tk₃ = -0,386 t ² + 5,854 t + 3.48; R² = 0,999; (21)

tk₄ = - 0,514 t ² + 6,686 t + 3,72; R² = 0,993; (22)

Выбранные аппроксимирующие функции: линейная - для заква- ски с субстратом мука пшеничная 1 сорта, квадратичные и экспонен- циальная - для трех других достаточно хорошо, с высокими коэффи- циентами детерминации R², близкими к единице, отражают характер изменения титруемой кислотности в течение 5-ти суток.

Титруемая кислотность закваски из ЦПРП проходом через сетку 1,5x1,5мм превышает кислотность закваски из муки первого сорта на 10 град, что свидетельствует об обедненности муки 1 сорта витамина- ми и микроэлементами.

Экспериментальные данные о влиянии дисперсности субстрата на основные показатели заквасок влажностью W = 75% при освеже- нии в течение 8 суток представлены в таблице 52. Закваски освежа- ли свежим питанием в соотношении 1:1с периодичностью 4-5 часов [269,270].

Сравнительный анализ основных показателей зерновых заква- сок в зависимости от дисперсности различных субстратов проводили с использованием программы SPSS 11.5 [147]. Особенности примене- ния методов сравнения состоят в том, чтобы по данным проведенных экспериментов сделать достоверные выводы относительно различий в средних значениях сравниваемых показателей зерновых заквасок. При этом предполагается, что лабораторные данные о заквасках однородны и подчиняются нормальному закону распределения.

Проверку нормальности эмпирических распределений для пока- зателей заквасок осуществляли статистическими критериями согласия.

Для сравниваемых наборов данных проверяли их однородность, или так называемый тест о равенстве (гомогенности) дисперсий (Test of Homogeneity of Variances) одним из статистических критериев. Обыч- но для этого применялся критерий Левене (Levene’s Test for Equality of Variances), так как он более устойчив к отклонениям от нормальности эмпирических распределений, чем известные критерии Кокрена, Барт- летта, Хартли, или простой ранговый критерий Закса, или быстрый критерий Лесли и Брауна [252]. В углубленном анализе эксперимен- тальных данных рассматривались тестовые ситуации, когда сравнива- лись средние значения:

1. двух независимых выборок (один показатель для двух сравниваемых заквасок);

2. нескольких независимых выборок (один показатель для всех сравниваемых заквасок) и

309

310

311

312

Как следует из таблицы 55, тест Дункана со стандартным значени- ем р = 0,05 выделяет три гомогенные подгруппы заквасок по титруемой кислотности и подъемной силе и две подгруппы по активности микро- организмов, количеству молочнокислых бактерий и числу дрожжевых клеток. Закваски из ЦПРП проходом через сито размером 2,0x2,0мм и из ЦПРП проходом через сито размером 1,5х1,5мм по всем индивидуально рассматриваемым показателям попадают в одну подгруппу, т.е. являют- ся схожими. Исключение составляет подъемная сила, когда тест Дункана относит эти закваски в разные подгруппы.

Полезная информация, заключенная в каждом отдельном пока- зателе зерновой закваски недостаточна для суждения. Выводы должны быть основаны на совокупности нескольких показателей. Из сопостав- ляемых показателей трудно указать на единственно ведущую перемен- ную. Задача выбора наиболее информативных признаков входит в круг проблем многомерного анализа как одна из важнейших.

Оценив методом наименьших квадратов коэффициенты уравне- ния (23), имеем следующую эмпирическую зависимость для титруемой кислотности

tk =f(W,t) = 8,46 + 0,1386 Wlnt (23)

Уравнение (23) справедливо для зерновых заквасок, полученных из ЦПРП и периода освежения в течение 5 суток. При этих условиях рас- считанное уравнение адекватно (при значимом критерии Фишера F = 93,138, р < 0,001) описывает динамику формирования титруемой кислот- ности в зависимости от влажности зерновых заквасок.

Параллельно изучали влияние на качество зерновых заквасок пре- паратов фирмы «Даниско» - панодана А2020 в дозе 0,6%, гриндамула S100 в дозе 0,11% и гриндамула А1000 в дозе 0,003% к массе муки в тесте. Установлено, что все используемые препараты стимулируют дрожжевую и молочнокислую микрофлору заквасок.

Результаты сравнительного анализа данных экспериментов, про- веденных для изучения степени влияния ферментных препаратов (пано- дан, гриндамул S100 и гриндамул А1000) на показатели зерновых заква- сок, представлены в таблице 56. Для сопоставления средних значений титруемой кислотности, подъемной силы и активности использовали t-критерий Стьюдента.

