1.4 Структурообразование порошкообразных полуфабрикатов

Пищевые порошки должны обладать комплексом заданных свойств для использования их в кондитерской промышленности: при производстве изделий, бестарном хранении без комкования, транспортировании, дозировании, поэто­му необходимо стремиться к получению оптимальных технологических свойств и минимальной слеживаемости порошка.

Для реализации данной задачи необходимо управлять поверхностными силами частиц порошкообразных полуфабрикатов, имеющих физико- химическую и электрическую природу.

Порошкообразные полуфабрикаты полидисперсны с размером частиц не более 20-30 мкм. Твердые частицы находятся в контакте и общая поверхность контакта очень мала, что определяет важную технологическую характеристику порошков — текучесть, которая зависит от плотности, размера частиц, их фор­мы, состояние поверхности, влажности. Повышение дисперсности и влажности уменьшает текучесть порошков вследствие роста общей поверхности контактов и их прочности.

Стремление дисперсной системы к изменению своей удельной поверхно­сти вызывает аутогезию, т.е. взаимодействие частиц порошка между собой. Ау- тогезия между частицами сыпучих материалов не является постоянной величи­ной и изменяется со временем нахождения продукта без движения и может вы­зывать слеживание порошка [13].

При слеживании протекают следующие процессы:

1. Связан с более плотной упаковкой частиц, что приводит к росту числа контактов;

2. Обусловлен увеличением аутогезии — прочности индивидуальных кон­тактов.

На процесс слеживания оказывают влияние: форма частиц, гранулометри­ческий состав, уплотняющая нагрузка, плотность упаковки частиц. С течением времени под давлением вышележащей массы, вибрации, встряхивания проис­ходит заполнение пустот между частицами, что приводит к росту числа контак­тов, площади контакта, прочности индивидуальных контактов, а следовательно, и силы аутогезии. Между частицами порошкообразных полуфабрикатов могут возникать фазовые, жидкостные а аутогезионные контакты. Фазовые контакты представляют собой новообразования кристаллической фазы в пространстве между частицами. Жидкостные образуются при большом увлажнении сыпучих материалов, когда между частицами образуется слой насыщенного раствора.

На процесс слеживания влияет изменение температуры окружающей сре­ды. С повышением температуры растет растворимость твердого вещества час­тиц, изменяются условия образования кристаллического контактов. Повышение температуры способствует возникновению химических связей. При низких температурах вода превращается в лед, происходит схватывание в зоне контак­та частиц, что резко повышает прочность сыпучих материалов и способствует его слеживаемости [14].

Для определения движущей силы процесса слеживания, определяющего условия хранения, транспортирования и дозирования высокодисперсных по­рошкообразных пищевых полуфабрикатов, необходимо изучить причины воз­никновения аутогезии.

Аутогезия может быть обусловлена несколькими одновременно дейст­вующими силами; взаимно исключается действие лишь капиллярных Р_кап, элек­трических Р_э, и кулоновских Р* сил.

Силу аутогезии или прочность контактов можно представить в следующим виде:

Р = Б_М + Б, + Р_м.з + (Р^к +.Р_э)АР_кап (1),

где Р_м- ван-дер-ваальсова сила; _ когезионная ; Р_{м 3} - механического зацепления; Б*- кулоновские; Р_э- электрические; Р_кап - капиллярного давления

Данные силы аутогезии можно разделить на равновесные и неравновесные. К равновесным можно отнести ван-дер-ваальсовые и кулоновские силы, которые возникают до соприкосновения частиц между собой, достигают максимального значения при их непосредственном контакте и зависят от свойств частиц. К неравновесным следует отнести взаимодействия, возникающие в результате контакта частиц и обуславливающие рост аутогезии. Вне контакта это взаимодействие не существует. Оно вызывается капиллярными и электрическими силами за счет контактной разности потенциалов, а также силами когезии и механического зацепления. Силы ван- дер-ваальса имеют молекулярную природу, их величина зависит от природы материала частиц и расстояния между ними. Для предельно сближенных частиц эти силы достигают величины 0,01-0,1мкН. Эти силы проявляются главным образом в сухих неуплотненных сыпучих материалах. Когезионные силы возникают при деформации частиц, образовании мостиков твердого вещества (спекание, кристаллизация в зоне контакта) и их величина колеблется от 0,01 до 100 мкН.

