Создание безупречного печенья: Подробное исследование технологии изготовления печенья
Это не обзор продукта. Вместо этого мы углубимся в базовые советы по выпечке и разберем, как на самом деле работает печь для печенья с технической точки зрения. Мы говорим о месте встречи машиностроения, пищевой науки и промышленной автоматизации.
В статье поэтапно описывается технология. Сначала мы рассмотрим основные законы механики и теплотехники, связанные с Производство печенья из теста.
Далее мы рассмотрим сложные системы управления и автоматизации, которые делают возможным современное высокоточное производство печенья.
Основные функциональные принципы
Каждая машина для приготовления печенья работает одинаково, будь то крошечная лабораторная модель или огромный промышленная производственная линия. Все они имеют одинаковые три системы: приготовление теста, формование и придание формы, а также термическая обработка.
Чтобы полностью понять работу машины, необходимо разбить ее на отдельные системы и разобраться в каждой из них. Каждый этап имеет свои инженерные препятствия. Кроме того, каждый из них играет непосредственную роль в качестве конечного печенья.
Замешивание и приготовление теста
Основная задача системы смешивания - создать однородную смесь с нужными текучими свойствами. Реология - термин, который используют ученые для этого, - это способность вещества течь. Именно с этого этапа начинается процесс.
Различные конструкции подходят для разных целей. Для серийного производства хорошо подходят планетарные смесители. Для непрерывные производственные линии, Горизонтальные миксеры лучше. Главная инженерная задача - управлять напряжением теста и регулировать температуру, которая повышается из-за трения.
Скорость и время перемешивания - важнейшие параметры. Если вы переборщите с замесом, в тесте на основе пшеницы образуется слишком много клейковины. Это сделает печенье жестким и жевательным, когда вы хотите, чтобы оно было нежным.
- Включение ингредиентов: Правильное распределение жиров, сахара, муки и других ингредиентов - этот шаг обеспечивает равномерное смешивание всех ингредиентов. Без этого этапа ваше печенье будет несовместимым.
- Аэрация: При замесе в тесто добавляется воздух. Именно оно контролирует плотность конечного теста, распространение печенья и его текстуру при выпечке.
- Регулировка температуры: Ряд промышленных миксеров оснащен чашами с рубашкой. Они отводят тепло от трения через циркулирующую охлаждающую жидкость (например, охлажденный гликоль), которая поддерживает нужную температуру теста.
Формование и придание формы
Эта система отвечает за формовку печенья. Она забирает объемное тесто из миксера и превращает его в отдельные кусочки, имеющие одинаковую форму и вес.
Основными технологиями являются осаждение, экструзия и ротационное формование. Каждый метод предназначен для конкретные виды теста и требования к готовой продукции.
Установки термической обработки
Именно здесь происходит волшебство. Сырое тесто превращается в готовое печенье благодаря точному воздействию тепла. Это гораздо сложнее, чем просто “нагрев”.”
Цель - добиться контролируемого подъема, формирования структуры печенья, развития цвета за счет химических реакций и снижения влажности, чтобы текстура и срок хранения печенья были желаемыми.
Наука о теплопередаче
Чтобы по-настоящему понять печь для печенья, необходимо проанализировать физику ее работы. От того, как энергия передается тесту, зависит конечная текстура, цвет и структура печенья. Существует три способа передачи тепла: конвекция, кондукция и излучение. Используются все три.
Различные типы печей используют один или несколько из этих принципов для достижения определенных результатов. Правильный выбор технологии нагрева является важнейшим инженерным решением для каждой пекарной системы.
Конвекционные печи
В конвекционных печах для выпечки используется принудительный горячий воздух. Вентилятор или турбина перемещают нагретый воздух по всей камере. Это позволяет создать равномерную температуру во всем помещении.
Этот метод отлично подходит для равномерного подрумянивания верхней поверхности печенья. Он обеспечивает равномерное пропекание от края до центра. Основное внимание при проектировании уделяется схемам воздушного потока, конструкции вентилятора и контролю влажности.
