1.5. Теоретичні основи процесу термічного оброблення пряникових виробів

Одним з процесів, який суттєво впливає на якість пряникових виробів є їх термічне оброблення. Теоретичні питання випікання та охолодження заварних пряників були розглянуті у роботах А. М. Дорохович 80. На думку автора, теплова обробка борошняних кондитерських виробів повинна розглядатись як процес випікання, тобто прогрівання вологого колоїдного капілярно-пористого матеріалу, перенесення тепла в якому пов’язано з переносом вологи. Інтенсивний прогрів тіста викликає внутрішнє переміщення вологи і вологообмін між тістовою заготовкою та середовищем пекарної камери. Термообробку пряників необхідно розглядати як комбінований процес випікання – охолодження. Характерною особливістю процесу випікання є те, що волога під дією градієнту термовологопровідності переміщається від поверхневих до центральних шарів тіста. В кінці випікання вологість зони випаровування наближається до вологості тіста. У процесі охолодження всередині виробу відбувається перерозподіл тепла і вологи, і значна кількість вологи виділяється за рахунок акумульованого тепла шляхом самовипаровування.

При випіканні пряників зневоднення тістової заготовки протікає нерівномірно. В початковий період виникає значний температурний градієнт між поверхневими та центральними шарами тіста, тому випарювання вологи відбувається з поверхневих шарів, а частина вологи під дією термовологопровідності переміщається від поверхневих до центральних шарів тіста. Другий період випікання – період перемінного об’єму заготовок і зміни швидкості вологовіддачі. Даний період характеризується значним температурним градієнтом і на переміщення вологи впливає градієнт вологості. При цьому в процесі прогрівання тіста відбувається інтенсивне зневоднення поверхневих шарів, і волога намагається переміститись з центральних шарів до поверхневих. Проте потік вологи, викликаний термовологопровідністю, перевищує потік вологи , обумовлений вологопровідністю і це визначає його напрям всередину зразку. В другому періоді починають діяти колоїдні, біохімічні та хімічні процеси.. Крохмаль борошна починає клейстеризуватись. При нагріванні крохмальні зерна інтенсивно поглинають воду, розбухають і, нарешті, утворюють в’язкі колоїдні розчини. Оскільки у пряниковому тісті води відносно небагато, утворюється дуже густий клейстер, що надалі при охолодженні застигає у вигляді щільного драглю [80].

В кінці другого періоду температура поверхні досягає 103  – 105С, а температура центральних шарів – 60 С. Тривалість другого періоду складає 25 – 27 % від загальної тривалості випікання. В кінці другого періоду температурний градієнт в м’якушці знижується, а градієнт вологості підвищується в результаті зневоднення поверхневих шарів. Це приводить до врівноваження градієнтів термовологопровідності та вологопровідності. Завдяки поглибленню зони випаровування в третьому періоді починає утворюватись скоринка. У цьому періоді вологість центральних шарів практично не змінюється і волога видаляється з зони випаровування в основному у вигляді пари. Скоринка, яка утворюється, протидіє подальшому збільшенню швидкості вологовіддачі. Поверхневий зневоднений шар починає прогріватись до більш високої температури і до кінця третього періоду досягає 165 – 170С, а температура центральних шарів – 104С.

При нагріванні з 30 до 70°С усередині пряника спостерігається посилена ферментативна діяльність, внаслідок чого в тісті швидко збільшується кількість продуктів розпаду крохмалю й цукрів. Амілолітичні ферменти гідролізують крохмаль, з утворенням декстринів і мальтози. Максимум активності ферментів спостерігається в інтервалі 45 — 65°, причому процес цукроутворення особливо підсилюється в момент утворення клейстеру, коли зерна крохмалю розпушуються й ферментам легше проникнути всередину. Протеолітичні ферменти, які розщеплюють білки на амінокислоти, мають максимум дії при 45°С. При підвищенні температури всередині пряника до 80°С діяльність ферментів припиняється [80, 81, 82].