Рассмотренные ранее критерии сравнительной оценки зерновых заквасок не используют значительную часть информации, содержащу- юся в полученных экспериментальных данных. Результаты анализа по t-критерию Стьюдента не учитывают также существующих соотноше- ний между привлекаемыми показателями заквасок.

314

315

На протяжении всего эксперимента в заквасках из пшеничной муки первого сорта, а также в заквасках из цельного зерна пшеницы дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий мало, микроорганизмы не проявили активности и подъемной силы. Величина этих показате- лей равна нулю (таблица 55) и поэтому соответствующие им столбики на рисунке 10 отсутствуют. Эти выводы подтверждаются результатами t-тестов и значениями F-статистики для сравнения средних показателей зерновых заквасок на уровне значимости 0,05.

Рисунок 10

Диаграмма показателей зерновых заквасок в зависимости от дисперсности субстрата при освежении в течение 8 суток

Таким образом, в соответствии с проведенным многомерным срав- нительным анализом, наилучшие показатели имеют закваски, приготов- ленные из ЦПРП проходом через сито размером 2,0x2,0мм смолотой пшеницы, а также из ЦПРП проходом через сито размером 1,5x1,5мм. Поэтому для экономии энергоресурсов, трудозатрат и обеспечения ор- ганизма пищевыми волокнами, витаминами, макро- и микроэлемента- ми целесообразно остановиться на заквасках из ЦПРП проходом через сито размером 2,0x2,0мм.

Результаты проведенных экспериментов с заквасками, приготов- ленными из ЦПРП проходом через сито размером 2,0x2,0мм при раз- личной влажности, представлены в таблице 58.

317

Рисунок 11

Динамика титруемой кислотности в зависимости от влажности

зерновых заквасок

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Продолжительность t, сут

Логарифмические уравнения динамики титруемой кислотности для зерновых заквасок различной влажности, приведенные на рисунке 11, имеют близкие к единице коэффициенты детерминации R² (0,932; 0,943; 0,988). Это свидетельствует о высокой оценке качества получен- ных зависимостей и достоверности рассчитанных по эксперименталь- ным данным аппроксимирующих функций.

Для расчета и анализа зависимостей титруемой кислотности от

318

влажности зерновых заквасок из ЦПРП проходом через сито размером 2,0x2,0 мм использованы данные таблиц 52 и 53. График изменения ти- труемой кислотности в зависимости от влажности за пять суток наблю- дений, представлен на рисунке 12.

Рисунок 12

Характер изменения титруемой кислотности зерновых заквасок в зависимости от влажности

Как следует из рисунка 12, увеличение влажности от 30 до 60% вле- чет за собой пропорциональный рост титруемой кислотности в течение всех пяти суток наблюдений, и незначительное снижение кислотности при влажности W = 75%, что объясняется более бедной средой. В пер- вые сутки титруемая кислотность при любой влажности не превыша- ет 10град по Нейману (°Н). На вторые сутки ее рост составляет от 4 до 9град при влажности W = 58% и W = 30% соответственно, и на четвер- тые-пятые сутки величина тируемой кислотности стабилизируется, пре- вышая уровень в 20град.

Рассматривая всю совокупность лабораторных данных, относи- тельно влияния в динамике влажности зерновых заквасок на титруемую кислотность и учитывая логарифмический характер ее изменения во времени (рисунок 11), требовалось подобрать простую по виду функ- цию двух переменных W и t, наилучшим образом описывающую этот показатель. В результате анализа точечных диаграмм рассеяния, постро- енных для переменных tk, W и t, а также их преобразованных величин,

319

лучшей оказалась связь переменных tk и W ln t (рисунок 13), в связи с чем, был выбран следующий вид аппроксимирующей Функции:

tk=f(W,t) = β₀ + β₁W ln t (24)

где tk - титруемая кислотность, град Неймана;

W - влажность зерновой закваски,%;

t - период освежения, сут;

β₀ и β₁ - параметры, подлежащие оценке методом наименьших квадратов.

Координаты точек преобразованных переменных ( у = t, х = W ln t) тесно связаны линейной зависимостью, о чем свидетельствует высокий коэффициент парной корреляции r = 0,915 с уровнем статистической значимости 0,001 и незначительный разброс экспериментальных дан- ных около прямой, рисунок 13.

Рисунок 13

Взаимосвязь титруемой кислотности tk, влажности W и периода t освежения зерновых заквасок

Преобразованная переменная х= Wln(t)

Исследовали влияние ферментных препаратов фирмы «Даниско» на качество заквасок и хлеба.