Кулоновские силы занимают промежуточное положение между величиной ван-дер-ваальсовых и когезионных сил. Электрические силы сравнимы по величине с ван-дер-ваальсовыми. Величина капиллярных сил близка к величине сил когезии. Силы механического зацепления характерны для частиц неправильной формы и реализуется в основном в сыпучих материалах, испытывающих внешнюю нагрузку.

Температура влияет на упруго-пластические свойства частиц при образовании адсорбционных слоев, которые в свою очередь зависят от величины молекулярных сил. Влажность среды определяет количество воды в зоне контактов, природу и величину капиллярных сил, а также влияет на величину электрических сил. В присуствии влаги при повышенной температуре среды могут образовываться фазовые контакты — мостики твердого вещества между частицами. Слипаемость порошкообразных полуфабрикатов обусловлена ван-дер-ваальсовыми, электрическими и капиллярными силами, а схватываемость и цементируемость - когезионными.

Наибольшее влияние на процесс структурообразования и слеживания пищевых порошков оказывают капиллярные и когезионные силы. Следовательно, управляя этими силами можно регулировать свойства порошков, поведение их при хранении, транспортировке, дозировании и структурообразовании.

В результате взаимодействия поверхностного натяжения слоя жидкости и снижения давления (за счет лаплассовых F_K,2 и F_{K l} образования вогнутого мениска) возникает капиллярная компонента сил аутогезии. Образовавшийся мениск силами поверхностного натяжения (F_K,i) с одной стороны стягивает частицу, а с другой благодаря своей вогнутости уменьшает давление жидкости

(FK,₂):

F_Kan⁼F_K,i + F_k>2 (2),

где F_K,i = 27cR!ai₂; F_K,₂ = 2лa₁₂ Ri (Ri - R₂)/ R₂; Ri и R₂ - радиусы кривизны. Для некоторых случаев эта зависимость принимает следующий вид: F_Kan ⁼ 2л ой R cos 0 (3),

где R - радиус контактирующих частиц; 9 - краевой угол смачивания. Согласно уравнению (3) наибольшее влияние на аутогезию оказывают капиллярные силы на гидрофильной поверхности при 0—»0°, а нименьшее - на гидрофобной поверхности, при 0—>90°. Таким образом, величина капиллярной компоненты аутогезии зависит от поверхностного натяжения жидкости,

образующей жидкостные манжеты между двумя частицами, и капиллярных сил при гидрофильной поверхности частиц. Следовательно, от содержания влаги и поверхностных сил взаимодействующих частиц зависит сыпучесть порошкообразных полуфабрикатов.

Следовательно, для предотвращения процесса слеживания порошкообразных полуфабрикатов необходимо частично или полностью исключить капиллярные силы, но этого недостаточно, так как в результате различного усилия поджима частиц нижних и средних слоев порошка в хранении приводит к возрастанию когезионных сил взаимодействия за счет уменьшения зазора между частицами и увеличения их площади контакта.

При агрегировании пищевых порошков уменьшается число контактов между частицами, но площадь единичного контакта агрегатов может увеличиться за счет деформации поверхности частиц, поэтому для предотвращения необходимо увеличить модуль упругости поверхности частиц порошка. Следовательно, для достижени максимальной устойчивости пищевых порошкообразных полуфабрикатов в бестарном хранении, транспортировании и дозировании необходимо модифицировать поверхность частиц путем микроинкапсулирования их антикомкующими веществами (крахмал желирующий, желатин, ПАВ, фосфаты, мальтодекстрин и др.).

1.5 Виды и способы упаковки мучных композитных

смесей и готовых изделий

Упаковывание кондитерских изделий производится с целью сохранения качества, внешнего вида, улучшения санитарно-гигиенических условий их про­дажи и транспортирования, получения необходимой информации о виде про­дукта, его сорта, массе, способе употребления.

В этой связи возрастает роль упаковки мучных кондитерских изделий. Причем значение термина «упаковка» на современном этапе весьма обширно.

Под последней подразумевается не только завернутые в упаковочный материал, в коробку, пакет одно или несколько изделий, а также тару, в которую упакова­ны изделия с целью хранения и транспортирования. Под этим термином также понимают технологический процесс изготовления потребительской тары и упа­ковывания изделий в предназначенную для них упаковку, укладывание группы изделий в единую транспортную тару. Кроме того упаковкой принято называть средства или комплекс средств, обеспечивающих защиту продукции от окру­жающей среды, от повреждений и потерь, а также обеспечивающих транспор­тирование, хранение и реализацию продукции [41].

