Теплофізичні процеси у тістовій заготовці під час випікання

Теплообмін у тістовій заготовці. В пекарній камері передача тепла тістовій заготовці відбувається шляхом випромінювання від нагрітих до 300-400 °С стінок і склепіння пекарної камери (80-85 %), решта — конвекцією від пароповітряно­го середовища пекарної камери, що прогріте до 220-280 °С, а також кондукцією (теплопровідністю) від поду печі, нагрітого до 180-200 °С.

У процесі теплообміну тістових заготовок з гріючими поверхнями печі та па­роповітряним середовищем пекарної камери тістова заготовка прогрівається не одночасно по всій масі, а поступово від поверхневого шару до центру. По мірі прогрівання безперервно змінюється температура різних шарів тіста, тому про­цеси, що обумовлюють перетворення тіста в хліб, відбуваються пошарово, — спочатку в зовнішніх, потім у внутрішніх шарах тістової заготовки.

У міру прогрівання кожного окремо взятого шару до певної температури у цьому шарі відбуваються ті процеси, для яких ця температура є оптимальною. Для прикладу, на рис. 8.2 представлені умовно виділені шари тістової заготовки і зміна температури в цих шарах при її прогріванні.

Тістова заготовка, по­саджена в нагріту пекарну камеру, починає швидко прогріватись. Оскільки її температура після оста­точного вистоювання близька до 35-37 °С, що набагато нижче за темпе­ратуру середовища пе­карної камери, на по­верхні заготовки почи­нається конденсація пари з оточуючого паро­повітряного середовища.

Під час конденсації пари виділяється прихо­вана теплота пароутво-

рення, яка прискорює прогрівання тістової заготовки. Температура її поверхні швидко досягає 100 °С і підвищується далі (крива 1), процес конденсації пари припиняється, починається випаровування вологи з її поверхні. Поверхневий шар унаслідок випаровування вологи зневоднюється і при температурі 105-115 °С на поверхні тістової заготовки утворюється тонкий шар скоринки. Цей процес відбувається протягом перших 3-5 хв. За цей час температура в центральних шарах тістової заготовки підвищується дуже незначно. Нижня поверхня тістової заготовки прогрівається шляхом контакту з гарячим подом печі.

Внаслідок різниці температур пекарної камери, поверхневих і внутрішніх шарів тістової заготовки утворюється температурний градієнт, який обумовлює виникнення теплового потоку, спрямованого від зовнішнього шару заготовки до центру. Під його дією поступово прогріваються шари тіста, що лежать безпо­середньо під поверхневим шаром, а від них тепло передається шарам, що ле­жать нижче. Температура поверхневих шарів послідовно шар за шаром досягає 100 °С, затримується на цій позначці, поки випаровується вода; зневоднюю­чись, вони послідовно перетворюються в скоринку, після чого температура ша­ру підвищується. Як приклад, зміна температури в такому шарі ілюструється кривою 2. Зневоднення цих шарів відбувається внаслідок низької волого-провідності тіста, оскільки вода в ньому міститься переважно у зв'язаному стані. Тому волога з внутрішніх шарів тістової заготовки до зони випаровування надхо­дить повільніше, ніж відбувається зневоднення в цій зоні, й зона випаровування поглиблюється. Товщина скоринки збільшується. При прогріванні шару тістової заготовки, що лежить нижче скоринки, до 60-70 °С у ньому відбувається коагу­ляція білків і клейстеризація крохмалю, починається формування м'якушки.

З часом під скоринкою утворюється шар, температура якого, досягнувши 100 °С, не змінюється до кінця процесу випікання. Він стає постійною зоною ви­паровування (крива 3) і є граничним між скоринкою і м'якушкою. Підвищення температури вище 100 °С в ньому не відбувається внаслідок того, що тепло цьо­го шару витрачається на випаровування вологи через скоринку у пекарну каме­ру і прогрівання шарів тіста, що лежать нижче і перетворюються у м'якушку.

Температура шарів м'якушки, близьких до центру, підвищується повільно (крива 4). Під кінець випікання вона ледве наближається до 100 °С. Чим далі шар віддалений від середини, тим швидше підвищується його температура. Темпе­ратура центру зростає з найбільшим запізненням і під кінець випікання досягає 96-98 °С (крива 5). При досягненні центром цієї температури тістова заготовка повністю перетворюється в готовий до вживання виріб.

Температура верхнього шару скоринки (шар 1 на рис. 8.2) в процесі випікання наближається до температури пекарної камери, але не досягає її внаслідок того, що частина тепла, яка сприймається скоринкою, витрачається на перегрівання парів води, що утворюються в зоні випаровування, і через шпа­ринки скоринки переходять у пекарну камеру, а частина у вигляді теплового по­току переходить до шарів середини тістової заготовки, прогріває їх, що обумов­лює поступове утворення м'якушки.

