Nowoczesne technologie zamrażania pieczywa i wyrobów

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE
ZAMRAZANIA PIECZYWA I WYROBOW
CUKIERNICZYCH
Przygotowała
Anna Kanka
Sem . IX
SmiUChiK
Wprowadzenie
Jednym z mniej znanych zastosowań technologii chłodniczej w przetwórstwie spoŜywczym
jest wykorzystanie niskich temperatur do utrwalania pieczywa i wyrobów cukierniczych.
Przez pieczywo rozumie się szeroki asortyment podstawowych produktów Ŝywnościowych,
stanowiących wypieki ciasta sporządzonego z mąki, wody, soli i ewentualnie innych
dodatków, spulchnianego przy uŜyciu droŜdŜy, zakwasu lub środków chemicznych.
Podstawowa róŜnica pomiędzy pieczywem i wyrobami cukierniczymi polega na zasadniczo
innym sumarycznym udziale surowców dodatkowych w stosunku do masy mąki. W składzie
recepturowym pieczywa zawartość tych surowców (głównie tłuszczu i cukru) kształtuje się na
poziomie do ok. 11%, w wyrobach cukierniczych sięga często powyŜej 40%, co oczywiście w
sposób istotny wpływa na walory uŜytkowe i sensoryczne obu rodzajów produktów.
Z towaroznawczego punku widzenia wyroby cukiernicze dzielą się na:
- trwałe (herbatniki, pierniki, wafle, suchary)
- nietrwałe (torty, ciastka, pączki)
WyróŜnia się teŜ grupę luksusowych wyrobów półcukierniczych (chałwy, rogale, bułki
maślane) z dodatkiem tłuszczu i cukru > 15%.
Przedmiotem zainteresowania technologii chłodniczej są: pieczywo oraz nietrwałe wyroby
cukiernicze i półcukiernicze.
Tradycyjny schemat produkcji pieczywa obejmuje następujące zasadnicze operacje
technologiczne:
- przygotowanie i tzw. Prowadzenie ciasta (wymieszanie mąki z odpowiednią ilością
wody celem spęcznienia glutenu tworzącego szkielet ciasta, a następnie kształtowanie
jego parametrów, zwłaszcza konsystencji, z dostosowaniem do warunków namnaŜania
droŜdŜy)
- rozrost tj. fermentację ciasta lub uformowanych z niego wyrobów (wydzielające się w
tym procesie pęcherzyki CO2 ulegają zatrzymaniu w cieście i powodują jego
rośnięcie)
- wypiek w piecach piekarskich w temperaturze 200-300 ºC (małe sztuki), lub 230-250
ºC (większe bochenki).
Jednym z podstawowych problemów technologicznych w produkcji pieczywa są zmiany
chemiczne i fizyczne, zachodzące w produktach po wypieku, określone jako czerstwienie.
Objawami czerstwienia jest spadek wilgotności i elastyczności miąŜszu, jego twardnienie i
podatność na kruszenie, zanik chrupkości skórki i innych cech sensorycznych, typowych dla
produktu świeŜego.
Główną przyczyną tych zjawisk są zmiany w rozmieszczeniu wody pomiędzy
węglowodowymi i białkowymi składnikami pieczywa oraz zmiany we współdziałaniu i w
wewnętrznych strukturach tych składników, a w tym zwłaszcza tzw rertogradacji skrobi tj to
jest jej przekształcenie z formy bezpostaciowej w krystaliczną, z jednoczesnym wydzieleniem
wody. Szybkość czerstwienia pieczywa zaleŜy od wielu czynników:
- rodzaju produktu
- jakości uŜytej mąki
- dodatków do ciasta
- przebiegu procesów produkcji
- rodzaju opakowania
- warunków zamraŜania
- warunków przechowywania
Czerstwienie jest głównym czynnikiem powodującym szybkie starzenie się pieczywa oraz
stratę jego naturalnych jego walorów uŜytkowych i przydatności konsumpcyjnej.
Liczne dotychczas próby ograniczenia intensywności czerstwienia i poprawy jakości i
trwałości pieczywa przy zastosowaniu tradycyjnych dla piekarstwa zabiegów, ukierunkowane
były na zwiększenie ilości dostępnej wody, wzrost lepkości i hydrofilności miękiszu a przede
wszystkim na ograniczenie retrogradacji skrobi. Stosowane w tym celu dodatki określonych
substancji oraz tzw polepszacze nie rozwiązały w pełni problemu, co skłoniło branŜę
piekarską do zainteresowania się moŜliwościami, jakie w tym zakresie stwarzało
wykorzystanie niskich temperatur.