В соответствии с проведенным анализом данных, более высокая титруемая кислотность (свыше 11град) чаще встречается у заквасок с ферментными препаратами. Основной диапазон значений титруемой кислотности заквасок с ферментными препаратами лежит в пределах от 10,5 до 12,5град, в котором находится около 90% всех наблюдений, оставшиеся - от 8,5 до 9,5град. Ярко выраженное смещение вправо име-

320

ет подъемная сила контрольной (без добавок) закваски, тогда как этот показатель для заквасок с ферментными препаратами не превышает 23 мин.

Активность микроорганизмов контрольной (без добавок) заква- ски во всех случаях превышает 45мин, и только у закваски с фермент- ным препаратом панодан в дозе 0,6% к массе муки всего 8% образцов превышают этот порог.

Чтобы оценить закономерность изменения титруемой кислотно- сти зерновых заквасок под действием ферментных препаратов, построе- ны эмпирические зависимости и проведена их аппроксимация (рисунок 14).

Рисунок 14

Закономерности изменения титруемой кислотности зерновых заквасок под действием ферментных препаратов

Продолжительность освежения ctrl- контроль, без добавок; pan - панодан-0,6%;

gr s - гриндамул S100- 0,11 %; gr а - гриндамул А1000-0,003 %

Для большей наглядности маркеры, которыми обычно на графиках изображают экспериментальные точки (а их в этих опытах 75), удалены (сделаны невидимыми). Указанные коэффициенты парной корреляции г значимы на уровне р < 0,05, что может гарантировать хорошую линей- ную связь между титруемой кислотностью tk и периодом освежения t. Однако, несмотря на это, более подходящей для аппроксимации экспе- риментальных данных в данном случае является квадратичная функция у = b₀ + b₁x + b₂x², y = tk, x= 1(таблица 59).

Сравнительная оценка показателей качества хлеба из ЦПРП и зер- новых заквасок с ферментными препаратами представлена в таблице 60.

321

2. Исследование и разработка режимов ферментации цпрп и цельных зерен

Традиционно, для приготовления белого хлеба из муки тонкого по- мола применяют в качестве биологического разрыхлителя хлебопекар- ные дрожжи. Если тесто готовят безопарным способом, то количество дрожжей увеличивают в 1,5-2 раза. Общепринято, что без использова- ния дрожжей качество хлеба получается хуже, т.е. он не обладает такой привлекательностью, как пышность, объем. Однако, к критериям оценки качества хлеба нового поколения, по-нашему мнению, должны постепен- но относить в первую очередь биологическую ценность, т.е. обогащение хлеба пищевыми волокнами, витаминами, макро- и микроэлементами, особенно железом, кальцием, магнием, цинком, селеном, йодом и други- ми биологически активными веществами. Мукомолы должны заботиться о сохранении всех анатомических частей зерна, специалисты хлебопекар- ной промышленности должны разрабатывать такие технологии, которые бы сохранили максимум витаминов. При высоких температурах выпечки, по данным ученых, витамин С разрушается полностью, витамины группы В - наполовину, фолиевая кислота и ферменты инактивируются.

Сейчас в Казахстане проводится кампания по фортификации муки макро- и микроэлементами, витаминами и фолиевой кислотой, но, учитывая, что фолиевая кислота при выпечке разрушается, вряд ли эти мероприятия имеют шанс на оздоровление населения, особенно для тех, кто страдает анемией.

Нами предпринята попытка радикального изменения подхода к подготовке, переработке зерна и обработки продукта размола в особых условиях. Суть технологии: зерно пшеницы тщательно очищают от сор- ной и зерновой примеси, моют под холодной водопроводной проточной водой, высушивают до влажности не более 15% и разрушают на центро- бежном измельчителе «Вихрь» проходом через сито 2,0 х 2,0мм с полу- чением цельносмолотого продукта разового помола (ЦПРП).

Для приготовления теста ЦПРП предварительно ферментируют при влажности 32-34% в течение 15-18 часов, температуре 18-25°С. За этот период крупные частицы продукта набухают, уплотняются, масса становится эластичной, пластичной, на вкус сладковатой.

Экспериментально нами установлено, что биохимические процес- сы в этой массе проходят довольно активно: количество аминного азота и сахара увеличивается на 50% от первоначального содержания (таблица 62). Микробиологические процессы в среде с низкой влажностью затор- можены, т.к. такая влажность для молочнокислых бактерий и дрожжей является критической. Так, титруемая кислотность за этот период соста- вила 2,2град, признаки спиртового брожения отсутствуют [271,274].

324

325

невозможно получить вообще. Одновременное действие всех лопастей по всей площади массы с одинаковой угловой скоростью не позволяет получить мелких однородных частиц насыщенных воздухом.