Швидкість прогрівання тістової заготовки залежить від температури пекар­ної камери, відносної вологості її пароповітряного середовища, маси тістових заготовок, їх вологості, форми, розпущеності. Заготовки, що мають більш плос­ку чи овальну форму, прогріваються швидше, ніж ті, у яких форма кругла, куляс­та. Тістова заготовка з вищою вологістю прогрівається швидше, ніж з низькою. Це пов'язано з тим, що при вищій вологості вища теплопровідність тіста.Добре розпушене тісто з рівномірною тонкостінною пористістю прогрівається швидше, ніж слабо розпушене внаслідок швидкого переміщення тепла до центру м'якушки.

Підвищення температури пекарної камери призводить до інтенсифікації прогрівання тістової заготовки, збільшення інтенсивності вологовіддачі та до значного скорочення терміну випікання. Але підвищення температури можливе лише до певної межі, інакше це може привести до погіршення якості виробів, зменшення об'єму, пористості, непропеченості м'якушки, засмаглої скоринки.

Вологообмін і зміна вологості тістової заготовки. Прогрівання тістової заготовки під час випікання супроводжується вологообміном між тістовою заго­товкою і пароповітряним середовищем пекарної камери (зовнішній волого-обмін), а також переміщенням вологи у середині самої заготовки.

Зовнішній вологообмін проявляється у зволоженні поверхні тістової заго­товки внаслідок конденсації на ній вологи з пароповітряного середовища пекар­ної камери і частковому поглинанні цієї вологи поверхневим шаром тіста. Інтен­сивність конденсації пари залежить прямо пропорційно від ступеню зволоження пекарної камери та температури у зоні зволоження. При достатньому зволо­женні, внаслідок цього процесу в перші 3-5 хв випічки спостерігається збільшення маси заготовки до 1,3 % від початкової, рис. 8.3, крива 1.

При подальшому прогріванні тістової за­готовки внаслідок випа­ровування сконденсова­ної вологи з поверхнево­го шару заготовки, а потім вологи з шарів, що лежать під ним, тобто із зони випаровування во­лога у вигляді пару через шпарини скоринки над­ходить у пекарну камеру. Маса тістової заготовки починає зменшуватись.

Але через щільність скоринки лише частина пари із зони випарову­вання через пори мігрує

в пекарну камеру, а решта по порах переміщається у внутрішні шари, що ма­ють температуру, нижчу за 100 °С, і там конденсується. Вологість цих шарів підвищується. Це запобігає перетворенню всієї тістової заготовки у висушену масу.

Внутрішній перенос вологи у тістовій заготовці відбувається під дією двох факторів:

— різниці температур у шарах тістової заготовки, тобто температурного градієнта, який викликає термодифузію вологи у вигляді рідини з шарів з більш високою температурою до шарів з нижчою температурою, тобто з верхніх шарів до центру (явище термовологопровідності);

— різниці в концентрації вологи в різних шарах заготовки, тобто градієнта вологості, що обумовлює концентраційне переміщення вологи з шарів з

більшою концентрацією до шарів з меншою концентрацією, тобто від шарів цен­тральної частини заготовки у бік зони випаровування.

Потік вологи від зовнішніх шарів до центральних, що викликається термоди-фузією, перевищує потік концентраційної дифузії вологи, тобто переміщення вологи від центру у бік зони випаровування, внаслідок цього вологість централь­них шарів м'якушки збільшується на 1,5-2,0 % порівняно з вологістю тіста. Во­логість скоринки в кінці випікання дорівнює рівноважній, а в шарах зони випаро­вування дещо нижча вологості тіста. Під кінець випікання загальна маса готово­го виробу зменшується порівняно з масою тістової заготовки в основному за ра­хунок втрат вологи в скоринці.

У процесі прогрівання тістової заготовки втрата нею вологи відбувається з різною швидкістю. У період інтенсивного прогрівання спостерігається змінна швидкість випаровування вологи. Після швидкого випаровування її з поверхні заготовки відбувається випаровування з макро- і мікрокапілярів, а також ад-сорбційно зв'язаної вологи поверхневих шарів тістової заготовки, що обумов­лює зниження швидкості випаровування.

Після утворення міцної скоринки, яка фіксує об'єм тістової заготовки, інтен­сивність випаровування води ще більше знижується, швидкість випаровування стає постійною. Джерелом вологи, що випаровується в цей період, є волога, яка надходить в зону випаровування внаслідок концентраційного переміщення з шарів центральної частини тістової заготовки.

Зважаючи на втрати тістовою заготовкою вологи під час випікання на утво­рення скоринки, для забезпечення вологості виробів, передбаченої норматив­ною документацією, вологість тіста, з якого виготовляється тістова заготовка, має перевищувати нормативну вологість хліба з пшеничного борошна на 0,5-0,7 %, а житнього — на 0,7-1,0 %.