Technologia zamraŜania i przechowywania pieczywa
Punktem wyjścia do opracowania technologii zamraŜania pieczywa było stwierdzenie, Ŝe
szybkość procesów czerstwienia jest silnie zaleŜne od temperatury. Doświadczalnie ustalony
wpływ temperatury wypieczonego pieczywa przedstawiono w ujęciu jakościowym na
rysunku poniŜej:
wpływ temperatury na szybkość czerstwienia pieczywa w ujęciu jakościowym
Jak wynika z wykresu, proces ten rozpoczyna się krótko po wyjęciu z pieca i wystudzeniu do
ok. 60 ºC i trwa z nasilającą się w miarę jego schładzania dynamiką w całym zakresie
temperatur plusowych. Przy temperaturze wewnętrznej od –2 do –3 ºC szybkość czerstwienia
pieczywa osiąga maksimum i z dalszym spadkiem temperatury silnie maleje, ulegając
efektywnemu zahamowaniu poniŜej –7 ºC, głównie w wyniku przerwania retrigradacji skrobi.
W temperaturze –7 ºC rozpoczyna się równieŜ wymarzanie zawartej w pieczywie wody i
ograniczenie całokształtu wszystkich innych przemian. W praktyce technologicznej cały
wierzchołek wykresu od ok. 10 do –7 ºC, w którego obszarze mają miejsce najbardziej
intensywne procesy starzenia produktów piekarskich uznany został za krytyczny, z
zaleceniem aby zarówno w cyklach zamraŜania, jak i rozmraŜania pieczywa dąŜyc do jego
przechodzenia tak szybko, jak to jest moŜliwe.
Sposoby zamraŜania produktów:
a) zamraŜanie owiewowe – zamraŜanie wypieczonych wyrobów piekarskich odbywa się
zwykle w tunelach owiewowych i powinno być prowadzone do temperatury
wewnętrznej
–18 ºC. Proces zamraŜania pieczywa jest dość powolny, wskutek
porowatości produktu i ich małego współczynnika przewodzenia ciepła.
Ogólnie przyjętą zasadą jest przemysłowe zamraŜanie pieczywa w opakowaniach,
niezaleŜnie od zakładanego czasu ich przechowywania. Opakowania ściśle
przylegające do powierzchni produktu praktycznie nie wpływają na szybkość
zamraŜania. Najlepsze są opakowania próŜniowe, całkowicie eliminujące izolującą
warstewkę powietrza wewnątrz opakowania.
Czas zamraŜania zaleŜy głównie od temperatury powietrza , przy niewielkim wpływie
nawet intensywnej wentylacji w aparatach owiewowych i wynosi ok. 1-1,5 h dla bułek
i ok. .3-4 h dla chleba. Zalecana jest temperatura prowadzenia procesu od -30 do
–35 ºC przy umiarkowanej prędkości strumienia powietrza 2-3 m/s, pozwalająca w
miarę szybko przekraczać krytyczny zakres temperatury maksymalnego czerstwienia.
Krótszy proces nie wpływa na dalszą poprawę jakości, dłuŜsze zamraŜanie i
nadmierne obniŜenie końcowej temperatury wewnętrznej produktów działa
niekorzystnie.
Schemat przykładowego tunelu spiralno-tacowego da zamraŜania owiewowego
1234-
osie mechanizmów spirali
tace z produktem
wentylator
parownik
b) zamraŜanie kriogeniczne – znacznie bardziej efektywne jest praktykowane od ponad
30 lat zamraŜanie kriogenizne pieczywa, osiągane przy stosunkowo małym zuŜyciu
czynnika ( z uwagi na małe ciepło zamraŜania). Dodatkowe zalety tej metody, to
znacznie mniejsze koszty inwestycyjne i zapotrzebowanie powierzchni produkcyjnej
niŜ przy tradycyjnym zamraŜaniu owiewowym. Przechowywanie zamroŜonego
pieczywa nie wymaga zbyt niskiej temperatury. Za optymalne traktowane są
temperatury od –18 do –20 ºC. NiŜsze temperatury nie są wskazane ze względu na
moŜliwość wymroŜenia wody z układu koloidalnego skrobia-woda i krystalizacji
skleikowanej skrobi. Przy stosunkowo krótkich 6-8 tygodniowych okresach
przechowywania.
