Остывание и усыхание хлеба и влияние на эти процессы различных факторов

13.09.2015

Температура корки хлеба вынутого из печи достигает на поверхности 130—180° и на границе с мякишем 100°. Таким образом, средняя температура всей корки обычно колеблется в пределах 110—114°. Влажность корки в этот момент практически равна нулю (незначительным количеством проходящего через корку пара можно пренебречь). Температура мякиша близка к 100°, а влажность его превышает на 1—2% исходную влажность теста.
Попадая в хлебохранилище, температура в котором обычно равна 18—25°, хлеб быстро начинает остывать, теряя в весе за счет усыхания.
Совершенно естественно, что остывание начинается с поверхностных слоев хлеба, постепенно распространяясь к центру мякиша хлеба.
В табл. 75 и на рис. 108 показано послойное изменение температуры в вынутом из печи пшеничном батоне из муки первого сорта, хранившемся отдельно от других батонов на столе в помещении с температурой воздуха 24—26°.

Температура мякиша остывшего хлеба измерялась в трех точках: в точке № 1 — непосредственно под коркой хлеба, в точке № 2 — на расстоянии 3,5 см от поверхности хлеба и в точке № 3 — в центре мякиша.
Разность температуры в поверхностных и центральных слоях мякиша достигает (см. рис. 108) в первый период остывания хлеба 13°, постепенно снижаясь по мере дальнейшего остывания хлеба. В результате создается известный градиент температуры, вызывающий перемещение влаги по направлению от центра мякиша к корке хлеба.
Отметим еще тот факт, что температура мякиша остывающего хлеба по истечении определенного времени хранения падает несколько ниже температуры окружающего пространства. Причина этого, на первый взгляд парадоксального, явления переохлаждения хлеба против температуры помещения, в котором он остывает, установлена нами еще в 1929 г. Она заключается в том, что процесс испарения из хлеба влаги продолжается, хотя замедленно, и после охлаждения хлеба до температуры помещения. Тепло, расходуемое на процесс испарения, очевидно, берется из части мякиша, прилегающей к корке, а не из воздуха, отделенного от мякиша коркой, имеющей значительно меньшую теплопроводность, чем мякиш.
График, приведенный на рис. 108, и цифры табл. 75 хорошо характеризуют изменение температуры различных слоев отдельно хранившегося батона.
При хранении хлеба в производственных условиях в хлебохранилище, хлебозаводов или пекарни, в лотках на полках вагонеток или просто на полках стеллажей хлеб, естественно, остывает медленнее.
Ниже в табл. 76 мы приводим данные, характеризующие изменение температуры в центре мякиша и усушку формового ржаного хлеба из обойной муки развесом 1,53—1,89 кг при хранении его в производственных условиях. Данные эти являются средними для 120 наблюдений, проведенных в апреле — мае 1945 г. в Москве, Ленинграде, Свердловске, Киеве и Нижнем Тагиле. Температура в хлебохранилищах колебалась в пределах 19—27°.
Сводка этих материалов сделана Научно-исследовательскими институтами хлебопекарной промышленности и торговли и общественного питания.
Данные, приведенные в табл. 76, иллюстрируются графиком (рис. 109).

Сразу же после выхода хлеба из печи начинается снижение влажности всего хлеба — его усыхание, или усушка, за счет потери части влаги испарением. Наряду с этим происходит и перераспределение влаги в хлебе. Корка в момент выхода хлеба из печи практически безводна; она быстро остывает, и влага из мякиша в результате разности ее концентрации и температуры во внутренних и внешних слоях хлеба, устремляется в корку,, резко повышая ее влажность.
За изменением температуры и влажности корки после выхода хлеба из печи можно проследить по табл. 77 и рис. 110.
Остывание корки и увлажнение ее до 12% идут очень быстро, и на этом уровне (примерно соответствующем равновесной влажности корки) влажность
корки остается довольно устойчивой и при дальнейшем остывании хлеба.
На рис. 111 приведены кривые, характеризующие изменение влажности центральной части мякина и слоя мякиша, прилегающего к корке (табл. 78).

