Структурно-механические свойства пищевых продуктов выполняют двойную функцию: они предназначены не только для количественных, но и для качественных характеристик пищевых продуктов. Структурно- механические (реологические) свойства - особенности товаров, проявляющиеся при их деформации. Они характеризуют способность товаров сопротивляться приложенным внешним силам или изменяться под их воздействием. К ним относятся прочность, твердость, упругость, эластичность, пластичность, вязкость, адгезия, тиксотропия и др.

Эти свойства зависят не только от химического состава продуктов, но и от строения, или структуры. Показатели структурно-механических свойств характеризуют качество (консистенцию) пищевых продуктов, заметно изменяются при их разрушении и учитываются при выборе условий их технологической обработки, перевозки и хранения.

Прочность - способность твердого тела сопротивляться механическому разрушению при приложении к нему внешней силы растяжения и сжатия.

Прочность материала зависит от его структуры и пористости. Прочность имеет важное значение для количественной характеристики таких пищевых продуктов, как макароны, сахар-рафинад, печенье, сухари. Если пищевые продукты недостаточно прочные, увеличивается количество лома, крошки, Этот показатель учитывается при переработке зерна на муку, при дроблении винограда, при измельчении картофеля и т.д.

Твердость - местная поверхностная прочность тела, которая характеризуется сопротивлением проникновению в него другого более твердого тела.

Твердость объектов зависит от их природы, формы, структуры, размеров и расположения атомов, а также сил межмолекулярного сцепления. Твердость определяют при оценке степени зрелости свежих плодов и овощей, по твердости сухарных и бараночных изделий судят о процессах черствения.

Деформация - способность объекта изменять размеры, форму и структуру под влиянием внешних воздействий, вызывающих смещение отдельных частиц по отношению друг к другу. Деформация товаров зависит от величины и вида нагрузки, структуры и физико-химических свойств объекта.

Деформации могут быть обратимыми и необратимыми (остаточными). При обратимой деформации первоначальные размеры, форма и структура продуктов восстанавливаются полностью после снятия нагрузки, а при необратимой - не восстанавливаются. Обратимая деформация может быть упругой, когда происходит моментальное восстановление формы и размера объекта, и эластичной, когда на восстановление требуется более или менее продолжительный отрезок времени. Остаточной называется деформация, остающаяся после прекращения действия внешних сил. Остаточная необратимая деформация называется также пластической.

Если внешние силы, приложенные к телу, будут настолько велики, что перемещающиеся в процессе деформации частицы тела потеряют взаимную связь, наступает разрушение тела.

Пищевые продукты, как правило, характеризуются мно-гокомпонентностью состава; им свойственна как упругая деформация, так и эластичная, а также пластическая деформация.

Упругость - способность тел мгновенно восстанавливать свою первоначальную форму или объем после прекращения действия деформирующих сил. Применяется этот показатель при определении упругости теста, клейковины пшеничного теста, хлебных изделий и других товаров. Этим свойством характеризуются такие товары, как, например, резиновые надувные изделия (шины, игрушки и т. п.).

Эластичность - свойство тел постепенно восстанавливать форму или объем в течение некоторого времени после прекращения действия деформирующих сил.

Это свойство также используется при оценке качества хлеба (состояние мякиша), мяса и рыбы, клейковины теста. Так, эластичность мякиша хлеба, мяса и рыбы служит показателем их свежести, так как при черствении мякиш утрачивает эластичность; при перезревании мяса и рыбы или их порче мышечная ткань сильно размягчается и также утрачивает эластичность.

Пластичность - способность объекта к необратимым деформациям, вследствие чего изменяется первоначальная форма, а после прекращения внешнего воздействия сохраняется новая форма. Типичным примером пластичных материалов служат пластилин. Пластичность пищевого сырья и полуфабрикатов используется при формовании готовых изделий. Так, благодаря пластичности пшеничного теста можно придавать определенную форму хлебобулочным, мучным кондитерским, бараночным и макаронным изделиям. Пластичностью обладают горячие карамельные, конфетные, шоколадные и мармеладные массы. После выпечки и остывания готовые изделия утрачивают пластичность, приобретая новые свойства (эластичность, твердость и т. п.).

При перевозке, хранении и реализации продукции следует учитывать ее способность к деформации и зависимость ее от механических нагрузок и температуры товара.Так, пищевые жиры, маргариновая продукция, коровье масло, хлеб при низких температурах обладают относительно высокой прочностью, а при повышенных температурах - пластичностью. Поэтому перевозка, например, горячего (неостывшего) хлеба может привести к деформированию изделий и увеличению процента санитарного брака.

Следует отметить, что тел, способных только к обратимым или необратимым деформациям, практически нет. В каждом материале или товаре проявляются различные виды деформаций, но одним в большей степени присущи обратимые деформации, упругость, эластичность, а другим - пластичные. Упругие деформации наиболее присущи товарам, имеющим кристаллическую структуру, эластичные - товарам, состоящим из высокомолекулярных органических соединений (белки, крахмал и т. п.), пластичные - товарам, обладающим слабыми связями между отдельными частицами.

Принципиальные различия между упругими, эластичными и пластичными деформациями заключаются в структурных изменениях, происходящих под воздействием внешней силы. При упругих и эластичных деформациях изменяется расстояние между частицами, а при пластичных - их взаимное расположение.

В результате длительного внешнего воздействия упругая деформация может переходить в пластическую. Этот переход связан с релаксацией - падением напряжения внутри материала при постоянной начальной деформации.

Примером может служить деформация плодов и овощей под воздействием силы тяжести верхних слоев, свежевыпеченного хлеба при ударах или давлении. При этом товар может частично или полностью утрачивать способность восстанавливать свою форму вследствие изменения взаимного расположения частиц.

Вязкость (внутреннее трение) - способность жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой под действием внешней силы.

Вязкость жидких товаров определяется с помощью прибора вискозиметра. Применяется вязкость для оценки качества товаров с жидкой и вязкой консистенцией (сиропов, экстрактов, меда, растительных масел, соков, спиртных напитков и т. п.). Вязкость зависит от химического состава (содержания воды, сухих веществ, жира) и температуры товара. При повышении содержания воды и жира, а также температуры снижается вязкость сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, что облегчает их приготовление, вязкость возрастает с увеличением концентрации растворов, степени их дисперсности.

Вязкость косвенно свидетельствует о качестве жидких и вязких продуктов, характеризует степень их готовности при переработке сырья, влияет на потери при их перемещении из одного вида тары в другой.

Липкость (адгезия) - способность продуктов проявлять силы взаимодействия с другим продуктом или с поверхностью тары, в которой находится продукт. Этот показатель тесно связан с пластичностью, вязкостью пищевых продуктов. Адгезия характерна для таких пищевых продуктов, как сыр, сливочное масло, мясной фарш и др. Они прилипают к лезвию ножа при разрезании, к зубам при разжевывании. Липкость продуктов определяют с целью управления этим свойством в процессе производства и хранения товаров.

Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться под воздействием постоянной нагрузки. Это свойство характерно для сыров, мороженого, коровьего масла, мармелада и др. В пищевых продуктах ползучесть проявляется очень быстро, с чем приходится считаться при их обработке в хранении.

Тиксотропия - способность некоторых дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она обнаружена у многих полуфабрикатов и продуктов пищевой промышленности и общественного питания, например, у студней.