Schemat urządzenia stosowanego do zamraŜania kriogenicznego
12345-
zbiornik ciekłego czynnika
wprowadzenie świeŜego produktu
natrysk ciekłego czynnika
wyciąg gazu
wylot zamroŜonego produktu
Technologia odroczonego wypieku pieczywa
O ile zamraŜanie gotowych wypieków znane jest od dawna, dopiero ostatnio rozwijana jest
technologia zamraŜania półproduktów w postaci kęsów ciasta spulchnianego droŜdŜami. Idea
wykorzystania obniŜonej temperatury do kształtowania aktywności droŜdŜy i szybkości
powodowanych przez nie procesów fermentacji ciasta nie jest nowa. Współczesna
technologia tzn odroczonego wypieku pieczywa jest rozwinięciem pochodzącej z lat 50.
metody chłodniczego fermentacji przed wypiekiem i polega na czasowym całkowitym
przerwaniu tych procesów przez zamroŜenie ciasta do temperatury wewnętrznej < -10 ºC , z
pominięciem rozrostu lub w odpowiedniej pod względem technologicznym jego wstępnej
fazie.
Technologia ta umoŜliwia nieosiągalne innymi metodami, odwracalne przerwanie procesu
produkcji pieczywa droŜdŜowego i przygotowanie w czasie dogodnym dl piekarni zapasu
ciasta z przeznaczeniem do późniejszego wypieku. Jednocześnie pozwala ona ograniczyć
wszystkie zachodzące w cieście, zakłócające procesy enzymatyczne, mikrobiologiczne i
oksydacyjne.
Cykl technologiczny odroczonego wypieku przebiega w dwóch etapach. W pierwszym z nich
przygotowane tradycyjnie ciasto podlega intensywnemu mieszaniu w temperaturze ok. 25 ºC,
a następnie jest dzielone na kęsy, które po uformowaniu i zapakowaniu są zamraŜane i
przechowywane w stanie zamroŜonym. Szybkość zamraŜania kęsów wpływa na strukturę
komórkową ciasta i na liczbę zachowanych w nim komórek droŜdŜowych. Badania
Neyreneufa i Nitschego wykazały, Ŝe plastry surowego ciasta grubości 20 mm zamroŜone
powoli (90 min) do –20 ºC, podczas rozmraŜania wywoływały szybszą i bardziej intensywną
produkcję dwutlenku węgla niŜ analogiczne próbki zamroŜone szybko w ciągu 20min. W
cieście zamroŜonym zachowane były lepiej równieŜ Ŝywe komórki droŜdŜy, zarówno
bezpośrednio po rozmnoŜeniu jak i po 7 dniach przechowywania. Drugi etap obejmuje
kontrolowane rozmraŜanie i wstępne ogrzewanie kęsów w pomieszczeniu o temperaturze
pokojowej, często połączone z ich ewentualnym nawilŜaniem, po czym następuje faza
pełnego rozrostu w podwyŜszonej temperaturze, zwykle w specjalnych komorach
fermentacyjnych z wymuszoną konwekcją i na końcu wypiek w piecach piekarskich o
temperaturze ok. 220 ºC.
Warunkiem uzyskania właściwych efektów wypieku rozmroŜonego surowego ciasta jest
zapewnienie w ciągu 2 h jego równomiernego ogrzania do temperatury ok. 25 ºC w całej
masie wprowadzonych do pieca kęsów. Częstym błędem jest rozpoczynanie odpiekania
kęsów przy zbyt niskiej temperaturze. Zbyt szybkie ogrzewanie jest takŜe niekorzystne,
powoduje bowiem utrzymywanie się nadmiernych róŜnic temperatury w obrębie kęsów.
Schemat temperaturowego przebiegu odroczonego wypieku
W przypadku wstępnego podpiekania kęsów ciasta przed ich zamroŜeniem, istnieją przesłanki
do stosowania czasu wstępnego rozrostu do 25% lub powyŜej 75% nominalnego czasu
tradycyjnej fermentacji, który dla drobnego pieczywa pszennego wynosi 40min. Przerwanie
wstępnego podpiekania tuŜ przed początkiem karmelizacji skrobi powoduje przesunięcie
procesu rumienienia powierzchni oraz tworzenia smaku i zapachu na okres po rozmroŜeniu
podczas końcowego rozrostu ciasta i wypieku produktu.