У перші хвилини випікання пряника спостерігається швидкий розпад вуглекислого амонію (при температурі 60°С). При цьому відбувається розпушення пряника. Продукти розпаду - аміак, вуглекислота й вода - до кінця випікання майже цілком видаляються з тіста. У зв’язку із низьким вмістом води при випіканні крохмальні зерна клейстеризуются лише частково, тільки з поверхні. При температурі близько 80°С спостерігається процес дегідратації або зневоднювання клейковини. Розчинні у воді білки коагулюють при нагріванні до 75 – 90°С, причому незворотному згортанню піддаються 85 – 90% цих білків, основні білки, гліадин й глютенін, майже повністю коагулюють при нагріванні до температури більше 80°С [84].

Вода, що перебувала в клейковині, при коагуляції білків виділяється й поглинається крохмалем, що клейстеризується. Таким чином, всередині тіста при випіканні відбувається перерозподіл вологи. Білкові речовини, втрачаючи вологу, зменшуються в об'ємі, твердіють, стають рогоподібними й втрачають надалі здатність до набухання при взаємодії з водою, тобто згортання білків незворотне. Майже одночасно із процесом коагуляції білків у тісті спостерігається процес розпушення тіста вуглекислотою, що виділяється при розкладанні двовуглекислого натрію.

Вуглекислий натрій, що залишається, обумовлює лужність пряника. У процесі випікання, режими термообробки повинні забезпечувати утворення пружної м’якушки, яка не заминається і має рівномірну пористість. За результатами проведеного комплексу досліджень кінетики та динаміки тепломасообмінних процесів, які відбуваються при випіканні пряників, в роботі 80 були сформульовані і науково обґрунтовані раціональні режими процесу випікання пряників. Організація раціонального режиму повинна полягати у тому, щоб на початку випікання температура середовища пекарної камери дорівнювала 170 ºС, потім поступово збільшувалась до 230 ºС, а потім знижувалась до 200 ºС. Подачу тепла слід організувати так, щоб спочатку 2/3 тепла поступало від нижньої гріючої поверхні, 1/3 – від верхньої, і до кінця першого періоду температури верхньої та нижньої гріючої поверхонь повинні вирівнятися. Зниження підводу тепла зі сторони верхньої гріючої поверхні у перший період випікання сповільнює утворення верхньої скоринки, яка може протидіяти росту та прогріванню заготовки, тоді як збільшення підводу тепла зі сторони нижньої гріючої поверхні у цей період буде приводити до більш інтенсивного прогрівання нижніх шарів, що сприяє утворенню рівномірної пористості за висотою зразку. Зниження в другому періоді випікання температури нижньої гріючої поверхні попереджує підгоряння нижньої скоринки [80, 84].

Випечений пряник повинен мати пористу м’якушку, причому основний твердий кістяк її складається зі скоринки, що охоплює з усіх боків губчату масу з рогоподібних білків, на яких нашаровуватися клейстеризований крохмаль у вигляді густого драглю та інші види сировини, що входять до складу рецептури [80].

Питання про зміну хімічного складу пряникового тіста при випіканні мало вивчене. В літературі зустрічаються дані про хімічні процеси, що відбуваються при випіканні печива, бісквіту. Вважається, що кількість вуглеводів під час випікання зменшується, в основному за рахунок зменшення редукуючих цукрів внаслідок реакції меланоїдиноутворення і процесу карамелізації цукрози. Зменшується й кількість нерозчинного крохмалю, що внаслідок гідролізу частково переходить у розчинний крохмаль і декстрини [29]. Загальна кількість азоту, в порівнянні з тістом, змінюється мало, але з окремими видами білків відбуваються істотні зміни. Вміст альбуміну, глобуліну й гліадину зменшується майже вдвічі. Лужність при випіканні значно знижується частково за рахунок взаємодії лугів з кислотами, частково за рахунок зникнення аміаку, що видаляється при розкладанні вуглекислого амонію [29].

Приведені вище дослідження стосуються термообробки заварних пряників з пшеничного борошна. Можна припустити, що для заварних пряників, виготовлених з суміші пшеничного та житнього борошна, кінетика прогрівання тістових заготовок буде змінюватись, тому необхідно провести дослідження процесу тепломасообміну при випіканні цих пряників, з метою визначення тривалості випікання та режимів термічної обробки.

Процеси охолодження пряникових виробів до глазурування і після нього вивчені недостатньо, тому викликає інтерес проведення досліджень по розподілу вологи на даному етапі для встановлення оптимальних технологічних режимів, які зможуть забезпечити якість готових виробів.