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРОДЯЩЕГО ТЕСТА

Небродящее мучное тесто следует считать материалом, при­званным оценивать технологические свойства зерна и муки. Бро­дящее тесто для указанной цели менее пригодно, так как содер­жит дрожжи, закваски, газообразные вещества, преимуществен­но углекислоту, органические кислоты, образующиеся при бро­жении. Оно является структурным аналогом и предшественни­ком структуры хлебного мякиша, незафиксированной термиче­ской обработкой. Количество образующейся в единице объема теста углекислоты зависит от содержания и распределения в нем дрожжевых клеток, энергии их брожения, определяемой массой дрожжей, условиями их жизнедеятельности. Величина пузырьков углекислоты и их количество в объеме определяются газопроницаемостью теста (по С0 2), зависящей от его структур­но-механических свойств.

Газообразные вещества, как известно, существенно отличают­ся от твердых тел и жидкостей меньшей плотностью, большей сжимаемостью, а также зависимостью коэффициента их объем­ного расширения от температуры. Их наличие в структуре теста увеличивает объем, понижает его плотность, усложняет структу­ру. Упруго-пластичные деформации бродящего теста протекают в стенках пор его структурированной массы. Для того чтобы рас­смотреть влияние газообразной фазы на механические свойства бродящего теста, рассмотрим схему его структуры, приведенной на рис. 21. В ней палочками с круглым концом схематически по­казаны ПАВ, белки, липоиды и др. Их закругленная часть пред­ставляет полярную, а прямой «хвост» - неполярную группу ато­мов в молекуле.

Наиболее вероятными центрами образования первичных пу­зырьков С0 2 в бродящем тесте являются точки сцепления непо­лярных групп молекул ПАВ, связанных наиболее слабыми си­лами дисперсионных взаимодействий. Образующиеся в тесте при его брожении газообразные продукты (СО 2 и др.) растворяются в свободной воде, адсорбируются на поверхностях молекул гид­рофильных полимеров. Их избыток образует пузырьки газа в бродящем тесте. Стенки пузырьков образуют поверхностно- активные вещества. Увеличение количества газообразных про­дуктов вызывает соответствующее увеличение числа и объема газовых пузырьков, уменьшение толщины их стенок, а также прорыв стенок, диффузию и утечку газа с поверхности теста.

Этот сложный процесс образования структуры бродящего те­ста, естественно, сопровождается увеличением объема его массы и деформациями сдвига. Накопление множества пузырьков га­зообразных продуктов приводит к образованию пенообразной структуры бродящего теста, имеющей двойные стенки, образо­ванные поверхностно-активными веществами. Они заполнены массой гидратированных гидрофильных веществ теста, связан­ных с полярными группами ПАВ стенок пузырьков вторичными химическими связями. Тесто обладает значительной вязкостью и упруго-эластичными свойствами, обеспечивающими его пенооб­разной структуре достаточную прочность и долговечность, опре­деленную способность течения и удерживания газообразных ве­ществ (воздуха, пара, углекислоты).

Упруго-пластичные деформации сдвига такой структуры в результате перманентного увеличения объема газовых пузырьков и теста приводят к уменьшению толщины стенок, их разрыву и слиянию (коалесценции) отдельных пузьцрьков с уменьшением общего объема.

Развитие упруго-пластичных деформаций сдвига в массе на­чинающего быстро бродить теста, понижающего свою плотность, происходит при соответствующих пониженных напряжениях, по­этому начальные модули упругости-эластичности сдвига и вяз­кость такого теста должна быть не выше, чем у небродящего те­ста. Однако в процессе его брожения и увеличения объема де­формации сферических стенок его газовых пор должны сопро­вождаться ориентацией белков и других полимеров в направлении сдвига и течения, образованием дополнительных межмолекулярных связей между ними и увеличением вязкости теста. Понижение плотности бродящего теста при брожении по­зволяет белкам полнее реализовать эластичные свойства - пони­зить модуль упругости-эластичности сдвига. При увеличенной вязкости, сниженном модуле бродящее тесто должно иметь значительно большее отношение этих характеристик, иметь бо­лее твердообразную систему, чем небродящее.

Благодаря перманентному образованию углекислоты и уве­личению таким путем объема бродящее тесто в отличие от не- бродящего является двояко напряженной системой. Силы грави­тации его массы при брожении уступают, равны или больше энергии химических реакций образования С0 2 , создающей силы, развивающие и движущие газовые пузырьки вверх по закону Стокса (движения сферических тел в вязкой среде). Количество и размеры пузырьков газа в тесте определяются энергией и ско­ростью брожения дрожжей, структурно-механическими свой­ствами теста, его газопроницаемостью.

Величина образующегося при брожении пузырька углекисло­го газа в каждый данный момент будет зависеть от равновесия его растягивающих сил

Р=π rp (4.1)

и сжимающих

P =2π rσ (4.2)

где π, r , р , σ - соответственно отношение окружности к диаметру (3, 14), ра­диус пузырька, избыточное давление и поверхностное натяже­ние.

Из условий равенства уравнений (4.1) и (4.2) следует, что

P =2 σ / r (4.3)

Уравнение (4.3) показывает, что в начальный момент образо­вания газового пузырька, когда его размеры, определяемые ра­диусом, весьма малы, величина избыточного давления должна быть значительна. С увеличением радиуса пузырьков оно сни­жается. Соседство пузырьков газа различного радиуса должно сопровождаться диффузией СО 2 через стенки в направлении от большего к меньшему давлению и выравниванием его. При нали­чии определенного избыточного давления и среднего размера газовых пузырьков нетрудно подсчитать, зная вязкость теста, скорость их подъема по упомянутому закону Стокса.

Согласно этому закону сила, поднимающая пузырьки газа,

P =4/3π rg ( ρ - ρ ) (4.4)

преодолевает силу их трения

P =6 πrηυ (4.5)

где g-константа гравитации;

и ρ - плотности газа и теста;

η-эффективная структурная вязкость теста;

υ- скорость вертикального движения пузырьков газа в тесте

возникающую в массе теста при движении в нем сферического тела (пузырька газа).

Из равенства уравнения (4.4) и (4.5) легко определяется ве­личина скорости

V =2 gr ( ρ - ρ )/9 η (4 .6)

Данное уравнение имеет большое практическое значение, по­зволяя установить зависимость скорости увеличения объема бро­дящего теста от его плотности и вязкости, размера отдельных пор, определяемого также энергией брожения микроорганизмов. Подсчитанная по уравнению скорость увеличения объема пше­ничного теста из муки I сорта плотностью 1,2 со средним радиу­сом пор 1 мм и вязкостью порядка 1

10 4 Пас составляет около 10 мм/мин. Практические наблюдения показывают, что такое те­сто имеет среднюю скорость подъема от 2 до 7 мм/мин. Наиболь­шая скорость наблюдается в первые часы брожения.

При наличии в тесте соседних пор, имеющих различные раз­меры и давление газа, происходят разрыв их стенок и слияние пор (коалесценция); это явление также зависит от скорости бро­жения и механических свойств теста; по-видимому, большинство пор теста и хлебного мякиша являются незамкнутыми, открыты­ми. Вследствие явлений диффузии С0 2 через стенки пор и их разрыва избыточным давлением бродящее тесто теряет углекис­лоту своей поверхностью: принимая затрату сухих веществ (са­хара) на брожение теста, равным в среднем 3% массы муки, при спиртовом брожении на 1 кг муки (или 1,5 кг хлеба) выделяет­ся около 15 г, или примерно 7,5 л С0 2 . Это количество при атмосферном давлении в несколько раз превышает объем газо­образных продуктов в указанном объеме хлеба и характеризует их потери при брожении теста.

