CC BY
22
https://doi.org/10.47370/2072-0920-2020-15-4-22-31 УДК 664.661:664.642.2
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ / ORIGINAL ARTICLES
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХЛЕБА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХМЕЛЕВОЙ ЗАКВАСКИ В ПЕЧАХ РАЗЛИЧНОГО ТИПА
Валентина А. Буховец, Татьяна В. Кириллова, Надежда А. Фокина, Иван В. Романов
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», Театральная пл., д. 1, г. Саратов, 410005, Российская Федерация
Аннотация. Статья посвящена исследованиям процессов формирования структуры выпекаемых тестовых заготовок на пшеничной и хмелевой заквасках и изменениям свойств готовых изделий и полуфабрикатов в зависимости от способов выпечки.
В тестовой заготовке при выпечке под воздействием тепла и влаги протекает целый комплекс физических, химических и биохимических процессов, что вызывает глубокие изменения в тесто-хлебе. Продолжительность и интенсивность процессов, протекающих на поверхности и во внутренних слоях заготовки при выпечке, зависят от температуры. Поэтому создание оптимальных режимов прогрева выпекаемой тестовой заготовки на различных этапах позволяет получить изделия требуемого качества.
Для моделирования процессов формирования мякиша, изменения температуры внутри тестовой заготовки упека, удельного объема с течением времени при различных способах ведения теста и выпечки применялись регрессионные модели, учитывающие влияние качественных факторов. Каждый качественный фактор, имеющий две градации, заменялся одной бинарной переменной. Решение многокритериальной задачи оптимизации показало, что оптимальных значений исследуемые показатели достигают при выпечке в конвектомате и приготовлении теста на хмелевой закваске.
Ключевые слова: ротационная печь, пароконвектомат, хмелевая, пшеничная закваски, упек, площадь пропеченного мякиша, температура
Для цитирования: Моделирование технологии производства хлеба с использованием хмелевой закваски в печах различного типа / Буховец В. А. [и др.] /У Новые технологии. 2020. Т. 15, № 4. С. 22-31. https://doi.Org/10.47370/2072-0920-2020-15-4-22-31
BREAD PRODUCTION TECHNOLOGY MODELLING USING HOP STARTER IN OVENS OF VARIOUS TYPES
Valentina A. Bukhovets, Tatiana V. Kirillova, Nadezhda A. Fokina, Ivan V. Romanov
FGBOU VO «Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov», 1 Teatralnaya sq., Saratov, 410005, the Russian Federation
Annotation. The article studies the processes of structure formation of baked dough pieces using wheat and hop starters and changes in the properties of finished products and semi-finished products depending on the baking methods.
A whole complex of physical, chemical and biochemical processes takes place in the dough piece during baking under the influence of heat and moisture, which causes considerable changes in the bread dough. These processes cause changes in the baked dough piece, that cause turning the dough into bread. Duration and intensity of the processes occurring on the surface and in the inner layers of the dough piece during baking depend on the temperature. Therefore, creation of optimal modes of heating the baked dough piece at various stages allows you to get products of the required quality.
To simulate the processes of crumb formation, changes in temperature inside the dough piece of baking, and specific volume over tim e with different methods of dough and baking, regression models were used, that take into account the influence of qualitative factors. Each qualitative factor having two grades was replaced by one binary variable. The solution of a multicriteria optimization problem showed that the studied indicators reach the optimal values when baking in an air-o-steam and preparing a dough using hop starter.
Keywords: rotary oven, air-o-steam, hop and wheat starters, oven loss, baked crumb area, temperature
For citation: Bread production technology modelling using hop starter in ovens of various types / Bukhovets VA fet cd.] // New technologies. 2020. Vol. 15, No. 4. P. 22-31. hups: doi. org/10.473 70/20 72-0920-2020-15-4-22-31
Введение. Мини-пекарни уверенно завоёвывают рынок хлебобулочных изделий, вытесняя продукцию крупных хлебозаводов из потребительской корзины. Появились сетевые кондитерские и пекарни, в которых выпечка происходит непосредственно перед продажей. Данные пекарни оснащены печами шкафного типа и пароконвектоматами. Хлебопекарные печи являются основным технологическим оборудованием, определяющим производительность хлебобулочных изделий.
