3. Выпечка

Выпечка хлеба и мучных кондитерских изделий – сложный технологический процесс. При выпечке протекают тепломассообменные, коллоидные, биохимические и физико-химические процессы. Все эти процессы происходят при интенсивном прогревании теста-изделия.

Температурные режимы выпечки выбирают в зависимости от вида изделия, его рецептурного состава, вида и структуры теста, массы и формы заготовки.

В процессе выпечки теплота передается тесту-изделию от теплообменных поверхностей излучением, от паровоздушной среды – конвекцией, а также при конденсации паров на поверхности тестовой заготовки.

Количество теплоты, необходимое для прогревания теста-заготовки до температуры готовности, на испарение влаги из тестовых заготовок, на перегрев пара в пекарной камере, составляет 300...550 кДж/кг. Скорость прогрева теста зависит от температуры и влажности паровоздушной среды пекарной камеры, температуры теплообменных поверхностей печи, массы и формы заготовок, их влажности.

Прогревание теста ускоряется за счет увеличения количества конденсирующихся паров на поверхности теста, уменьшения массы и толщины заготовок. Тестовые заготовки с большой влажностью и пористостью прогреваются более интенсивно. Плотность посадки заготовок в противнях в печи снижает коэффициент теплоотдачи конвекцией. Основное количество теплоты – около 80 % – передается к тестовым заготовкам излучением. При нагревании теста наружные слои прогреваются очень быстро, например, за 10 мин температура достигает 100 , и на поверхности теста образуется корочка. К концувыпечки температура достигает 170... 180 . Температура внутренних слоев повышается медленно, в среднем температура мякиша не превышает 98 .

При выпечке из теста удаляется связанная физико-химическая влага. Для разрыва этой связи необходимы затраты энергии. В начальный период прогревания возникает температурный градиент между наружными и внутренними слоями тестовой заготовки. Под действием температурного градиента влага диффундирует от наружных слоев к внутренним. В этот период прогревания температурный и массообменный градиенты совпадают по направлению. Во втором периоде выпечки, который характеризуется постоянной скоростью удаления влаги, температура внутренних слоев теста превышает 100 . При этой температуре влага вскипает и превращается в водяной пар, что приводит к возникновению избыточного давления внутри тестовой заготовки. Влага под действием избыточного давления начинает перемещаться за счет массопроводности к поверхности заготовки. В этот период температурный и массообменный градиенты направлены в противоположные стороны. Зона испарения жидкости непрерывно перемещается в глубь тестовой заготовки.

Тепломассообменные процессы, происходящие при выпечке в тестовых заготовках, иллюстрируют кривые кинетики и скорости удаления влаги из тестовых заготовок (Рис. 47). При постоянном режиме выпечки наблюдаются три периода удаления влаги из теста. Первый период характеризуется прогревом заготовки и переменной скоростью удаления влаги, второй – постоянной скоростью, а третий – падающей скоростью с переходом в постоянную скорость удаления влаги.

Рис. 47. Кривые кинетики удаления влаги (а) и скорости удаления влаги (б)

Представленная кривая кинетики удаления влаги объясняется интенсивным прогревом поверхностных слоев заготовки в начальный период. При этом возникает значительный температурный градиент, под влиянием которого часть свободной влаги стремится продиффундировать от поверхностных слоев заготовки внутрь. Это явление, связанное с массопроводностью влаги, снижает общую скорость удаления влаги из тестовой заготовки.

Во втором периоде выпечки температура в центре тестовой заготовки превышает 100 , влага превращается в пар. При этом внутри заготовки возникает избыточное давление, влага диффундирует к поверхности и удаляется с нее с постоянной скоростью. В этот период скорость массопроводности влаги внутри тестовой заготовки не лимитирует конвективный и лучистый массообмен с окружающей средой. Зона испарения влаги внутри заготовки постепенно углубляется, что приводит к резкому увеличению объема заготовки.

В третьем периоде выпечки зона испарения влаги достигает мякиша. В тесте остается только влага, связанная с белковым веществом и крахмалом.

Скорость удаления влаги в эти периоды внутри заготовок определяется коэффициентом массопроводности, а от поверхности заготовки в окружающую среду – коэффициентом массоотдачи.

Клейстеризация крахмала – это коллоидный процесс. Он начинается при температуре 40 и заканчивается при 60...90 . При дальнейшем повышении температуры происходит образование сахаров из крахмала и корочка тестовой заготовки приобретает блеск. Процесс спиртового брожения достигает максимума при температуре теста до 35 . При 50 брожение заканчивается и прекращается выделение газов. Газообразование увеличивает пористость теста. Увеличение пористости приводит к увеличению объема тестовых заготовок. Углекислота и аммиак также образуются при разложении карбоната аммония. Степень разрыхления теста зависит от его структурно-механических свойств и равномерности распределения в нем химических разрыхлителей.

Математически процесс выпечки можно описать следующими дифференциальными уравнениями:

• передача теплоты излучением, описывается уравнением Стефана – Больцмана:

;

• теплоотдача конвекцией – уравнением Ньютона:

;

• теплопроводность от нагретых теплопередающих поверхностей – уравнением Фурье:

;

где – площадь наружной поверхности заготовки; – температура поверхности тестовой заготовки.

Внутри тестовой заготовки от корочки до мякиша перенос теплоты описывается уравнением нестационарной теплопроводности:

,

где – коэффициент температуропроводности, .

Граничными условиями являются: в мякише , на поверхности заготовки.