В бродящем тесте образуются также многие другие органи­ческие кислоты и спирты, способные изменять растворимость соединений зерна. Таким образом, все изложенное выше пока­зывает, что структура бродящего теста является более сложной, чем у небродящего. Оно должно отличаться от последнего мень­шими: плотностью, модулем упругости-эластичности, большей вязкостью и η/Е (большей способностью сохранения формы), перманентным увеличением объема и кислотности при брожении.

Уплотненное макаронное тесто, поступающее к матрице, является упруго-пластичновязким материалом.

Упругость теста - это способность теста восстанавливать первоначальную форму после быстрого снятия нагрузки, проявляется при малых и кратковременных нагрузках.

Пластичность - это способность теста деформироваться. При длительных и значительных по величине нагрузках (выше так называемого предела упругости) макаронное тесто ведет себя как пластичный материал, т.е. после снятия нагрузки сохраняет приданную ему форму, деформируется. Именно это свойство позволяет формовать из теста сырые макаронные изделия определенного вида.

Вязкость - характеризуется величиной сил сцепления частиц между собой (сил когезии). Чем больше величина сил когезии теста, тем оно более вязкое (прочное), менее пластичное.

Пластичное тесто требует меньше энергии на формование, легче поддается формованию. При использовании металлических матриц из более пластичного теста получаются изделия с более гладкой поверхностью. С повышением пластичности тесто становится менее упругим, менее прочным, более липким, сильнее прилипает к рабочим поверхностям шнековой камеры и шнека, а сырые изделия из такого теста сильнее слипаются между собой, плохо сохраняют форму.

Реологические свойства уплотненного теста, т.е. соотношение его упругих, пластических и прочностных свойств, определяются следующими факторами.

С увеличением влажности теста увеличивается его пластичность и уменьшаются прочность и упругость.

С ростом температуры теста также наблюдается увеличение его пластичности и снижение прочности и упругости. Такая зависимость наблюдается и при температуре большей 62,5 °С, т.е. превышающей температуру клейстеризации пшеничного крахмала. Это объясняется тем, что макаронное тесто имеет недостаточное количество влаги, необходимой для полной клейстеризации крахмала при указанной температуре.

С увеличением содержания клейковины уменьшаются прочностные свойства теста и возрастает его пластичность. Наибольшей вязкостью (прочностью) тесто обладает при содержании в муке около 25 % сырой клейковины. При содержании сырой клейковины ниже 25 % с уменьшением пластических свойств теста уменьшается и его прочность. Липкая, сильно тянущаяся сырая клейковина увеличивает пластичность теста и значительно снижает его упругость и прочность.

С уменьшением размера частиц муки увеличивается прочность и уменьшается пластичность теста из нее: тесто из хлебопекарной муки более прочное, чем из полукрупки, а из полукрупки более прочное, чем из крупки. Оптимальное соотношение прочностных и пластических свойств характерно для частиц исходной муки размером от 250 до 350 мкм.

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРОДЯЩЕГО ТЕСТА

Небродящее мучное тесто следует считать материалом, при­званным оценивать технологические свойства зерна и муки. Бро­дящее тесто для указанной цели менее пригодно, так как содер­жит дрожжи, закваски, газообразные вещества, преимуществен­но углекислоту, органические кислоты, образующиеся при бро­жении. Оно является структурным аналогом и предшественни­ком структуры хлебного мякиша, незафиксированной термиче­ской обработкой. Количество образующейся в единице объема теста углекислоты зависит от содержания и распределения в нем дрожжевых клеток, энергии их брожения, определяемой массой дрожжей, условиями их жизнедеятельности. Величина пузырьков углекислоты и их количество в объеме определяются газопроницаемостью теста (по С0 2), зависящей от его структур­но-механических свойств.

Газообразные вещества, как известно, существенно отличают­ся от твердых тел и жидкостей меньшей плотностью, большей сжимаемостью, а также зависимостью коэффициента их объем­ного расширения от температуры. Их наличие в структуре теста увеличивает объем, понижает его плотность, усложняет структу­ру. Упруго-пластичные деформации бродящего теста протекают в стенках пор его структурированной массы. Для того чтобы рас­смотреть влияние газообразной фазы на механические свойства бродящего теста, рассмотрим схему его структуры, приведенной на рис. 21. В ней палочками с круглым концом схематически по­казаны ПАВ, белки, липоиды и др. Их закругленная часть пред­ставляет полярную, а прямой «хвост» - неполярную группу ато­мов в молекуле.

Наиболее вероятными центрами образования первичных пу­зырьков С0 2 в бродящем тесте являются точки сцепления непо­лярных групп молекул ПАВ, связанных наиболее слабыми си­лами дисперсионных взаимодействий. Образующиеся в тесте при его брожении газообразные продукты (СО 2 и др.) растворяются в свободной воде, адсорбируются на поверхностях молекул гид­рофильных полимеров. Их избыток образует пузырьки газа в бродящем тесте. Стенки пузырьков образуют поверхностно- активные вещества. Увеличение количества газообразных про­дуктов вызывает соответствующее увеличение числа и объема газовых пузырьков, уменьшение толщины их стенок, а также прорыв стенок, диффузию и утечку газа с поверхности теста.

Этот сложный процесс образования структуры бродящего те­ста, естественно, сопровождается увеличением объема его массы и деформациями сдвига. Накопление множества пузырьков га­зообразных продуктов приводит к образованию пенообразной структуры бродящего теста, имеющей двойные стенки, образо­ванные поверхностно-активными веществами. Они заполнены массой гидратированных гидрофильных веществ теста, связан­ных с полярными группами ПАВ стенок пузырьков вторичными химическими связями. Тесто обладает значительной вязкостью и упруго-эластичными свойствами, обеспечивающими его пенооб­разной структуре достаточную прочность и долговечность, опре­деленную способность течения и удерживания газообразных ве­ществ (воздуха, пара, углекислоты).

Упруго-пластичные деформации сдвига такой структуры в результате перманентного увеличения объема газовых пузырьков и теста приводят к уменьшению толщины стенок, их разрыву и слиянию (коалесценции) отдельных пузьцрьков с уменьшением общего объема.

Развитие упруго-пластичных деформаций сдвига в массе на­чинающего быстро бродить теста, понижающего свою плотность, происходит при соответствующих пониженных напряжениях, по­этому начальные модули упругости-эластичности сдвига и вяз­кость такого теста должна быть не выше, чем у небродящего те­ста. Однако в процессе его брожения и увеличения объема де­формации сферических стенок его газовых пор должны сопро­вождаться ориентацией белков и других полимеров в направлении сдвига и течения, образованием дополнительных межмолекулярных связей между ними и увеличением вязкости теста. Понижение плотности бродящего теста при брожении по­зволяет белкам полнее реализовать эластичные свойства - пони­зить модуль упругости-эластичности сдвига. При увеличенной вязкости, сниженном модуле бродящее тесто должно иметь значительно большее отношение этих характеристик, иметь бо­лее твердообразную систему, чем небродящее.

Благодаря перманентному образованию углекислоты и уве­личению таким путем объема бродящее тесто в отличие от не- бродящего является двояко напряженной системой. Силы грави­тации его массы при брожении уступают, равны или больше энергии химических реакций образования С0 2 , создающей силы, развивающие и движущие газовые пузырьки вверх по закону Стокса (движения сферических тел в вязкой среде). Количество и размеры пузырьков газа в тесте определяются энергией и ско­ростью брожения дрожжей, структурно-механическими свой­ствами теста, его газопроницаемостью.