Нами предлагается новая конструкция аппарата (рисунок 15), по- зволяющая не только смешивать различные компоненты, но и получать полностью разрыхленное тесто с мелкими частицами, насыщенными воздухом.

Для этого в аппарате перемешивания компонентов теста, содер- жащем рабочий орган в виде вала с лопастями, привод вала и емкость, вместо плоских лопастей к валу прикреплены штыри, и торцевая часть вала снабжена скребком сферической формы, соответствующей фор- ме днища емкости, и вал совершает угловое перемешивание. При этом скребок вала скользит вдоль днища емкости, а емкость в свою очередь вращается вокруг своей центральной вертикальной оси. Штыри вокруг вала расположены по винтовой линии и имеют клинообразную форму. Кромки торцевого скребка вала выполнены в виде зубьев.

Аппарат поясняется чертежом, где на рисунке 15 представлена схема аппарата для перемешивания пластичных масс. Предлагаемый ап- парат имеет раму 1 и емкость 2, внутри которой расположен вал 3 с тор- цевым скребком 4 и штырями 5 клинообразной формы. Верхний конец 3 выполнен в виде трубы и насажен на выходной конец вала привода 6 (мотор-редуктор). Корпус привода 6 крепится к стреле 7, которая име- ет возможность совершать угловое перемещение с помощью самостоя- тельного привода. Нижняя часть емкости крепится к корпусу шарнирно на подшипниковых опорах и имеет механическую передачу 8 (зубчатую или другую).

На валу 3 штыри расположены по винтовой линии. Сама емкость имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении за счет шлицевого соединения с ведомым валом механической передачи 8 при- вода. Для подъема и транспортировки емкости предусмотрены ушки 9 на шарнирах для подвешивания емкости к крюку грузоподъемной ма- шины. Кромки торцевого скребка вала выполнены в виде зубьев.

Аппарат для перемешивания компонентов ферментированного теста работает следующим образом. После заполнения компонентами емкость 2 приводится в движение посредством вращающего вала 3 с помощью привода 6. Торцевой скребок и клинообразные штыри вала 3 начинают интенсивно перемешивать пластичную массу, разрушая ее структуру до мелких частиц. Угловое перемещение вала 3 и вращение емкости 2 обеспечивает разрыхление и перемешивание компонентов те- ста по всей площади.

Высокая интенсивность перемешивания также обеспечивается благодаря клинообразной форме штырей, расположенных по винтовой

326

линии, и зубьев, кромки торцевого скребка вала 3. После завершения перемешивания компонентов теста рабочий орган - вал со штырями и торцевым скребком поднимается вверх с помощью стрелы, имеющей свой привод. Крюк грузоподъемной машины цепляется на ушки 9, и ем- кость поднимается и перемещается по месту назначения.

Таким образом, установление на валу штырей вместо лопастей и торцевого скребка с зубьями на его кромках, а также возможность со- вершать угловое перемещение рабочего органа - вала внутри емкости, и вращение емкости в горизонтальной плоскости, позволяет интенсивно перемешивать и разрыхлять компоненты теста до приобретения опреде- ленных его свойств.

Использование аппарата приводит к снижению энергозатрат и по- вышению производительности процесса за счет уменьшения времени перемешивания массы.

Рисунок 15

Аппарат для перемешивания компонентов ферментированного теста

1 - рама; 2- емкость; 3 - вал; 4 - торцевой скребок; 5- штыри;

6. привод вала; 7 - стрела; 8- привод для вращения емкости (дежи); 9- ушки на шарнирах

327

Рисунок 16

Расчетная схема аппарата с наклонными штырями

Рассмотрим процесс перемешивания компонентов теста с целью определения потребной мощности аппарата для получения ферменти- рованного теста.

При вращении лопасть аппарата приводит в движение некото- рый объем частиц пластичного материала. В связи с тем, что различные участки штырей, находящиеся на разном удалении от вала, имеют раз- личные окружные скорости, а следовательно, затрачивают различное количество энергии на приведение в движение вязких частиц, рассмо- трим воздействие на частицы элементарной площадки штыря, в преде- лах которой окружную скорость можно считать постоянной.

Выделим на штыре (лопасти), рисунок 16, бесконечно малую эле- ментарную площадку dF на расстоянии х от оси вращения. Величина этой площадки

dF = hdx, (25)

где h - высота лопасти, м.