Однако изучение процесса выпечки хлебобулочных изделий в данных печах при тестоведении на заквасках остается недостаточным и требует уточнения по рекомендациям их использования.
Цель исследований: разработать математические модели показателей технологического процесса производства хлебобулочных изделий на основе оптимальных режимов выпечки.
Материалы и методы. Исследования проведены в ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. НИ. Вавилова» в период 2017-2020 гг.
За основу была выбрана рецептура хлеба пшеничного высшего сорта (ГОСТ
Р 58233-2018). Способ тестоведения двухфазный на пшеничной и хмелевой заквасках. Тестовые заготовки выпекали в ротационной печи и пароконвекгомате. Температура паровоздушной среды пекарной камеры 220° С.
Количественная оценка влияния способов ведения теста и выпечки на температуру внутри выпекаемой тестовой заготовки, площади пропеченного мякиша, упека, удельного объема проводилась с помощью математических моделей.
Учет типа закваски и типа печи при построении модели производили введением бинарных фиктивных переменных. Качественные факторы, имеющие две градации, заменялись одной бинарной переменной (таблица 1).
Результаты и обсуждения. Температура внутри тестовой заготовки (ТЗ), достигнув предельного значения, перестает увеличиваться при дальнейшем прогревании в пекарной камере. Для математического описания затухающих процессов используем логистическую функцию вида
Оценки параметров функции найдены методом наименьших квадратов
Таблица 1
Замена качественных факторов бинарными переменными
Table 1
Replacing qualitative factors with binary variables
Тип закваски Значение бинарной переменной у
пшеничная 0
хмелевая 1
Тип печи Значение бинарной переменной z
ротационная печь 0
пароконвектомат 1
(МНК) и приведены в таблице 2. Гра- Изменение величины упека, удель-
фики логистических кривых изображе- ного объема, площади пропеченного мя-ны на рисунке 1. киша, температуры внутри выпекаемой
Таблица 2
Оценки параметров логистических функций
Table 2
Estimates of the parameters of logistic functions
Способы ведения теста и выпечки Коэфс шциенты модели Коэффициент корреляции
а b с
ТЗ на пшеничной закваске (ротационная печь) 0,100 127,695 4,474 0,995
ТЗ на хмелевой закваске (ротационная печь) одоо 123,789 4,140 0,978
ТЗ на пшеничной закваске (пароконвектомат) 0,100 171,161 8,121 0,983
ТЗ на хмелевой закваске (пароконвектомат) одоо 124,754 4,628 0,986
120^
0 1-
0 10 15 20 25 30 35 40
Время выпекания, мин
-1-тестовые заготовки на хмелевой закваске(ротационная печь)
-2 -тестовые заготовки на хмелевой закваске(пароконвектомат)
Рис. 1. Моделирование изменения температуры внутри тестовой заготовки Fig. 1. Simulation of temperature changes inside a dough piece
тестовой заготовки происходит по за- небольшом промежутке времени функ-кону затухающего роста. Такие про- цию отклика для этих параметров можно цессы описываются сигмоидой [1, 2]. На представить суммой степенных функций:
/к у, г)=ао + Щ + а0у + а^г + а/1'5 + а512у + а6Т2г +а7уг к = 1,... ,4'
где I - температура выпекания,
у, г - бинарные переменные «тип закваски», «тип печи» соответственно. Для оценки параметров этого уравнения используется метод наименьших квадратов (МНК).