Величина образующегося при брожении пузырька углекисло­го газа в каждый данный момент будет зависеть от равновесия его растягивающих сил

Р=π rp (4.1)

и сжимающих

P =2π rσ (4.2)

где π, r , р , σ - соответственно отношение окружности к диаметру (3, 14), ра­диус пузырька, избыточное давление и поверхностное натяже­ние.

Из условий равенства уравнений (4.1) и (4.2) следует, что

P =2 σ / r (4.3)

Уравнение (4.3) показывает, что в начальный момент образо­вания газового пузырька, когда его размеры, определяемые ра­диусом, весьма малы, величина избыточного давления должна быть значительна. С увеличением радиуса пузырьков оно сни­жается. Соседство пузырьков газа различного радиуса должно сопровождаться диффузией СО 2 через стенки в направлении от большего к меньшему давлению и выравниванием его. При нали­чии определенного избыточного давления и среднего размера газовых пузырьков нетрудно подсчитать, зная вязкость теста, скорость их подъема по упомянутому закону Стокса.

Согласно этому закону сила, поднимающая пузырьки газа,

P =4/3π rg ( ρ - ρ ) (4.4)

преодолевает силу их трения

P =6 πrηυ (4.5)

где g-константа гравитации;

ρ и ρ - плотности газа и теста;

η-эффективная структурная вязкость теста;

υ- скорость вертикального движения пузырьков газа в тесте

возникающую в массе теста при движении в нем сферического тела (пузырька газа).

Из равенства уравнения (4.4) и (4.5) легко определяется ве­личина скорости

V =2 gr ( ρ - ρ )/9 η (4 .6)

Данное уравнение имеет большое практическое значение, по­зволяя установить зависимость скорости увеличения объема бро­дящего теста от его плотности и вязкости, размера отдельных пор, определяемого также энергией брожения микроорганизмов. Подсчитанная по уравнению скорость увеличения объема пше­ничного теста из муки I сорта плотностью 1,2 со средним радиу­сом пор 1 мм и вязкостью порядка 110 4 Пас составляет около 10 мм/мин. Практические наблюдения показывают, что такое те­сто имеет среднюю скорость подъема от 2 до 7 мм/мин. Наиболь­шая скорость наблюдается в первые часы брожения.

При наличии в тесте соседних пор, имеющих различные раз­меры и давление газа, происходят разрыв их стенок и слияние пор (коалесценция); это явление также зависит от скорости бро­жения и механических свойств теста; по-видимому, большинство пор теста и хлебного мякиша являются незамкнутыми, открыты­ми. Вследствие явлений диффузии С0 2 через стенки пор и их разрыва избыточным давлением бродящее тесто теряет углекис­лоту своей поверхностью: принимая затрату сухих веществ (са­хара) на брожение теста, равным в среднем 3% массы муки, при спиртовом брожении на 1 кг муки (или 1,5 кг хлеба) выделяет­ся около 15 г, или примерно 7,5 л С0 2 . Это количество при атмосферном давлении в несколько раз превышает объем газо­образных продуктов в указанном объеме хлеба и характеризует их потери при брожении теста.

В бродящем тесте образуются также многие другие органи­ческие кислоты и спирты, способные изменять растворимость соединений зерна. Таким образом, все изложенное выше пока­зывает, что структура бродящего теста является более сложной, чем у небродящего. Оно должно отличаться от последнего мень­шими: плотностью, модулем упругости-эластичности, большей вязкостью и η/Е (большей способностью сохранения формы), перманентным увеличением объема и кислотности при брожении.

Пекари практически издавна характеризовали хлебопекарные свойства бродящего теста по его способности к проявлению упру­го-эластичных деформаций после снятия напряжений: «живое» (или упруго-эластичное) «движущееся» после деформации тесто всегда давало хлебные изделия хорошего объема, формы и структуры пористости мякиша в отличие от неподвижного (пла­стичного) теста, лишенного этих свойств.

Структура бродящего теста, его механические свойства нахо­дятся во взаимной зависимости от сахарообразующей способно­сти муки, а также газообразующей и газоудерживающей (газо­проницаемости) способностей теста. Они зависят также от вида, возраста и бродильной способности микроорганизмов - генера­торов брожения.

Это подтверждается данными величин газообразования и удерживания теста из муки сортовых пшениц, приведенными в табл. 3.10. При равной в среднем газообразующей способности муки пшениц первой и второй групп меньшая абсолютная и от­носительная газоудерживающая способность теста (и объемный выход хлеба) первой объясняется его более высокими упруго- пластичными свойствами. Вместе с тем меньшая газоудержи­вающая способность теста (и объемный выход хлеба) из пшениц третьей группы в сравнении с этими характеристиками теста (и хлеба) из пшениц второй, а также первой групп отчасти мо­гут быть отнесены за счет их меньшей газообразующей способ­ности.

Их относительная (в % к газообразованию) газоудерживаю­щая способность оказалась выше, чем у теста пшениц второй и первой групп, что может быть отнесено за счет наиболее высо­кого содержания клейковинных белков в пшеницах этой группы. Таким образом, при рассмотрении газоудерживающей способ­ности теста и объемного выхода хлеба приходится учитывать не только механические характеристики теста, но и названные свой­ства муки. Представлялось целесообразным исследовать и срав­нить структуру небродящего и бродящего теста. Последнее яв­ляется фактическим материалом, из которого делают хлебные изделия из муки разных сортов, отличающиеся физическими по­казателями качества. Представляло интерес сравнить механиче­ские свойства небродящего и бродящего теста из муки разного сорта, а также провести примерное нормирование их у послед­него.

Структурно-механические свойства небродящего и бродящего теста, приготовленного из двух образцов товарной пшеничной муки I и II сортов, приведены в табл. 3.1 и 4.1.

Таблица 4.1 Структурно-механические характеристики теста из пшеничной муки 1 сорта влажностью 44% Номер образца Продолжи­тельность выдержки, ч Примечание. В числителе приведены данные по небродящему те­сту, в знаменателе - по бродящему.

Тесто из пшеничной муки I сорта является менее сложной ла­бильной структурой, чем тесто из муки II сорта: в нем менее активны процессы гидролиза, меньше содержится сахаров и дру­гих соединений, изменяющих во времени упруго-эластичные свой­ства структуры. По этой причине отличия структуры небродяще- го теста из муки I сорта должны быть наиболее отчетливы.

Как показывают результаты табл. 4.1, непосредственно после замешивания небродящее тесто обоих образцов имело модули сдвига и вязкость, относительные пластичность и эластичность большие, а η/Е меньшее, чем у бродящего теста. После 2-часо­вого брожения вязкость теста и η/Е не уменьшились, как у небродящего теста, а наоборот, увеличились, а пластичность уменьшилась. По указанной причине показатель К имел отрицательную величину, характеризуя не разжижение, а уве­личение вязкости структуры.