Krytyczną właściwością zamroŜonego półproduktu jest mała stabilnoś w niej komórek
droŜdŜy, znacznie bardziej podatnych na uszkodzenia, w wyniku osłabionej odporności na
niskie temperatury we wczesnych stadiach pączkowania. Stąd podstawowym problemem przy
stosowaniu tej technologii jest utrzymanie aktywności komórek droŜdŜy, wystarczającej do
właściwego rozrostu zamroŜonego ciasta przed wypiekiem.
W droŜdŜach występuje disacharyd treholoza, która dzięki swojej strukturze i właściwościom
krioprotekcyjnym chroni integralność funkcjonalną błon komórkowych, obniŜa aktywnośc
wody oraz ogranicza jej krystalizacje w błonach i ich otoczeniu. Po rozpoczęciu fermentacji
przed zamroŜeniem następuje gwałtowny rozkład trehalozy i rośnie podatność droŜdŜy na
niekorzystne oddziaływanie niskich temperatur. WydłuŜone zachowanie właściwych
zdolności wypiekowych zamroŜonego ciasta moŜliwe jest przez stworzenie warunków
minimalizujących zarówno dzielenie się komórek droŜdŜy, jak i proces rozkładu trehalozy w
istniejących komórkach.
Zalec się ochronę aktywności droŜdŜy przez stosowaniem tzw polepszaczy (np. lecytyna,
kwas askrobiowy, bromianu potasu). Ostatnio do polepszaczy tych dodaje się takŜe
amyloglukozydazę – enzymu uwalniający cząstki glukozy i uruchamiający fermentację ciasta
bezpośrednio po rozmnoŜeniu.
PrzeŜywalność komórek droŜdŜy w cieście zaleŜy równieŜ od formy krystalizacji lodu,
typowej dla róŜnych prędkości zamraŜania. Szybkość zamraŜania owiewowego ciasta
chlebowego w małych kęsach wynosi ok. 0,5 K/min, natomiast w warunkach zamraŜania
kriogenicznego jest wielokrotnie wyŜsza i osiąga poziom sprzyjający powstawania kryształów
lodu wewnątrz Ŝywych komórek droŜdŜy, powodując zwykle śmierć znacznie większej liczby
tych komórek.
W przetwórstwie spoŜywczym, w tym równieŜ w technologii mroŜonej Ŝywności coraz
powszechniej stosowana jest technika mikrokapsułowa, umoŜliwiająca m.in. zwiększenie
trwałości stosowanych substancji dodatkowych i ich ochronę przed niekorzystnymi
oddziaływaniami środowiska oraz kontrolowanie uwalnianie się na zewnątrz substancji
czynnej, zamykanej w matrycy wewnątrz kapsułki nośnika. Niedawno technikę tę wdroŜono
do ochrony aktywności droŜdŜy oraz zahamowania przedwczesnej reakcji wielu waŜnych dla
jakości i trwałości pieczywa dodatków.
Przez odpowiedni dobór materiału nośnika i technologii moŜna uzyska róŜną szybkość lub
technologicznie optymalny moment uwalniania substancji z kapsułek. Uwalnianie składników
moŜe zachodzić wyniku dyfuzji przez materiał nosnika, jego degradacji lub pęcznienia albo
na skutek róŜnicy ciśnień osmotycznych kapsułce i na zewnątrz, pod wpływem obróbki
cieplnej lub mechanicznej ciasta, albo wreście w obecności innych składników Ŝywności.
Szybkość uwalniania składników zaleŜy nie tylko od rodzaju nośnika i budowy kapsułki ale
równieŜ od warunków środowiska (pH, temperatury, stęŜenia róŜnych substancji, aktywności
wody, ciśnienia).
Technologia zamraŜania wyrobów cukierniczych
ZamraŜanie jest stosowane z powodzeniem równieŜ do ciast i wyrobów cukierniczych.
Wyroby cukiernicze z uwagi na większą zawartość tłuszczów i mniejszą zawartość wody,
silniej związanej strukturze koloidalnej, wykazują w niskich temperaturach mniejsze zmiany
niŜ pieczywo o duŜej zawartości wody.