Таблица 3
Оценки параметров уравнения, их значимость и результаты проверки адекватности моделей
с бинарными переменными
Table 3
Estimates of the parameters of the equation, their significance and the results of checking the adequacy of models with binary variables
Наименование показателя Коэффициенты Нижние 95% границы доверительного интервала Верхние 95% границы доверительного интервала Коэффициент R Наблюдаемое значение F-критерий Фишера Значимость F
аО 2,801 0,147 5,455
al 0,268 -0,313 0,849
а2 -0,155 -1,761 1,451 г- ю m
Упек, % аЗ -3,290 -4,897 -1,684 >о ОС OS o o
а4 0,036 -0,069 0,140 о" •sD ir, o"
а5 0,000 -0,004 0,003
аб 0,004 0,000 0,008
а7 0,840 -0,849 2,529
аО 124,28 66,51 182,06
al 12,90 0,25 25,55
а2 -104,19 -139,16 -69,23
Удельный объем. аЗ -28,28 -63,24 6,69 о ю iñ <N o o
см3/г а4 -1,56 -3,83 0,70 CN о" o" <N o o"
а5 0,02 -0,07 0,10
аб 0,02 -0,06 0,11
а7 103,10 66,33 139,87
аО 1032,427 -1613,901 3678,755
al -561,443 -1141,014 18,129
Площадь а2 1869,335 267,754 3470,916
аЗ 88,500 -1513,081 1690,081 OS ЧО o o
пропеченного мякиша, мм2 а4 163,614 59,793 267,434 о" fN o o"
а5 -1,782 -5,677 2,112
аб 0,237 -3,658 4,131
а7 -450,600 -2134,745 1233.545
Продолжение таблитцы 3
аО 22,798 6,867 38,729
al 1,206 -2,283 4,695
Температура внутри выпекаемой тестовой заготовки, °С а2 2,348 -7,294 11,989
аЗ -2,711 -12,353 6,930 0,986394936 \о ОС о, ON г- о о о
а4 0,376 -0,249 1,001 о У? о
а5 -0,006 -0,029 0,018
аб 0,009 -0,014 0,033
а7 -2,400 -12,539 -7-739
В таблице 3 приведены оценки коэффициентов модели. На рисунках 2-13 представлены графики зависимостей показателей от времени выпекания, типа печи, типа закваски
Хмелевая закваска
Связь между показателями и управлявшими факторами 1у, г можно считать достаточно тесной для всех моделей. Все модели адекватны при уровне значимости 5%. Наиболее значимым является коэффициент
Хмелевая закваска
Пшеничная закваска
Время выпекания, мин
Рис. 2. Двумерные сечения поверхности отклика (пароконвектомат) числа на кривых -значения упека, % Fig. 2. Two-dimensional sections of a number response surface (air-o-steam) on the curves are the values of oven loss, %
Пшеничная закваска
ь
Время выпекания, мин
Рис. 3. Двумерные сечения поверхности отклика (ротационная печь) числа на кривых-значения упёка, % Fig. 3. Two-dimensional sections of a number response surface (rotary oven) on the curves are the values of oven loss, %
И <D
H
>>
1 -пароконвектомат; 2- ротационная печь
Рис. 4. Общий вид поверхности отклика (упек,%)
Fig. 4. General view of the response surface (oven loss,%)
Хмелевая закваска
Пшеничная закваска
Время выпекания, мин
Рис. 5. Двумерные сечения поверхности отклика (пароконвектомат) числа на кривых — значения удельного объема, см3/г Fig. 5. Two-dimensional sections of a number response surface (air-o-steam) on the curves are the values of oven, CM3/g
Хмелевая закваска
Пшеничная
закваска
Время выпекания, мин
Рис. 6. Двумерные сечения поверхности отклика (ротационная печь) числа на кривых - значения удельного объема, см3/г Fig. б. Two-dimensional sections of a number response surface (rotary oven) on the curves are the values of oven, CM3/g
% S
X ° p S
5 S
£ Ю
1 - Пароконвектомат; 2 - Ротационная печь
Рис. 7. Общий вид поверхности отклика (удельный объем, см3/г)
Fig. 7. General view of the response surface (specific volume, CM3/g)
Хмелевая закваска
Пшеничная закваска
Время выпекания, мин