Результаты сравнения механических свойств небродящего и бродящего пшеничного теста из двух образцов муки II сорта, приведенные в табл. 3.1, в основном полностью подтверждают закономерности, установленные для теста из муки I сорта; они, однако, представляют несомненный интерес потому, что процесс его выдержки продолжался до 24 ч. Известно, что брожение прессованных хлебопекарных дрожжей при их обычной дозиров­ке (около 1 % к муке) заканчивается обычно на отрезке времени 3-4 ч (продолжительность брожения опары). По истечении это­го времени тесто пополняют свежей порцией муки и перемеши­вают, после чего брожение в нем возобновляется. При отсут­ствии добавок муки и перемешивания спиртовое брожение уступа­ет кислотному. Такое тесто, приобретая излишние количества эти­лового спирта и кислот, растворяет белки клейковины (разжи­жает), теряя углекислоту - уменьшает объем, становится более плотным. Из табл. 3.1 видно, что бродящее тесто после 6 ч и особенно после 24 ч брожения по величинам модулей сдвига, вязкости, относительных пластичности и эластичности прибли­жается к этим показателям небродящего теста. Это показывает, что процессы дрожжевого брожения продолжительностью до 6 ч являются основной причиной существенных отличий структуры бродящего теста от его небродящей структуры. Опытами уста­новлено, что образцы бродящего пшеничного теста из муки I и II сортов имеют структуру, обладающую более совершенными свойствами упругости-эластичности (меньшим модулем сдвига), большей вязкостью и формоустойчивостью (η/Е), а также боль­шей стабильностью во времени в сравнении со структурой небро­дящего теста. Основной причиной этих отличий следует считать процесс спиртового брожения хлебопекарных дрожжей в бродя­щем тесте, образование в нем газонаполненных пор, вызывающих перманентное увеличение объема, развитие упруго-пластичных деформаций и упрочнение структуры вследствие ориентации по­лимеров в плоскостях сдвига. Кислотное брожение в нем менее значительно и, как показано ниже, влияет на эти свойства путем изменений процессов набухания и растворения соединений муки.

ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРОДЯЩЕГО ТЕСТА И КАЧЕСТВА ХЛЕБА ОТ ВИДА И СОРТА МУКИ

Качество хлебных изделий - их объемный выход, форма, структура пористости и другие характеристики, определяются сортом муки и соответственно номируются ГОСТами.

Структура бродящего теста является непосредственным ма­териалом, из которого получают хлебные изделия путем его тер­мической обработки в печи. Представляло интерес исследование биохимических и структурно-механических свойств бродящего пшеничного теста в зависимости от сорта муки. Для указанной цели семь образцов мягких краснозерных пшениц размалывали на лабораторной мельнице трехсортным помолом с общим выхо­дом в среднем 78%. Затем мы исследовали газообразующую и газоудерживающую способность муки, структурно-механические характеристики сброженного теста после его расстойки, а также сырых клейковинных белков и их содержание в муке, удельный объем (в см 3 /г) формового, а также HID круглого подового хле­ба, выпеченного по ГОСТ 9404-60. Полученные результаты при­ведены в табл. 4.2. Они показали, что выход сортовой муки даже в условиях лабораторного опытного помола существенно колеб­лется и тем сильнее, чем выше ее сорт. Таким образом, техноло­гия помола зерна должна оказывать влияние на химический со­став, следовательно, и на структуру теста. Она является одним из существенных многочисленных факторов, влияющих на каче­ственные показатели муки, теста и хлебных изделий.

Таблица 4.2

Биохимические и структурно-механические характеристики

белков клейковины бродящего теста и хлеба

(средние данные)

Примечание. В числителе данные по белкам, в знаменателе – по тесту.

Технологические свойства зерна и муки каждого сорта харак­теризует прежде всего их газообразующая способность. Это свой­ство характеризует способность зерна и муки превращать хими­ческую энергию окисления углеводов в тепловую и механическую энергию движения бродящего теста, преодолевающу инер­цию его массы. Определение газообразующей способности муки сопровождается учетом количества выделенной С0 2 . Ее количе­ство, задержанное тестом, определяет его. газоудерживание по приросту объема. Этот физико-химический показатель характе­ризует своим обратным значением газопроницаемость теста по углекислому газу. Последняя зависит от структуры и величины основных упруго-пластичных (Е, η, η/Е) характеристик теста. Опыты показали, что газообразующая способность муки значи­тельно увеличивалась от высшего к первому и второму сортам, тогда как объемный выход хлеба, наоборот, понижался.

Газоудерживающая способность теста находится в прямой зависимости от газообразующей способности; несмотря на это, она в абсолютном и относительном (в % к газообразованию) значениях не увеличивалась, но заметно и закономерно понижа­лась с понижением сорта муки. Между абсолютным значением удержанного тестом СО и объемными характеристиками хлеба (объемным Выходом, удельным объемом) имеется тесная пря­мая зависимость. Изложенное позволяет сделать вывод, что дан­ные характеристики качества хлеба определяются в основном не биохимическими, а физико-химическим (газопроницаемостью) и механическими свойствами (η, Е и η/Е) теста. Последние за­висят в основном от соответствующих свойств сырых клейковин­ных белков и их содержания в тесте.

Опыты показали, что содержание сырых белков клейковины закономерно увеличивалось с понижением силы зерна и влагоем-кости (вязкости) муки и ее сорта. Структура белков муки выс­шего сорта имела более значительные величины модуля сдвига, а в среднем - и вязкости, чем структура белков муки I сорта. Это свидетельствует о их большей статистической молекулярной мас­се. Белки муки I сорта имели величину модуля сдвига и вязкость меньшие, чем эти характеристики белков муки II сорта, но пре­вышали их по величине η/Е. Это характеризует их большую эла­стичность и формоустойчивость.

Газоудерживающая способность теста и объемный выход хлебных изделий прямо зависят от продолжительности периода релаксации напряжений клейковинных белков и теста, или η/Е. Отношение вязкости к модулю клейковинных белков муки II сор­та было значительно меньшим, чем у белков муки высшего и I сортов.

Газоудерживающая способность теста из сортовой пшенич­ной муки зависела от соответствующих величин его модуля сдви­га и вязкости. Эти характеристики с понижением сорта муки уменьшались аналогично способности газоудерживания.

Установлено, что бродящее тесто из муки высшего сорта влажностью 44% подобно сырым клейковинным белкам этой му­ки имело наиболее значительные величины модулей сдвига, вяз­кости и отношения вязкости к модулю, наименьшую относительную пластичность. Из этого теста были получены хлебные изде­лия наиболее высокой пористости, удельного объема формового, а также отношения высоты к диаметру подового хлеба. Таким образом, несмотря на значительную вязкость наименьшее газо­образование благодаря высокому η/Е из этой муки получено те­сто и хлеб высокого объемного выхода. Высокие величины вяз­кости и η/Е способствовали получению подового хлеба с наибо­лее высоким Н/Д.

Тесто из муки I сорта влажностью 44% по величинам газо­удерживания, механическим характеристикам и качеству хлеба незначительно уступало качеству теста из муки высшего сорта, оно имело пониженные на 14-15% вязкость, η/Е теста, Н/Д. Это свидетельствует о том, что снижение вязкости теста из муки I сорта способствовало как развитию удельного объема формо­вого, так и увеличению расплываемости подового хлеба.

Тесто из муки II сорта имело более высокую влажность (45%). Несмотря на наибольшее газообразование, оно значитель­но уступало тесту высшего и I сортов муки по величинам газо­удерживания, вязкости. Отношение вязкости к модулю у этого теста, как и у клейковинных белков, было меньшим, а относи­тельная пластичность более высокой, чем у теста из муки выс­шего и I сортов. Качество полученных хлебных изделий было го­раздо ниже качества изделий из муки высшего и I сортов.

В целях уточнения влияния структурно-механических харак­теристик бродящего теста на физические свойства хлебных изде­лий мы дифференцировали результаты опытов на две группы. Первая группа образцов каждого сорта имела в среднем более высокие, чем среднеарифметические, модули сдвига и вязкость, вторая группа -более низкие. Учтены также характеристики газоудерживания теста и упруго-пластичных свойств сырых клей­ковинных белков (табл. 4.3).