Вопрос о выборе оборудования и материалов для упаковки мучных кон­дитерских изделий рассматривается как единая система проблем, каждый эле­мент которой имеет свою значимость, свой вес. Только рассмотрение и совер­шенствование системы в целом позволит достигнуть цели: получить и реализо­вать упакованную продукцию.

Стадия упаковки помимо своего прямого воздействия на качество гото­вой продукции обычно рассматривается как фильтр всей технологической сис­темы.

В настоящее время для упаковки мучных кондитерских изделий исполь­зуют бумажные пакеты, специальные картонные коробки, упаковочные поли­мерные многослойные и комбинированные пленочные материалы (в том числе стрейч и термоусадочные пленки), прозрачные полимерные коробки - контей­неры с крышками.

В качестве транспортной тары используют в основном ящики из гофри­рованного картона, а также металлические жестяные ящики.

Как правило, кондитерские предприятия покупают готовую упаковку, а упаковывание готовой продукции осуществляют на упаковочных машинах или вручную непосредственно на своих предприятиях.

Выгодно чаще менять дизайн упаковки с целью привлечения новых по­купателей. Именно поэтому при разработке дизайна упаковки следует прини­мать во внимание как вопросы, касающиеся самого продукта, так и то, как с ним будут обращаться, а также требования клиентов и положения законода­тельства. Конечно, дешевле упаковывать в бумажные пакеты, но те же изделия лучше сохраняют свои потребительские свойства, будучи упакованными в про­зрачные полимерные пленки с красочной этикеткой.

На дизайн упаковки большое внимание оказывает размер, форма и вид продукта, требования к защитным свойствам, а также к условиям и срокам хра­нения. Конечно, усложнение видов применяемых пленочных материалов и ди­зайна ведет к росту стоимости упаковки.

Для правильного выбора упаковочных материалов и способов упаковки необходимо учитывать характеристики продукции, которая подлежит упаковке, объемы производства, наличие технологического упаковочного материала, а также условия эксплуатации.

Защитные свойства упаковочного материала - одна из важнейших харак­теристик, определяющих его применимость для пищевого продукта. В тройной системе продукт питания - упаковка - окружающая среда упаковка является как бы посредником, через который осуществляется контакт продукта и среды, а также в большинстве случаев барьером, надежно изолирующим продукт.

В настоящее время техника получения барьерных упаковочных материа­лов на базе обычных полимерных пленок достаточно хорошо освоена. Способы создания таких материалов сводятся к сочетанию полимерных пленок с извест­ными барьерными элементами, которыми могут быть отдельные полимерные материалы, такие как многослойный пленочный материал полиамид (ПА), дву- осно-ориентированная полипропиленовая пленка (ОПП), комбинированный пленочный материал на основе фольги и полиэтилентерефталата (ПЭТ), метал­лизированные пленки, алюминиевая фольга, а также органические и неоргани­ческие покрытия.

российская 41 государственная

бжлиотШ

Первыми шагами по получению упаковочных материалов следует считать изготовление двухслойных ламинатов. Материалы такого типа также могут быть использованы при упаковке мучных кондитерских изделий.

На современном этапе применяют два способа упаковки:

• в многослойные пленочные материалы с использованием инертных га­зов;

• упаковка в термостойкие упаковочные материалы.

При упаковывании пищевых продуктов, отличающихся повышенной чув­ствительностью к действию кислорода, недостаточно только изолировать про­дукт от воздействия внешней среды, содержащей кислород. Необходимо так снизить его количество, находящееся вместе с продуктом внутри упаковки в момент герметизации, что осуществляют обычно применением вакуумирова- ния, использованием модифицированной газовой среды (МГС) или регулиро­ванной газовой среды (РГС), а также поглотителей кислорода.

Таблица 5 - Проницаемость упаковочных материалов по отношению к парам

воды, ароматическим веществам и газам Упаковочный материал	Скорость проницаемости, (м3/м2-Пас)-10|			Паропроницае- мость, г/м2 за 24 ч	Ароматопро- ницаемость, г/м2 за 24 ч
	N2	о2	со2
ПЭНП (толщина 20­50 мкм)	5000-7000	20000-35000	70000-100000	5-10	0,3
ОПП (толщина 20-50 мкм)	1000-1600	5000-8000	15000-20000	7-12	48
пэт-пэ	16-20	80-100	300-450	7-15	>500
ПА-ПЭ (100 мкм)	12-18	60-75	180-250	1,5-3	>500
ПЭТ-Ф-ПЭ	-	0,2-0,5	-	<1	>5000

Примечание: ПЭНП - пленка из полиэтилена низкой плотности (высокого давле­ния);

ОПП — двуосио-ориентированная полипропиленовая пленка;

ПЭТ-ПЭ - многослойный пленочный материал полиэтилентерефталат-полиэтилен; ПА-ПЭ - многослойный пленочный материал полиамид-полиэтилен; ПЭТ-Ф-ПЭ - комбинированный пленочный материал на основе фольги и поли эти лентерефталат - алюминиевая фольга - полиэтилен.

