Кинетика процесса выпечки

На основании характера кривой кинетики выпечки весь процесс выпечки можно разделить на два периода: период переменной скорости и период посто­янной скорости (см. рис. 87).
Количество влаги (в %),удаляемой  в единицу времени, называем скоростью удаления влаги. Очевидно, скорость удаления влаги есть первая производная влажность материала по
времени и численно равна тангенсу угла наклона касательной к кривой кинетики выпечки. Мы здесь различаем понятия скорости испарения и скорости удаления влаги, так как часть влаги, испарившейся из поверхностных слоев, перемещается внутрь выпекаемого теста-хлеба благодаря термовлагопроводности.
Второй период — период постоянной скорости удаления влаги при выпечке — не разнозначен периоду постоянной скорости процесса сушки, так как механизм перемещения влаги здесь различный.

рис87.png

Обозначим через i скорость удаления влаги в кг/м2час. Тогда

тогда.png

Если кривую кинетики выпечки графически нродиференцировать и по­строить график «скорость удаления влаги — влажность материала», то полу­чим кривую скорости удаления влаги при выпечке (рис. 88). Из графика, при­веденного на рис. 88, видно, что при выпечке без увлажнения скорость уда­ления влаги в первом периоде непрерывно увеличивается, а потом, с некото­рой влажности, называемой критической влажностью (Wk), соответствующей течке перехода кривых кинетики выпечки в прямую, скорость удаления влаги становится постоянной.

При выпечке в увлажненной пекарной камере скорость удаления влаги вначале отрицательна (т. е. при этом происходит не удаление, а поглощение влаги), быстро уменьшается и при некоторой влажности образца (Wo +ΔW) становится равной нулю. Затем начинается удаление влаги, идущее вначале со все возрастающей скоростью, а затем, начиная с критической влажнести образца, с постоянной скоростью.

рис88.png

Деление процесса выпечки на два периода — переменной и постоянной скорости удаления — тем более существенно, что оно примерно совпадает с двумя периодами в изменении объема хлеба при выпечке [Vхл = f (т)]. В на­чале процесса выпечки объем образца увеличивается, а затем, с некото­рого времени тk, становится постоянным (см. рис. 85). В процессе выпечки влажность центральных слоев образца повышается за счет тепло-влагопро­водности на 1,5—2,5% против начальной влажности теста.

Так как в начале процесса температурный градиент в образце максима­лен, то увеличение его влажности, в результате термо-влагопроводности про­исходит за счет влаги поверхностных слоев в основном в первом периоде про­цесса выпечки и особенно интенсивно в начале этого периода. В конце пер­вого периода происходит наряду с перемещением влаги внутрь образца и удаление влаги из образца в окружающую его среду пекарной камеры.

Во втором периоде влага из поверхностных слоев в основном удаляется в окружающую среду — за счет испарения влаги по схеме углубления зоны испарения. Перемещение же влаги из периферических слоев образца, из ко­торых постепенно образуется корка, в центральные слои происходит в незна­чительной мере, и им в анализе процесса выпечки можно пренебречь. Это не исключает дальнейшего выравнивания волны перемещения влаги внутри мякиша, от более периферических его слоев к более центральным. Перемеще­ние это также происходит вследствие термо-влагопроводности, но не за счет существенного дополнительного перемещения влаги в мякиш из зоны испа­рения.

Такое представление подтверждают и кривые кинетики выпечки, вначале суммарная влажность образца почти не изменяется, хотя толщина корочки непрерывно увеличивается. Следовательно, влага перемещается в это время по схеме термовлагопроводности. Зависимость между толщиной корочки и временем выпечки графически изображена на рис. 89. Из графика, приведен­ного на рис. 89, видно что, вначале толщина, корочки увеличивается по закону параболы, а затем по закону прямой. Точка перехода параболы в прямую примерно соответствует критической точке тк. Следовательно, в первом периоде процесса выпечки толщина корочки изменяется по закону:

релгп.png

Так как во втором периоде процесса выпечки корочка утолщается по закону прямой, то можно считать, что вся испаряемая влага уходит через корочку в окружающую среду, и перемещения влаги из зоны испарения в мякиш не происходит.

рис89.png

Если бы вся испаряемая в зоне испарения влага удалялась в окружаю­щую среду как во втором, так и в первом периоде выпечки, то прямая про­ходила бы через начало координат. Так как прямая не проходит через начало координат, а отсекает на оси некоторый отрезок £твп (см. рис. 89), то, оче­видно, что часть корочки, отвечающая этому отрезку £твп, образовалась за счет перемещения влаги внутрь образца. Следовательно, £твп часть корочки, образованная за. счет термовлагопроводности.

За весь первый период выпечки толщина корки достигает величины. Если из этой величины вычесть £твп, то £т-£твп ) будет частью корки, об­разовавшейся в первом периоде выпечки за счет удаления влаги из хлеба в окружающую среду.

Таким образом в начале первого периода выпечки от то до ттвп корочка образуется только за счет термовлагопроводности, затем в периоде от ттвп до тк и за счет термовлагопроводности и за счет удаления части влаги в окружающую среду, начиная с тк и до тгат, можно считать, что корка обра­зуется только за счет удаления влаги в окружающее пространство.

Коэфициент b2, характеризующий скорость обезвоживания корочки во втором периоде процесса выпечки, а следовательно и скорость углубления зоны испарения, можно определить из кривой кинетики выпечки.

Если обозначить начальную влажность теста Wо, а прирост влажности мякиша через ΔW, то можно написать

прроропп.png

При этом выводе мы предполагаем, что влажность мякиша вблизи зоны испарения во втором периоде постоянна и равна (Wо+ΔW). Таким образом, поле влажности внутри теста-хлеба можно представить в виде кривых, при­веденных на рис. 90. Кривая 1 со­ответствует распределению влаж­ности в начале первого периода выпечки, а кривые 2 и 2' соответ­ствуют второму периоду выпечки.

рис90.png