Таблица 4.3

Усредненные характеристики теста повышенной и пониженной вязкости

Из табл. 4.3 видно, что удельный объем хлеба из муки выс­шего сорта не зависит от величины газоудерживающей способ­ности теста, которая для обеих групп образцов оказалась прак­тически одинаковой. Удельный объем хлеба из муки I и II сор­тов находился в зависимости от несколько более высокой вели­чины газоудерживающей способности теста второй группы образ­цов. Количество сырой клейковины по обеим группам образцов для всех сортов муки оказалось примерно одинаковым и не мог­ло влиять на показатели качества хлеба.

Вязкость теста из муки высшего сорта обеих групп образцов оказалась в обратной зависимости, а отношение вязкости к мо­дулю- в прямой зависимости от соответствующих показателей их сырых клейковинных белков, у теста из муки I и II сортов обеих групп образцов - наоборот.

Отсюда можно сделать вывод, что основные характеристики бродящего теста - вязкость и отношение вязкости к модулю - зависят не только от соответствующих характеристик клейковин­ных белков, но и влияния других соединений зерна.

Объемный выход формового, а также H/D подового хлеба в пределах каждого из трех сортов пшеничной муки зависят от вязкости и отношения вязкости к модулю бродящего теста. Вяз­кость оказывает обратное влияние на величину объемного выхо­да и прямое влияние на величину H/D. Отношение вязкости к модулю оказывает прямое влияние на обе указанные характери­стики качества хлеба.

Степень влияния вязкости и отношения вязкости к модулю на физико-механические показатели качества хлеба может быть не­одинаковой и взаимно направленной. Она зависит как от вели­чины этих характеристик структуры теста, так и режимов его технологической обработки. Несмотря на это, данные табл. 4.3 позволяют объяснить полученные результаты не только сортом муки, но и зависимостью от величин вязкости и отношения вяз­кости к модулю теста. Так, значительную разницу в удельном объеме формового и H/D подового хлеба из муки высшего, I или II сортов при одинаковой примерно вязкости теста следует объ­яснить прежде всего неодинаковыми величинами их отношений вязкости к модулю. Полученные нами результаты позволяют констатировать, что сорт зерна, смолотого даже по одной и той же технологической схеме, оказывает влияние на газоудержива­ние и структурно-механические свойства теста, полученного из каждого сорта муки трехсортного помола. Вязкость и отношение вязкости к модулю бродящего теста из пшеничной сортовой му­ки можно использовать в качестве характеристик, предопреде­ляющих физико-механические показатели формового и подового хлеба. Поэтому представлялось целесообразным их определение и нормирование для простого теста из товарной муки основных сортов, получаемого на московских предприятиях в условиях действующих технологических режимов производства.

Путем массовых измерений упруго-пластичных характеристик сброженного, готового к разделке теста и статистической обра­ботки результатов были установлены средние оптимальные (М±δ) величины вязкости и отношения вязкости к модулю для трех сортов пшеничной и ржаной товарной муки (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Средние оптимальные величины вязкости и η/Е бродящего теста (D=0,003 с)

	Влажность теста,%
Пшеничная I сорта
обдирная

Сравнивая данные табл. 4.4. и 3.14, можно видеть, что бродя­щее тесто из пшеничной муки I сорта имеет, как и в табл. 3.1 и 4.1, значительно большие, а ржаное тесто обоих сортов -мень­шие, чем у небродящего теста, величины вязкости и отношения вязкости к модулю.

Основной причиной снижения вязкости и отношения вязкости к модулю бродящего теста из ржаной обойной муки следует счи­тать растворение его соединений кислотами теста.

Исследования влияния подкисления молочной кислотой не­бродящего теста из трех образцов ржаной обойной муки пока­зали, что все образцы подкисленного (до нормы бродящего) те­ста имели меньшую вязкость и отношение вязкости к модулю, чем у неподкисленного. Это следует отнести за счет частичной пепти-зации набухающих белков и других соединений ржи растворами органических кислот.

ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ТЕСТОВЕДЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕСТА И КАЧЕСТВО ХЛЕБНЫХ

ИЗДЕЛИИ

За последние годы в СССР и за рубежом проведены работы, показавшие возможность сокращения расхода муки и времени на приготовление хлебных изделий. Это достигается примене­нием технологических схем, предусматривающих механическое воздействие на опару и тесто, активирующее их брожение. В основу таких схем заложено применение больших жидких (влажностью около 70%) или густых (влажностью 40-50%) опар.

Жидкие опары имеют вязкость на 1-2 десятичных порядка меньшую, чем густые; последние трудно перекачивать наверх; их после сбраживания разводят водой. Установлено, что разведенные опары имеют вязкость значительно ниже, чем неразведенные соответствующей влажности; при брожении вязкость опар снижается.

Сокращение продолжительности брожения опары и теста до­стигается более продолжительным интенсивным воздействием в процессе замешивания. При этом снижается количество отмывае­мых из теста белков клейковины, увеличивается содержание во­дорастворимых азотистых соединений, углеводов, повышаются атакуемость крахмала амилазой и бродильная активность дрож­жей. Перечисленные процессы повышают объемный выход теста и хлеба, улучшают структуру пористости мякиша, форму подо­вых изделий.

Указанные характеристики хлебных изделий улучшаются также путем дополнительной механической обработки теста в процессах его разделки. Однако чрезмерная механическая обра­ботка может привести к ухудшению физико-механических харак­теристик изделий, поэтому необходима ее оптимизация. В каче­стве критерия степени механического воздействия на тесто при его замешивании предлагается величина удельной работы. Она колеблется в зависимости от влагоемкости муки от 12 до 50 Дж/г.

На основании изложенного можно сделать следующие вы­воды.

Бродящее тесто в отличие от небродящего является более сложной двояко напряженной коллоидной дисперсной системой, включающей газовую фазу, имеющую поэтому пониженную плотность. Его пенообразная пористая масса, непрерывно обра­зуя С0 2 , увеличивает объем - коалесцирует вследствие вырав­нивания давления соседних пор различного размера, образуя от­крытую структуру; в ней непрерывно происходят согласно зако­ну Стокса движение наиболее крупных пор вверх к поверхности теста и выделение углекислого газа. В процессе образования пор, увеличения объема малыми напряжениями и медленными дефор­мациями сдвига структуры бродящего теста эластифицируется, повышает вязкость и η/Е.

Бродящее тесто из пшеничной муки I и II сортов отличается от небродящего меньшими величинами модулей сдвига, относи­тельной пластичности (большей эластичностью), большими вяз­костью и отношением вязкости к модулю, а также стабильно­стью и увеличением этих характеристик в процессе брожения по­сле замешивания. Более существенные отличия установлены для теста из муки I сорта, имеющего меньшую на 3-4% влажность, чем тесто из муки II сорта, и иной химический состав.

Бродящее тесто из ржаной муки обойного и обдирного помо­лов отличается от небродящего большими величинами модулей сдвига, меньшими вязкостью и отношением вязкости к модулю. Это объясняется влиянием значительной концентрации в нем органических кислот, частично растворяющих набухающие бел­ки и другие полимеры зерна.

Структурно-механические свойства бродящего пшеничного те­ста и сырых белков клейковины из муки высшего, I и II сортов, полученных из одного зерна трехсортным помолом, вязкость, а также отношение вязкости к модулю существенно различаются: они определяют газоудерживающую способность теста, объем­ный выход формового, а также H/D подового хлеба. С пониже­нием сорта муки уменьшается вязкость и отношение вязкости к модулю клейковинных белков и газоудерживание теста, объем­ный выход хлеба, его пористость и H/D. Наиболее существенные различия указанных характеристик теста, клейковинных белков и хлеба наблюдаются между I и II сортами муки.