Обычная скорость воздуха в промышленных конвекционных печах составляет от 1 до 3 метров в секунду. Более высокая скорость увеличивает теплопередачу и влагоотдачу. Вы можете регулировать эту скорость, чтобы добиться желаемой хрустящей корочки готового печенья.
Кондукционные печи
Кондукция - это передача тепла при непосредственном контакте. При изготовлении печенья это происходит, когда тесто помещается на горячую поверхность пекарского оборудования. Обычно это либо стальная лента конвейера, либо сковорода.
При этом способе нижняя часть печенья получается хрустящей и подрумяненной. Однако термические свойства поверхности для выпечки становятся главной проблемой при проектировании.
- Углеродистая сталь Группы: Преимущество: Отличная теплопроводность для эффективного теплообмена и хорошего пропекания. Недостатки: Может ржаветь и требует тщательного ухода.
- Полосы из нержавеющей стали: Преимущество: Очень прочный, устойчивый к ржавчине и обеспечивающий безопасность пищевых продуктов. Недостатки: Не так хорошо проводит тепло, что может потребовать изменения настроек выпечки.
Инфракрасное и лучистое отопление
При лучистом нагреве энергия передается через электромагнитные волны, в основном в инфракрасном диапазоне. Эта энергия передается непосредственно от нагревательного элемента к поверхности теста без использования воздуха в качестве среды.
Этот метод очень эффективен и обеспечивает быстрый нагрев поверхности. Он особенно хорош для получения цвета и готовой корочки. Он ускоряет химические реакции, которые приводят к подрумяниванию и карамелизации.
Метод нагрева | Основной механизм | Влияние на печенье | Энергоэффективность |
Конвекция | Циркуляция горячего воздуха | Равномерное подрумянивание, однородная текстура | Умеренный |
Проведение | Прямой контакт с поверхностью | Хрустящая основа, нижняя часть подрумянивается | Высокий (в точке контакта) |
Инфракрасный | Электромагнитное излучение | Быстрое подрумянивание поверхности, контроль влажности | Высокий |
Динамика теста при формовании
Формование печенья - это область машиностроения, которая занимается применением материаловедения. Тесто для печенья - сложная неньютоновская жидкость. Это означает, что его толщина изменяется под действием напряжения.
Выбор способа формования зависит от текучести теста. Каждая технология применяется к определенному типу теста - от мягкого и липкого до твердого и рассыпчатого.
Проволочно-вырезные и вкладные
Эта технология используется для приготовления мягкого, густого теста с высоким содержанием жира. Например, для шоколадного или овсяного печенья.
Тесто помещается в бункер и под давлением подается через форсунки на конвейерную ленту. Проволока или лезвие качается вперед-назад и разрезает тесто, высвобождая осадок.
При проектировании депонирующего устройства основным препятствием является тот факт, что необходимо обеспечить одинаковый размер каждой порции. Это требует точного контроля давления насоса и формы сопла, чтобы справиться с колебаниями толщины теста и избежать “хвостов” - небольших отрезков теста, которые отрываются после нарезки.
Ротационные формовочные машины
Ротационные формочки предназначены для нежирного, тугого и рассыпчатого теста. С их помощью можно приготовить такие изделия, как короткие лепешки, песочное печенье или любое печенье с рельефным рисунком.
Система имеет бункер, который подает тесто к большому валу с гравировкой. Силовой ролик вдавливает тугое тесто в выгравированные углубления на валике.
- Тесто подается в бункер.
- Усилительный валик вдавливает тесто в выгравированный валик.
- Нож-скребок удаляет излишки теста с поверхности рулета.
- Вытяжное полотно - тканевая лента с точным натяжением - вытягивает сформированный кусок печенья из формы.
Ключом к успешному освобождению тестовой заготовки является ее чистое отделение. Это зависит как от рецептуры теста, так и от натяжения, а также от материала вытяжного полотна.