Для использования первого метода упаковки необходима специальная упаковочная машина, снабженная специальным устройством, которое подает газ или газовую смесь в пакет с продуктом, вытесняя из него при этом воздух. При этом очень важно, чтобы продольные и поперечные швы были герметич­ными, а само полотно пленки, обладающей высокими барьерными свойствами, не имело проколов [42].

Второй способ предполагает упаковывание мучных изделий в термостой­кие упаковочные материалы с последующей обработкой теплом при темпера­туре 105-108 °С в течение 50-90 мин. Для упаковывания данного вида пищевой продукции могут быть использованы многослойные и комбинированные пле­ночные материалы, имеющие в качестве технологического слоя, контактирую­щего с продуктом питания, полипропилен или смесь полиэтиленов высокого и низкого давления.

Таким образом, правильно выбранные технологии получения мучных кондитерских изделий, подбор упаковочного материала, процесс упаковывания, транспортирования и условия хранения позволяют улучшить их качество и увеличить сроки годности.АНАЛИЗ ОБЗОРА ЛИТЕРАТУРЫ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Важнейшей задачей, стоящей перед кондитерской отраслью является раз­витие предприятий, в том числе и малых, внедрение на них интенсивных тех­нологий, позволяющих получать изделия с повышенной пищевой ценностью, диетического и лечебно-профилактического назначения, низкой себестоимости.

Изучение литературы в области производства мучных кондитерских из­делий и анализ существующих технологических схем позволили сделать вывод о том, что перспективным направлением решения основных задач является разработка новых видов мучных кондитерских изделий функционального на­значения и длительного срока хранения, в том числе и на основе мучных ком­позитных смесей, которые служат удобным объектом для обогащения изделий белками, витаминами, минеральными веществами, пищевыми волокнами. Ис­пользование смесей позволяет также интенсифицировать процесс производст­ва мучных кондитерских изделий - снизить потребности в складских помеще­ниях, для подготовки сырья; сократить технологический процесс производства готовых изделий; уменьшить энерго- и трудозатраты; улучшить санитарно- гигиеническое состояние цехов. Большим преимуществом таких смесей являет­ся возможность длительного хранения, удобность в транспортировке в различ­ные районы.

Анализ литературных источников свидетельствует о недостатке инфор­мации о технологических направлениях и рациональном использовании муч­ных смесей для производства сахарного, сдобного, затяжного печенья в отече­ственной промышленности.

Изучение химического состава мучных композитных смесей показало, что из-за преобладания в них таких высококалорийных продуктов как сахар и мука пшеничная, несоответствия его требованиям нутрициологии, изделия пе­регружены углеводами, а минеральные вещества, витамины, пищевые волокна находятся в дефицитном количестве. Для снижения энергетической и повыше­ния пищевой ценности необходимы изменения состава МКС в сторону при­ближения к требованиям формулы сбалансированного питания.

Для этой цели необходимо рационально использовать в качестве одного или нескольких компонентов мучной смеси различных видов нетрадиционного сырья - многокомпонентных порошкообразных полуфабрикатов, продуктов экструдирования круп, соевых обогатителей, составной муки из зерна и зерно­бобовых, что создает условия целенаправленного изменения пищевой и энер­гетической ценности, органолептических и физико-химических свойств; прида­ет изделиям диетическую и лечебно-профилактическую направленность.

Таким образом на основе анализа литературных источников сформули­рованы цель и задачи исследования.

Целью работы является разработка научно обоснованной технологии пече­нья на основе МКС.

В рамках поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• научно обосновать выбор рецептурных компонентов и состав МКС;

• создать мучные смеси функционального назначения;

• исследовать органолептические, физико-химические и структурно- механические свойства композитных смесей;

• исследовать структурообразование теста;

• исследовать и установить качественные показатели готового печенья на осно­ве МКС;

• апробировать в промышленных условиях результаты экспериментальных ис­следований;

• разработать проект нормативной документации на мучные композитные сме­си и печенье на их основе;

• рассчитать экономический эффект от внедрения в производство печенья на основе МКС.