Рис. 8. Двумерные сечения поверхности отклика (пароконвектомат)) числа на кривых - значения площади пропеченного мякиша, мм2 Fig. 8. Two-dimensional sections of a number response surface (air-o-steam) on the curves are the values of baked crumb area, мм2
Хмелевая закваска
Пшеничная закваска
Время выпекания, мин
Рис. 9. Двумерные сечения поверхности отклика (ротационная печь) числа на кривых - значения площади пропеченного мякиша, мм2 Fig. 9. Two-dimensional sections of a number response surface (rotary oven) on the curves are the values of baked crumb area, мм2
S s ffi s л « „
3 f g
ИЩИ
н в s
g О «
й Л 2 Ces
Рис. 10. Общий вид поверхности отклика (площадь пропеченного мякиша, мм2) Fig. 10. General view of the response surface (baked crumb area, млг )
Хмелевая закваска
Пшеничная закваска
Время выпекания, мин
Рис. 11. Двумерные сечения поверхности отклика (пароконвектомат) числа на кривых - значения температуры внутри выпекаемой
тестовой заготовки, °С Fig. 11. Two-dimensional sections of a number response surface (air-o-steam) on the curves are the temperature values inside a baked dough piece, °C
Хмелевая закваска
Пшеничная закваска
Время выпекания, мин
Рис. 12. Двумерные сечения поверхности отклика (ротационная печь) числа на кривых - значения температуры внутри выпекаемой
тестовой заготовки, °С Fig. 12. Two-dimensional sections of a number response surface (rotary oven) on the curves are the temperature values inside a baked dough piece, °C
piece, °C
dough piece, °C
5 О
6 g
£ О
« g
a о
Ь °
S3 &
Л 03
G <L> С S
pa
© H
Рис. 13. Общий вид поверхности отклика (температура внутри выпекаемой тестовой заготовки, °С) Fig. 13. General view of the response surface (temperature inside a baked dough piece, °C)
при произведении бинарных переменных, Для определения оптимальных спо-
что свидетельствует о сильном влиянии со- собов ведения теста и выпечки построим
вместного действия типа закваски и типа математическую модель оптимизации по
печи на исследуемые показатели Данные двум критериям: готовые изделия долж-
модели могут быть пригодны для оптими- ны иметь минимальный упек и макси-
зации технологических процессов [3, 4|. мальный удельный объем [5, 6].
у,т)= 2,801 + 0,268/-0,155>>-3,29г + 0,03б/15 + 0,<Ш1*г + 0,84>г ->тт ;
/2(/,у,г)= 124,28+12,9^-104,19 у - 28,3 г -1,56/'* + 0,02 Гу+ 0,02 Г г ,103,1.12 -> тах
при ограничениях I > 0,у е {ОД}', г е {ОД}.
Задача многокритериальной оптимизации методом аддитивной свертки преобразуется в однокритериальную задачу
- = «1/1 ('-. У / г.)/'/*{1,у / + а2/2(/\ у, г)//*(/, у / г) шах,
где а, ■ а2 1. сс1> 0, а2 > 0 /(/.г/г). г)-оптимальные значения кри-
териев. Вектор весовых коэффициентов критериев а - (а .а .) определяет приоритет соответствующего критерия.
При а = (1/2,1/2) получим однокритериальную задачу:
г)= 0,347 + 0,035/* - 0,206); ОД 81, г 0,002/" + 0,000Гу+ 0,000Г г +0,23 \Щ шах
при ограничениях ^ > 0,у е {ОД}11, г ; ¡ОД* Решением задачи является точка / = 25., у = 1,2 = 1.
Выводы. В результате проведенных исследований было установлено, что выпекание хлебобулочных изделий в пароконвектомате имеет свои особенности. Скорость изменения температуры в центре мякиша неодинакова: в начале процесса выпекания температура меняется медленнее, чем в ротационной печи, затем возрастает. Хлеб, выпеченный в
пароконвектомате, имеет по сравнению с другими образцами большую площадь пропеченного мякиша. В тестовых заготовках на хмелевой закваске прогревание и формирование мякиша происходит быстрее, удельный объем и упек при данных способах ведения теста и выпечки становится оптимальным. Решением задачи является точка / = 25., у = 1,г = 1..