Экструдеры и соэкструдеры
Экструзия продавливает тесто через фильеру, придавая ему непрерывную форму. Затем оно разрезается по длине. Это подходит для таких изделий, как бискотти перед нарезкой.
Соэкструзия - более сложный случай. Два разных материала экструдируются одновременно. Частый пример - батончик с начинкой из инжира, где внешнее тесто выдавливается в виде трубки, а начинка подается через центр.
Инженерные задачи при соэкструзии очень сложны. Необходимо точно контролировать расход и давление двух разных материалов, чтобы получить нужные коэффициенты заполнения.
Мозг операции
Современная машина для приготовления печенья - это не просто механические компоненты. Это сложная электромеханическая система, управляемая передовой автоматикой.
Эти системы прошли путь от простых ручных циферблатов и таймеров до полностью интегрированных платформ, управляемых программным обеспечением. Они обеспечивают согласованность, безопасность и эффективность работы.
ПЛК и программируемые терминалы
В центре любого автоматизированного производителя печенья находится ПЛК (программируемый логический контроллер). Это промышленный компьютер, или “мозг”, который управляет запрограммированной логикой всего процесса.
Оператор взаимодействует с ПЛК через человеко-машинный интерфейс (HMI). Как правило, это прочный сенсорный дисплей. С помощью HMI оператор может выбирать рецепты, регулировать скорость вращения двигателя, устанавливать температуру в печи и просматривать диагностические сигналы.
Сенсоры: Чувства машины
ПЛК зависит от сети датчиков, которые отслеживают каждый аспект производственной линии в режиме реального времени. Эти датчики - глаза и уши машины.
- Датчики температуры (термопары/РТД): Они распределены по всем зонам печи и в миксере, что позволяет получать важные данные о температуре.
- Оптические датчики/системы видения: Печенье анализируется после выпечки с помощью высокоскоростных камер на предмет размера, цвета, высоты и дефектов поверхности. Несоответствующая продукция автоматически выбрасывается.
- Датчики приближения: Это критически важные устройства, которые распознают, когда защитная дверь открыта. Они немедленно останавливают машину, чтобы предотвратить травмы.
- Тензодатчики: Эти электронные весы устанавливаются под смесительными емкостями или бункерами и измеряют вес для достижения точного и воспроизводимого дозирования.
Петли обратной связи и управление
Истинная сила автоматизации проявляется в петлях обратной связи. Система использует данные датчиков для автоматической настройки.
Например, если система технического зрения заметит, что печенье становится слишком темным, она пошлет сигнал в ПЛК. ПЛК снизит температуру в последней зоне печи на несколько градусов или немного увеличит скорость конвейерной ленты.
Эти корректировки в режиме реального времени происходят в течение нескольких секунд. Они устраняют незначительные колебания температуры теста или влажности в помещении. Таким образом, система способна поддерживать стандарты качества продукции на уровне более 99,5%, чего невозможно достичь при ручном управлении.
Заключение: Наука и сталь
Мы прошли путь от основ смешивания и формования до передовой физики теплопередачи и современной автоматизации.
Высокопроизводительная машина для изготовления печенья - это демонстрация сложности и слаженной работы нескольких дисциплин. Машиностроение придает форму. Теплотехника управляет преобразованием. Системы управления обеспечивают точность.
В результате получилась высокоэффективная система с оптимизационной стратегией. Она создается благодаря невероятной креативности, чтобы все было именно так, как должно быть: идеальное печенье.
Справочные ссылки：
- https://www.sciencedirect.com/journal/journal-of-food-engineering
- https://www.foodengineeringmag.com/
- https://link.springer.com/
- https://ifst.onlinelibrary.wiley.com/journal/13652621
- https://www.sciencedirect.com/journal/innovative-food-science-and-emerging-technologies
- https://www.sciencedirect.com/journal/trends-in-food-science-and-technology
- https://www.degruyterbrill.com/journal/key/ijfe/html
- https://ift.onlinelibrary.wiley.com/
- https://advantechbake.com/
- https://www.bakersauthority.com/