Как видно из данных таблицы, через 5 мин. после выпечки хлеба влажность слоя мякиша, прилегающего к корке, на 1,6% превышает влажность центральной его части. Это следует, очевидно, объяснить термовлагопроводностью в процессе выпечки из зоны, пограничной с коркой, в слои мякиша, прилегающие к корке. При дальнейшем остывании и хранении хлеба слой мякиша, смежный с коркой, теряет влагу значительно скорее, чем центральная его часть.
Таким образом, в процессе остывания хлеба между коркой и мякишем хлеба имеется температурный градиент, устанавливающийся вскоре после выхода хлеба из печи и достигающий заметной величины, но постепенно падающий до нуля по мере остывания хлеба; градиент влажности, резко падающий в первые несколько минут после выхода хлеба из печи вследствие увеличения за это время влажности корки, очень незначительно и очень медленно меняется во время дальнейшего остывания и хранения хлеба.
Одним из основных факторов, обусловливающих интенсивное усыхание хлеба в первый период его хранения и остывания до температуры хлебохранилища, является повышенная температура мякиша, создающая градиент температуры между коркой и мякишем. Этот градиент температуры вызывает перемещение влаги в корке. Когда хлеб остывает до температуры помещения, температурный градиент равен нулю, термовлагопроводность прекращается, так же как и интенсивное усыхание хлеба, несмотря на остающийся значительный градиент влажности между его мякишем и коркой.
Из этого, однако, нельзя делать вывода, что одна только термовлагопроводность обусловливает форсированное усыхание хлеба в период его остывания. Это неверно уже потому, что и скорость концентрационного перемещения влаги, вызываемого градиентом влажности, также зависит от температуры продукта. Чем выше температура продукта, тем скорее идет концентрационная диффузия влаги. Это особенно важно для продуктов, оказывающих большое сопротивление диффузии влаги; к ним относится и хлеб.
Наряду с термовлагопроводностью и концентрационным перемещением влаги в хлебе решающим фактором, определяющим скорость усыхания хлеба в зависимости от его температуры, является скорость так называемой внешней диффузии паров влаги через пленку неподвижного воздуха, окружающую поверхность сохнущего продукта.

В сушильной технике общепринято использование гипотезы, предполагающей, что вокруг сушимого (или в нашем примере естественно сохнущего) продукта имеется тонкая пленка практически неподвижного воздуха. Считают, что толщина этой подвижной пленки уменьшается при увеличении скорости воздуха, омывающего продукт.
Через эту неподвижную пленку (слой Пекле) пары влаги, отдаваемой продуктом, диффундируют в воздух, циркулирующий вокруг. Диффузия паров влага через пленку неподвижного воздуха носит название внешней диффузии влаги.
Хорошо изучена внешняя диффузия влаги со свободной поверхности воды через прилегающую к ней неподвижную пленку воздуха. При постоянной скорости воздуха над водой скорость испарения воды (dW/dт) может быть выражена следующим уравнением:

где: К — коэффициент диффузии через пленку,
F — площадь испарения и пленки,
Pн — парциальное давление пара, насыщающего воздух при температуре воды,
Pв — парциальное давление пара в воздухе.
Из этой формулы можно заключить, что внешняя диффузия через неподвижную пленку воздуха при одинаковой поверхности испарения и скорости воздуха, омывающего сохнущий продукт, зависит от разности парциальных давлений пара, насыщающего воздух при температуре продукта, находящегося по одну сторону пленки, и пара, содержащегося в омывающем продукт воздухе, по другую сторону пленки.
Парциальное же давление водяного пара резко возрастает по мере повышения температуры продукта. Достаточно указать, что парциальное давление пара при 20° равно 17,5 мм рт. ст., а при 70° равно уже 233,7 мм рт. ст. (при 300° и при нормальном барометрическом давлении упругость пара равна 760 мм рт. ст.).
Следует заметить, что скорость испарения влаги с поверхности хлеба можно было бы точно выразить формулой, приведенной выше для испарения со свободной поверхности воды только в том случае, если бы поверхностные слои хлеба, отдающие влагу окружающему воздуху, не обладали способностью коллоидно связывать воду и достаточно быстро повышали свое влагосодержание за счет перемещений влаги из прилегающих к ним слоев мякиша хлеба (т. е. за счет термовлагопроводности и концентрационного перемещения влаги).
Таким образом, температура остывающего после выхода из печи хлеба является фактором, обусловливающим испарение воды с поверхности хлеба (внешнюю диффузию) и перемещение влаги внутри хлеба (тепловое и концентрационное) и, следовательно, в основном определяющим скорость усыхания хлеба. После того как хлеб остынет до температуры хлебохранилища, температура хлеба перестает действовать ускоряюще на процесс его усыхания, и последний протекает значительно медленнее.
При исследовании процесса усыхания хлеба для его характеристики можно использовать кривую усушки и по аналогии с терминологией сушильной техники кривые сушки и скорости сушки.
Кривая усушки — является графическим выражением зависимости