При вращении лопасти элементарная площадка dF приводит в движение в 1 с элементарным объемом частиц материала:

dV= VφdF, (26)

где V - окружная скорость элементарной площадки, м/с;

φ - коэффициент, учитывающий увеличение площади сечения ча- стиц материала (компонентов теста) по отношению к величине элемен-

328

тарной площади штыря (лопасти), зависящий от значения r/h (r - сред- ний радиус вращения) и вязкости материала

Элементарная работа в секунду, затрачиваемая на приведение эле- ментарного объема частиц материала dV в движение, может быть под- считана как кинетическая энергия:

dN = dm V ²/2, где dm = dVp; (27)

тогда

dN = dVpV ² / 2 = j dFr V ³/ 2 = φ hdxpV ³ / 2. (28)

Окружная скорость элементарной площади:

V = 2π пх (29)

Подставляя это значение, имеем:

dN = 4φ h d хр (π п)³ х³ (30)

Так как х изменяется от 0 до r, то, интегрируя это уравнение в пре- делах от х = 0 до х = r, получим потребную мощность (Вт), в пусковой период для Z количества штырей вала:

N = 4 hp (π п)³ r⁴ Z (31)

Из этой формулы видно, что потребляемая мощность прямо про- порциональна коэффициенту φ, который учитывает размеры штыря (лопасти) и вязкость компонентов теста. Чем меньше размеры попереч- ного сечения штыря (лопасти), тем меньше затрат электроэнергии.

В связи с этим можно утверждать, что выбранная нами конструк- ция рабочего органа в виде штырей и возможность совершать движения в двух плоскостях позволяют повысить эффективность перемешивания компонентов ферментированного теста и снизить энергозатраты техно- логического процесса.

2. Реологические свойства теста

В соответствии с современными представлениями тестообразные массы представляют собой структурированные дисперсные системы, обладающие сложным комплексом вязко-упруго-пластических свойств, проявляемых в том или ином сочетании, в зависимости от условий, в которых находится исследуемый материал.

В первую очередь свойства изделий определяются видом вязко- упруго-пластического полуфабриката и соответствующим подбором

329

указанного рецептурного состава. Знание реологических констант те- стообразных масс позволяет направленно вести технологические про- цессы и обеспечить получение готовой продукции с заранее заданными свойствами. Эти вопросы можно решить при наличии данных, отража- ющих поведение массы под нагрузкой.

В процессе деформации изменяются внешние характеристики твердого тела: объем и его форма. Изучение внешних характеристик в большинстве случаев оказывается достаточным для того, чтобы верно представить общую схему поведения деформируемого тела под нагруз- кой. Основой для анализа поведения реальных тел под нагрузкой служат поведения «идеальных» тел, которые обладают простейшими формами реакции на приложение напряжения. К этим свойствам относятся: упру- гость, вязкость, пластичность.

Реологические свойства полуфабрикатов теста и изделий зависят от многих факторов: способа приготовления (температуры, влажности, рецептуры и т.д.), продолжительности воздействия и других причин. Способ приготовления сопровождается сложными физико-химически- ми, биологическими и механическими процессами.

В данной работе для определения реологических свойств ис- пользовалось одноосное сжатие, которое проводилось на специальном устройстве «Структурометре».

Прибор предназначен для определения прочностных и реологиче- ских характеристик хлебобулочных изделий и сырья. Принцип работы устройства основан на измерении воздействия неподвижного инстру- мента на образец, перемещаемый столиком по заданному закону.

На данном устройстве были выполнены следующие режимы:

Режим 1 - определение упругих и пластических деформаций;

Режим 7 - определение времени релаксации при заданном усилии;

Режим 8 - определение времени релаксации при заданном пере- мещении столика.

На «Структурометре» исследовали контрольный вариант и опыт- ные образцы зернового теста массой 10г.

1. Определение упругих и пластических деформаций.

При определении упругих и пластических деформаций на индикатор выводится значение начального усилия, с которого начинается отсчет перемещения столика: P_Q = 0,5Н. Затем на индикаторе отображается значение скорости перемещения столика v = 100 мм/минут. После это- го на индикаторе отображается значение усилия, до которого будет на- гружаться образец в ходе эксперимента: Р = 100Н. При достижении за- данного значения усилия нагружения образца столик останавливается. Дается короткий звуковой сигнал. Значение перемещения (Н1) запоми-

330

нается. Столик движется вниз с заданной скоростью. При достижении значения P_Q раздается короткий звуковой сигнал. Фиксируется значение перемещения (Н2). Столик движется с максимальной скоростью вниз, в исходное положение. На индикатор выводятся значения Н1 и номер.

Обработка результатов.

Относительная пластичность

(32)

Относительная упругость

(33)

∆Н_упр = ∆Н_общ — ∆Н_пл% (34)

2. Определение времени релаксации при заданном уси- лии.