мм (4) и 6,0 мм (5); теста-хлеба (6), выпеченных в поле СВЧ с последующей Я/С-выпечкой [3].
1!?л
1,0 1,4 2,0 3,0 Л.МКМ]
Рис. 1