где: Δg — изменение веса хлеба в % к его весу в момент выхода из печи, или % усушки, т — время хранения хлеба с момента его выхода из печи — выраженное обычно в часах.
Такого рода кривая усушки приведена, например, на рис. 109.
Кривая сушки для характеристики процесса естественного усыхания хлеба имеет то же значение, что и в сушильном деле. Кривая сушки является графическим отображением зависимости

где: Wa — влажность хлеба, называемая в сушильном деле абсолютной влажностью, выражающая влажность материала в процентах к весу абсолютно сухого вещества материала.
Кривая скорости сушки графически характеризует зависимость dW/dт = f(Wa), или dW/dт = f(т),
где dW/dт — скорость сушки в кг испарившемся влаги на 1 м2 поверхности изделия в час.
Кривая скорости сушки может выражать скорость сушки либо как функцию абсолютной влажности материала (Wа), либо как функцию времени сушки (т).
При исследовании процесса усыхания хлеба, проводившемся во ВНИИХП в 1944 г., в течение 5 суток велись наблюдения за изменением веса 467 штук смешанного ржано-пшеничного хлеба из обойной муки (70% ржаной и 30% пшеничной), хранившегося на одной вагонетке в обычных условиях хлебохранилища хлебозавода. Температура воздуха в хлебохранилище колебалась первые сутки в пределах 21—23°, в последующие дни постепенно снизилась до 12°.
Суммарная поверхность всех 467 штук хлеба была равна 46,15 м2. Исходная абсолютная влажность хлеба была равна 94,7%.
Основные результаты этого опыта сведены в табл. 79.

На основании данных табл. 79 были построены кривая усушки Δg = f(т), кривая сушки Wа = f(т) (рис. 112) и кривая скорости
сушки dW/dт = f(Wа) (рис. 113).
В процессе естественного усыхания хлеба есть момент тк, начиная с которого скорость усыхания, быстро падающая по мере остывания хлеба, делается практически постоянной.
Особенно четко этот момент тк, отвечающий Wкa = 85%. виден на кривой скорости сушки, приведенной на рис. 113.
Сопоставляя эти данные (тк и Wкa) с температурой воздуха в хлебохранилище и температурой центра хлеба, легко заметить, что тк примерно совпадает с моментом, когда температура хлеба делается равной температуре окружающего хлеб пространства.
Таким образом все время усыхания хлеба может быть подразделено на два периода: 1-й период — переменной скорости усыхания (от т0 до тк) и 2-й период — период постоянной скорости усыхания хлеба.
В первом периоде скорость усыхания падает в результате падения температуры хлеба и температурного градиента в нем. Во втором периоде температура хлеба примерно равна температуре окружающего хлеб воздуха и практически постоянна, вследствие чего усыхание идет с постоянной скоростью, обусловленной гидрофильными свойствами хлеба, его размерами, формой и параметрами окружающей среды (температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха).

Как видно из графиков, приведенных на рис. 112 и 113, скорость усыхания наибольшая в первом периоде усыхания и намного ниже во втором периоде; поэтому основным путем снижения потерь на усыхании хлеба является сокращение длительности первого периода.
Наиболее эффективным способом сокращения длительности первого периода является ускорение охлаждения хлеба после его выхода из печи до температуры воздуха в хлебохранилище.
Ниже мы кратко рассмотрим влияние на усыхание хлеба температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в хлебохранилище, выпечки хлеба в формах или на поду, увлажнения поверхности хлеба в конце выпечки, или сразу после выхода из печи, и свойств хлеба.