В пределах каждого сорта вязкость бродящего теста оказы­вает обратное влияние на развитие его объема (газоудержива­ние), объемный выход хлеба и прямое влияние на H/D хлеба. Отношение вязкости к модулю теста оказывают прямое влияние на оба показателя хлеба. Сорт зерна в ряде случаев оказывает влияние на структурно-механические свойства теста из муки каждого сорта.

Перечисленные свойства бродящего теста в целях контроля и управления ими целесообразно нормировать и регулировать. В качестве примерных норм для теста из пшеничной муки I сор­та, ржаной обойной и обдирной муки можно использовать ре­зультаты табл. 4.4.

ВЛИЯНИЕ ПРОГРЕВА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕСТА. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛЕБНОГО

Процесс производства хлебных изделий завершается прогре­вом массы бродящего теста от 30 до 100°С в условиях больших градиентов тепло- и массопереноса.

Термическая обработка при выпечке в указанном интервале температуры существенно влияет на активность биохимических процессов, изменяет конформации молекул основных полимеров зерна, их гидрофильные свойства, а также механические свой­ства теста; в структуре уменьшается содержание свободной во­ды, тесто теряет способность течения под напряжением сил гра­витации массы. Затем пластично-упругая структура теста пре­вращается в упруго-хрупкую пластичную студнеобразную струк­туру хлебного мякиша. Следует полагать, что его пластичные деформации имеют место в основном при малых скоростях де­формации вследствие релаксации напряжений, а при больших скоростях-в результате явлений хрупкости, разрушения сплош­ности стенок пор концентрированного белково-крахмального студня - мякиша в упругой области. В связи с этим при иссле­довании механических свойств хлебного мякиша следует ограни­чиваться возможно малыми величинами его деформаций и их скорости. Вместо деформаций сдвига целесообразно использо­вать деформации одноосного сжатия пористой пенообразной" структуры мякиша.

Прогревание усиливает тепловое движение молекул химиче­ских соединений. В растворах полимеров оно снижает коэффи­циент внутреннего трения (вязкость). Обратная зависимость вязкости растворов полимеров от температуры определяется из­вестным эмпирическим уравнением Аррениуса

η=Ае

где A -постоянная, зависящая от свойств вещества;

е -основание натурального логарифма;

Т - абсолютная температура;

К - газовая постоянная;

Е - энергия активации (работа, затрачиваемая на перемещение частиц).

Однако это уравнение справедливо лишь для растворов низкой концентрации и при условии отсутствия существенных изме­нений формы молекул полимеров. Концентрация основных поли­меров зерна - клейковинных белков и крахмала - в хлебном тесте является весьма высокой, а термическая его обработка изменяет форму молекул, а также способность взаимодействия этих основных полимеров зерна с растворителем - водой. Раз­меры и формы их молекул изменяются также при гидролизе и брожении ферментами зерна и микроорганизмов теста.

Все указанные процессы могут оказывать влияние на струк­туру, изменять механические свойства теста. Поэтому следовало ожидать, что применение уравнения Аррениуса для структуры теста допустимо в весьма ограниченной области температуры. Зависимость этих свойств теста от температуры в широких ее пределах является более сложной. Рассмотрим более подробно ее возможное влияние на эти свойства: прогрев теста при выпеч­ке и превращение его в хлебный мякиш протекает в две основные стадии. В начальной стадии прогрева теста до 50-60°С активи­руются ферментные системы теста, увеличивается содержание в нем водорастворимых соединений, которые могут пластифициро­вать структуру и одновременно с усилением молекулярно-теплового движения снижать вязкость, усиливать его адгезионные свойства. На этой стадии начинаются также основные процессы выпечки хлеба: клейстеризация крахмала и денатурация белков зерна, которые наиболее активно протекают и заканчиваются во второй, завершающей стадии прогрева теста от 60 до 100°С, ко­гда имеет место также инактивация его ферментных систем.

При усилении механического воздействия структурно-механические свойства теста изменяются. Свойства теста авторы характеризовали по консистенции Kт на пенетрометре, на альвеографе и определяли вязкость на приборе Толстого - Николаева. Продолжительность замеса контрольного теста составляла 5 мин, с усиленной механической обработкой 30 мин. Тесто исследовали после замеса и перед разделкой (табл. 22).

При увеличении продолжительности замеса теста структура его ослабляется. После продолжительного замеса показатель консистенции теста Kт увеличивается, а вязкость теста уменьшается. Снижается упругость, растяжимость и величина усилия деформации теста, определяемые на альвеографе (рис. 13).

Усиление механического воздействия на тесто снижает его вязкость и повышает его способность к растяжению. При этом тесто способно значительно увеличиваться в объеме при рас-стойке и выпечке, становится эластичным, растяжимым, увеличивается его газоудерживающая способность.
По окончании интенсивного замеса тесто становится заметно светлее, чем при медленном и неполном замешивании, что объясняется захватыванием воздуха при замесе, включением его в тесто и последующим окислением красящих пигментов муки.
Интенсивный замес теста в течение 7 мин разрушает около 31 % пигментов муки. При усиленной механической обработке теста происходит аэрация его составных частей, влияющая на окислительно-восстановительную систему муки. После соответствующего времени брожения тесто с увеличенной степенью механической обработки имеет более упругие свойства по сравнению с тестом без обработки.
При брожении теста с усиленной механической обработкой процесс его разжижения затормаживается (предполагается, что из-за частичного восстановления структуры). Большую роль в этом играют окислительные процессы, способствующие «сшиванию» макромолекул белка поперечными дисульфидными и другими связями.
При увеличении интенсивности обработки сорбция водь? тестом повышается и при повышении влажности теста на 1-1,5 % оно имеет такие же структурно-механические свойства, как при обычном замесе. Это подтверждается определением структурно механических свойств теста по предельному напряжению сдвига τ (в Па) при увеличении продолжительности механической обработки теста с 6 до 20 мин. Предполагается, что при интенсификации обработки теста более полно разворачиваются глобулы клейковинных белков и возрастает их гидратационная способность.
С целью объяснения повышенной водопоглотительной способности теста при его усиленной механической обработке исследованы сорбционные свойства теста при разных способах замеса. Сравнивались физико-химические свойства бездрожжевого теста, которое замешивалось в машине Л-106 в течение 6 и 20 мин при 70 об/мин и машине ротационного типа при 1400 об/мин в течение 3-5 с.
На адсорбционно-вакуумной установке Мак-Бена определяли скорость сушки образцов теста при непрерывной откачке пара и десорбцию водяного пара образцами, высушенными в вакууме, и затем увлажненными до постоянной массы.
Установлено, что усиленная механическая обработка теста ускоряет его высыхание и оно быстрее достигает постоянной массы.
Гомогенизация теста (тесто ротационного и 20-минутного замеса) при усиленной механической обработке способствует ускорению удаления влаги при сушке - скорость сушки повышается. Скорость сушки возрастает с увеличением пористости высушенных образцов. Объем пор составляет 104 % для теста 20-минутного замеса, 94 - для ротационного и 86 % на сухое вещество для обычного образца.
При анализе изотерм десорбции установлено, что в равновесном десорбционном процессе влагоудерживающая способность теста повышается при увеличении механической обработки теста, т. е. повышается энергия связи влаги.
На основании опытов отмечается, что повышение степени механической обработки теста способствует увеличению количества воды, прочно связанной с тестом, что улучшает его структурно-механические свойства, а следовательно, и качество хлеба.
Белковые вещества теста. Белковые вещества при замесе теста претерпевают определенные изменения в результате их пептизации, а также под действием ферментов муки.
Для исследования белковой части теста при усилении механического воздействия на него определяли количество и качество отмываемой клейковины и количество водорастворимого азота (табл. 23).