ZamraŜanie ciast i wyrobów cukierniczych stanowi najlepszą moŜliwość utrwalania ich
jakości sensorycznej. Wiele rodzajów tych wyrobów moŜna zamraŜać bez Ŝadnych
problemów. Dotyczy to m. In ciast kruchych (bez droŜdŜy) i ciast francuskich.
Ciasta bardziej wraŜliwe na działanie obniŜonych temperatur wymagają pewnych zmian
recepturowych lub technologicznych, wynikających z ich składu i specyficznych właściwości
uŜytych surowców.
Torty poddawane zarówno zamraŜaniu tradycyjnemu jak i kriogenicznemu, zwykle techniką
LIC (przy zastosowaniu dwutlenku węgla), przy czym stosowanie powłoki i glazury są pod
względem składu receptorowego i technologii przygotowania przystosowane do wymagań tej
metody utrwalania.
Przy stosowaniu surowych ciast cukierniczych z powodzeniem moŜna teŜ wykorzysta
technologię mikrokapsułkoania substancji smakowych i lotnych substancji aromatycznych,
które w normalnym procesie pieczenia częściowo giną.
Stosowany równieŜ bywa odroczony wypiek droŜdŜowych ciast cukierniczych zamraŜanych
w stanie surowym, ostatnio takŜe po wstępnym rozroście, jednak ich opiekanie nie jest
jeszcze w pełni zadowalające. Nie udało się równieŜ uniknąć strat objętości takich wypieków,
narastających w ciągu pierwszych czterech tygodni przechowywania zamroŜonych
półproduktów. Pewne ograniczenie tych strat moŜna uzyskać przez dodatki laktozy i proszku
mlecznego.
Zalecenia w zakresie parametrów zamraŜania i przechowywania zamroŜonych ciast i
wyrobów cukierniczych w zasadzie nie odbiegają od określonych wcześniej wymagań dla
pieczywa i wyrobów piekarskich, tj zamraŜania do temperatury wewnętrznej -18ºC i
przechowywania równieŜ w warunkach zbliŜonych do tej temperatury, z pewną dopuszczalną
tolerancją do granicznej wartości -10ºC przy krótszym składowaniu.
Wnioski
ZamraŜanie stanowi sprawdzoną metodę skutecznego przedłuŜania cech świeŜości oraz
naturalnych walorów sensorycznych i Ŝywieniowych większości rodzajów nietrwałych ze
swej natury produktów Ŝywnościowych, co zasadniczo rozszerza moŜliwości dysponowania
nimi w czasie i przestrzeni. Podobnie dzieje się w branŜy piekarskiej, w której coraz bardziej
powszechne i wszechstronne wdraŜenie procesów chłodniczych przynosi rosnące efekty w
postaci poprawy wskaźników technologicznych i ogólnej racjonalizacji wytwarzania w sferze
produkcji, powodującej wzrost dynamiki sprzedaŜy, stabilizację zaopatrzenia rynku i
rozszerzenia oferty handlowej w dziedzinie obrotu towarowego.
Utrwalaniem zamraŜalniczym odjęte są obecnie nie tylko gotowe wypieki pieczywa i
wyrobów piekarskich oraz ciast i wyrobów cukierniczych, ale w coraz szerszym zakresie
równieŜ półprodukty piekarskie, w postaci przeznaczonych na odroczony wypiek kęsów
surowego lub poddanego wstępnemu rozrostowi ciasta chlebowego.
Stałe doskonalenie metod technologicznych oraz poprawa efektywności ekonomicznej
przemysłowego wytwarzania mroŜonych wyrobów piekarskich i cukierniczych wpływa na
systematyczny wzrost udziału tej grupy wyrobów zarówno w produkcji branŜowej jak i na
ogólnym rynku zamroŜonych produktów Ŝywnościowych. Szczególnie dynamiczny wzrost
charakteryzuje przygotowane na bazie pieczywa zamroŜone przekąski o ogromnym
bogactwie kształtów, barw, a zwłaszcza wypełnienia.
Największą popularność mroŜone pieczywo zyskało w USA, w Europie. W Polsce
zamraŜanie pieczywa i ciast cukierniczych znajduje się dopiero w początkowej fazie
wdraŜania do praktyki przemysłowej i sieci handlowej.