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов / The authors dectare no conflict of interests
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Ангелюк В.П., Буховец В.А. Критериальная зависимость параметров процесса окончательной расстойки тестовых заготовок пшеничного батона с нутом // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2014. С. 53-55.
2. Sadygova М.К., Belova M.V., Ry smuk h am beto va G.E. Technology solutions in case of using chickpea flour in industrial bakery // Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2018. T. 19, № 2. C. 169-180.
3. Пономарева Е.И., Магомедов Г.О., Зубкова Е В. Выбор рациональной влажности теста для хлебобулочного изделия на патоке // Инновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья: сборник научных статей и докладов II Международной нау ч но - п ракт и чс с ко й конференции. Воронеж, 2016. С. 220-223.
4. Маркова Ю.В., Марков А.С., Романов А.С. Разработка оптического метода определения объема хлебобулочных изделий // Новое в технологии и технике функциональных продуктов
питания на основе медико-биологических воззрений: материалы VI Международной научно-технической конференции. Воронеж, 2017. С. 1024-1025.
5. Experiment and multiphysic simulation of dough baking by convection, infrared radiation and direct conduction [Electronic resource] / V. Nicolas [et al.] // International Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 115. P. 65-78. URL: https://doi.Org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.01.018.
6. Дерканосова H.M., Журавлев И.А., Сорокина А.А. Моделирование и оптимизация технологических процессов пищевых производств. Практикум: учебное пособие. Воронеж: BI ТА. 2011. 196 с.
REFERENCES:
1 Angelyuk V.P., Bukhovets V.A. Criterion dependence of the parameters of the final proofing process of dough pieces of wheat loaf with chickpeas // Bulletin of the Saratov State Agrarian University named after I. N.I. Vavilov. 2014. P. 53-55.
2. Sadygova M.K., Belova M.V., Rysmukhambetova G.E. Technology solutions in case of using chickpea flour m industrial bakery // Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2018. V. 19, No. 2. P. 169-180.
3. Ponomareva E.I., Magomedov G.O., Zubkova E.V. The choice of the rational dough moisture for bakery products using syrup // Innovative solutions in the production of food from vegetable raw materials: a collection of scientific articles and reports of the II International scientific and practical conference. Voronezh, 2016. P. 220-223.
4. MarkovaYu.V., Markov A. S., Romanov A.S. Development of an optical method for determining the volume of bakery products // New in technology and technology of functional food based on medical and biological views: materials of the VI International scientific and technical conference. Voronezh, 2017. P. 1024-1025.
5. Experiment and multiphysic simulation of dough baking by convection, infrared radiation and direct conduction [Electronic resource] / V. Nicolas [et al.] // International Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 115. P. 65-78. URL: https://doi.Org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.01.018.
6. DerkanosovaN.M., Zhuravlev I.A., Sorokina A. A. Modelling and optimization of technological processes of food production. Practicum: a teaching guide. Voronezh: VSTA, 2011. 196 p.
Информация об авторах / Information about the authors:
Валентина Алексеевна Буховец,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии продуктов питания» ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»;
e-mail: [email protected] Татьяна Валерьяновна Кириллова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Математика, механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»;
e-mail: [email protected] Надежда Александровна Фокина, ведущий микробиолог группы по проведению испытаний УНИЛ по определению качества пищевой и сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВО «Саратовский
Valentina A. Bukhovets, Candidate of Technical Sciences, an associate professor of the Department of Food Technologies, FSBEI HE «Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov»;
e-mail: [email protected]
Tatyana V. Kirillova, Candidate of Technical Sciences, an associate professor of the Department of Mathematics, Mechanics and Engineering Graphics, FSBEI HE «Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov»;
e-mail: [email protected] Nadezhda A. Fokina, a leading microbiologist of the UNIL testing group to determine the quality of food and agricultural products, FSBEI HE «Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov»;
государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»;
e-mail: [email protected] Иван Владимирович Романов, магистр кафедры «Технологии продуктов питания», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»;
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected] Ivan V. Romanov, Master of the Department of Food Technologies, FSBEI HE «Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov»;
e-mail: [email protected]