Гидратационная способность клейковины теста при дополнительной механической обработке повышается. Это отражается на ее структурно-механических свойствах: продолжительность выпрессовывания по пластометру уменьшилась на 22 с, а удельная растяжимость увеличилась в 1,5 раза.
Сразу после замеса с усиленной механической обработкой в тесте было на 3,7 % меньше отмываемой клейковины, чем в тесте, замешенном в течение 5 мин. Количество водорастворимого азота, наоборот, было выше.
Эти данные показывают, что в усиленно обработанном тесте процессы формирования и созревания в значительной степени происходят уже в период механической обработки, что может способствовать сокращению времени приготовления теста.
При брожении теста количество отмываемой клейковины снижается как в контрольном тесте, так и в тесте с дополнительной механической обработкой.
Перед посадкой в печь количество клейковины, отмываемой из контрольного теста, снизилось на 30,8 % по сравнению с количеством клейковины муки, а из теста с усиленной механической обработкой - на 39,9%. Это свидетельствует о более интенсивном процессе изменения белковых веществ в тесте с усиленной механической обработкой.
Количество водорастворимого азота в контрольном тесте увеличилось на 60,6 % по отношению к водорастворимому азоту муки, а в тесте с усиленной механической обработкой - на 72,7 %.
Диаграммы снижения количества отмываемой клейковины и повышения количества водорастворимого азота в тесте перед посадкой в печь представлены на рис. 14 и 15.

К. Н. Чижовой установлено, что готовность пшеничного теста можно характеризовать определенной степенью снижения содержания отмываемой клейковины и увеличения количества водорастворимого азота. Дополнительная обработка теста обусловливает более глубокие изменения белковых веществ, что способствует ускорению его созревания.
Состояние белков клейковины в тесте изменяется под влиянием различных факторов. При этом имеет значение состояние самих белков муки и их изменения в процессе приготовления теста под действием накапливающихся кислот и протеолитических ферментов.
Для изучения изменений клейковины под действием кислот и ферментов при усиленной механической обработке теста на нее воздействовали 0,005 н. молочной кислотой и исследовали ее атакуемость протсолитическим ферментом папаином (табл. 24).

По мере усиления механической обработки клейковины растворимость ее в молочной кислоте изменяется: при замешивании теста в течение 5 мин растворяется 20 % клейковины, а при увеличении продолжительности замеса до 30 мин - примерно 40 %.
Опыты с внесением папаина также показывают, что атакуемость клейковины усиливается при повышении степени ее механической обработки. При сравнительной оценке замеса теста в дежевой тестомесильной машине и в вибросмесителе установлено, что при воздействии на тесто в вибросмесителе в течение 2 мин растворимость белка в 0,05 М. уксусной кислоте повышается так же, как при 15-минутном замесе теста в дежевой тестомесильной машине. Увеличение продолжительности обработки теста на вибросмесителе до 15 мин увеличивает растворимость белков сильнее, чем 45-минутный замес в тестомесильной машине обычного типа. Белковые вещества теста исследованы методом гельфильтрации на Сефадексе Г-100. При разделении белковых веществ теста получены четыре фракции. Анализ хроматограмм показал, что увеличение продолжительности замеса теста повышает процент первой и второй высокомолекулярных фракций. Считается, что первая фракция характеризует белки с молекулярной массой более 150 000, соответствующие глютенину, вторая фракция - белки с молекулярной массой около 100 000 и соответствует смеси молекулярного глютенина с глиадином. Третья и четвертая фракции соответствуют альбуминам и глобулинам.
Преобразования белка клейковины при замесе связывают с вытягиванием и разрывом его с образованием тонких пленок клейковины, которые подвергаются расщеплению путем разрыва нековалентных связей - водородных, гидрофобных и солевых мостиков, а также путем разрыва дпсульфидных связей между пептидными цепями.
Углеводы теста. Интенсивная механическая обработка теста приводит к изменению крахмальных зерен, повышает их атакуемость амилазами муки, что увеличивает содержание водорастворимых углеводов, в том числе сахаров.
Углеводы теста характеризовали по содержанию непосредственно восстанавливающих сахаров и водорастворимых углеводов. восстанавливающих после гидролиза в течение 3 ч (табл. 25).

По мере усиления механического воздействия на тесто количество сахаров в нем увеличивается.
При замесе небродящего теста а течение 30 мин содержание непосредственно восстанавливающих сахаров повышается по сравнению с контрольным тестом (продолжительность замеса 5 мин) на 18 %, водорастворимых углеводов, восстанавливающих после трехчасового гидролиза, - на 27 %
При отлежке небродящего теста под действием амилаз муки продолжается прирост водорастворимых углеводов, В хлебе, выпеченном из такого теста, наблюдается повышенное содержание сахаров по сравнению с количеством их в тесте с обычной обработкой. В бродящем тесте количество водорастворимых углеводов перед посадкой в печь довольно близкое как в образце без обработки, так и в тесте с усиленной механической обработкой. Это можно объяснить большим потреблением сахаров за период брожения теста с увеличенной степенью механической обработки, что подтверждается данными определения газообразующей способности теста и объема хлеба.

Исследования влияния степени механической обработки теста на его газообразующую и газоудерживающую способность на образцах пшеничной муки I сорта с клейковиной средней силы и сахарообразующей способностью 275 и 204 мг мальтозы на 10 г муки (табл. 26 и рис. 16) показывают, что усиленная механическая обработка теста (продолжительность замеса 30 мин) повышает газообразование, определяемое в период расстойки, на 14-21 % по сравнению с контрольным тестом (продолжительность замеса 5 мин). Это имеет значение при переработке муки с низкой сахарообразующей способностью (204 мг мальтозы на 10 г муки).

Повышение газообразующей способности теста при усиленной механической обработке связано с накоплением в нем водорастворимых углеводов и продуктов дезагрегации белковых веществ, являющихся питанием для дрожжей.
Эти изменения в тесте способствуют получению хлеба большего объема, с более мелкой и равномерной пористостью, с нежным ii эластичным мякишем.
При исследовании влияния усиленной механической обработки теста на степень черствения хлеба (нарезные батоны массой 0,4 кг из пшеничной муки I сорта), выпекавшегося на опытном хлебозаводе ВНИИХПа, установлено, что показатели, характеризующие свежесть изделий из этого теста, изменяются по сравнению с контролем. Сжимаемость и вязкость суспензии мякиша батона после 3, 24 и 48 ч хранения выше у хлеба, тесто для которого замешивается более длительное время (табл. 27 и рис. 17).

Вязкость суспензии мякиша по мере хранения батонов снижалась, но была большей для батонов из теста, которое замешивалось более длительное время (см. рис. 17).
Данные органолептической оценки показывают, что батоны из теста более длительного замеса (20 мин) с самого начала (через 3 ч) имели более нежный, мягкий мякиш, чем батоны, выпеченные из теста с продолжительностью замеса 4,5 мин. Разница в состоянии мякиша сохраняется на протяжении всего периода хранения (в течение 48 ч). Эти данные показывают, что увеличение степени механической обработки теста приводит к улучшению качества хлеба и способствует замедлению процесса его черствения.

Повышение интенсивности замеса теста для ржано-пшеничного хлеба украинского нового при соотношении муки обдирной и II сорта 60:40 % также замедляет его изменения при хранении. При этом наблюдается накопление летучих карбонильных соединений, обусловливающих аромат хлеба.