Procese i utilaje pentru panificaie 97

10. COACEREA PINII 10.1. Mecanismul procesului de coacere Coacerea pinii este un proces fizic, biochimic i microbiologic cauzat de

nclzirea aluatului considerat un corp coloidal capilaro-poros i constituie faza de transformare a bucii de aluat ntr-un produs finit cu miez elastic acoperit de o coaj rumen.

Mecanismul procesului este condiionat de modul de ptrundere a cldurii n bucata de aluat prin conductibilitate, termodifuzie i difuzia umiditii, sub form lichid i sub form de vapori care modific succesiv starea energetic a diferitelor straturi. La rndul ei, aceast stare energetic duce la transformri microbiologice, biochimice si coloidale care determin modificri de volum i modificri ale modului de legare a apei, fenomene care se influeneaz reciproc i sunt specifice numai procesului de coacere a pinii.

Astfel, imediat dup introducerea bucii de aluat n cuptor, aceasta ncepe s-i mreasc volumul, care la un moment dat stagneaz, produsul pstrndu-i volumul i forma pn la sfritul procesului de coacere. Creterea volumului se datoreaz bioxidului de carbon rezultat prin fermentare sub aciunea cldurii care se dilat i tinde s ocupe un volum mai mare afnnd aluatul.

n acelai timp suprafaa bucii de aluat se acoper cu o pojghi uscat, subire ce se transform treptat ntr-o coaj care se ngroa din ce n ce mai mult.

Totodat, sub influena cldurii, bucata de aluat pierde ap prin vaporizare, mai nti din straturile de la suprafa (care devin rigide pstrndu-i ns maleabilitatea i elasticitatea) i mai apoi i din straturile interioare ale bucii. Vaporii de ap din straturile interioare ale bucii de aluat, ajuni sub coaj, nu pot iei lesne prin porii mici ai cojii (mult mai mici n comparaie cu cei din miez), astfel c apa se adun n zona de sub coaj, se nclzete i se condenseaz pe straturile mai reci din interiorul bucii de aluat, cednd cldura latent de vaporizare. Aceste straturi se vor nclzi, iar apa va veni din nou spre coaj i din nou se va ntoarce si se va condensa pe un strat de aluat rece, care se va afla ns mai spre centrul bucii. Aceasta arat c n bucata de aluat temperatura crete de la coaj spre centru, zona de condensare avanseaz la fel, iar umiditatea scade tot de la coaj spre miez. Fenomenul poart numele de difuzia termic a umiditii.

Din fig.10.1, se observ c cei trei parametri w, h i (umiditatea i nlimea bucii de aluat, respectiv grosimea cojii) trec aproximativ n acelai moment de la o variaie exponenial la o variaie liniar. Aceasta duce la mprirea procesului de coacere n dou perioade, care caracterizeaz procesul n cuptoare obinuite (cu camer obscur).

n timpul procesului de coacere au loc transferuri de mas i energie care se condiioneaz reciproc, prin aceea c schimbarea strii energetice a materialelor umede, duce nu numai la diferene de temperatur, dar i la modificarea energiei

Coacerea pinii 98 cinetice a moleculelor de ap. n funcie de modul de fixare a moleculelor de ap de substana uscat a aluatului (considerat fix), de energia legturilor, ele se vor deplasa sub form lichid (mai nti apa liber) sau sub form de vapori, n funcie de energia lor.

Deplasarea umiditii se va

face sub forma unui flux de umiditate, iar energia transportat de el este n funcie de diferena de entalpie. Att fluxul de umiditate sub form lichid, ct i fluxul de umiditate sub form de vapori, vor transporta energie, la fel cum se transport energia ntr-o instalaie de nclzire central cu ap cald sau cu aburi, cu deosebirea c, aici, apa rcit sau condensul nu se mai

Fig.10.1.Variaia umiditii, nlimii pinii ntorc, umiditatea din prile cen- i grosimii cojii n procesul de coacere trale ale pinii crescnd cu 22,5%. cc=250o =100o =80o =150o =50o =5o =5o =70o coaj zon de zon de evaporare condensare

Fig.10.2. Evoluia zonelor de evaporarecondensare i variaia masei la coacere

La nceputul procesului de coacere diferena de temperatur ntre cuptor i suprafaa aluatului este de i = 250-30C, iar n parte final f = 250-180C.

Pe durata coacerii, prin schimbarea strii energetice a straturilor din interior, stratul de condensare se transform n strat de evaporare, care se extinde pe msur ce ntregul miez al pinii tinde ctre 95-98C.

Temperatura cojii ar crete foarte mult (i s-ar carboniza) dac, dup uscarea ei, nu ar fi rcit prin supranclzirea vaporilor de ap care se degaj din miez n camera de coacere.

La nceputul coacerii, umiditatea din straturile superficiale trece n bucata de aluat, dar pe msur ce coaja se usuc, iar straturile interioare se nclzesc, o parte din vaporii de ap trec prin coaj n mediul camerei de coacere i masa bucii de aluat se reduce (fig.10.2).

Din analiza masei pierdute la coacere rezult c numai 9496% este umiditate, restul fiind CO2, alcool, acizi volatili, aldehide i cetone.

Procese i utilaje pentru panificaie 99

Se consider c din totalul masei deplasate numai 15-20% rmne n prile centrale, restul de 50-55% pierzndu-se n mediu.

Practica a artat c temperaturile caracteristice procesului de coacere sunt: 35C - reprezint grania dintre fermentarea lent i fermentarea rapid; 45C - pragul peste care activitatea fermentativ a drojdiilor nceteaz; 50-55C - reprezint starea termic pentru care se constat cea mai mic

consisten a aluatului, din cauza modificrii substanelor proteice de legare a apei; apare n aluat apa liber eliberat de gluten;

60C - reprezint nceputul gelificrii granulelor de amidon; 70-75C - nceputul inactivitii - amilazei (sfritul activitii bacteriilor); 95C - sfritul gelificrii amidonului i transformrii aluatului n miez; 95-97C - sfritul coacerii.

Dup introducerea n cuptor, din cauza nclzirii succesive a straturilor, fermentarea lent continu un timp ndelungat n aproape toat masa aluatului. ncepnd de la interior ctre exterior, n straturi concentrice, cantitile de CO2 formate succesiv, mpreun cu dilatarea gazelor deja existente n aluat, duc la creterea volumului iniial al aluatului (fig.10.3)

Fig.10.3.Variaia volumului pinii

Prile exterioare sunt solicitate la ntindere i dac acestea sunt capabile s se deformeze fr s se rup, se obine o pine cu o suprafa continu.

n prima faz a coacerii, pentru a favoriza deformarea cojii fr s se rup se iau msuri speciale pentru a mpiedica uscarea i rigidizarea straturilor exterioare (se umezete suprafaa bucii de aluat prin stropire cu vapori de ap sau prin spoire, se efectueaz numai nclzirea vetrei nu i a bolii camerei de coacere, etc.).

n ce privete procesele microbiologice, din punct de vedere practic, activitatea fermentativ se ntrerupe la aproximativ 45C pentru drojdii i la 70-75C pentru cea mai mare parte din bacterii.

Prin coacere, structura poroas a aluatului se rigidizeaz i se obine miezul pinii, care aparent este o mas uscat, elastic, nelipicioas i cu proprieti hidrofile profund modificate, capabile s lege o mare cantitate de ap. Dei zona central a miezului are o umiditate cu 2-2,5% mai mare dect umiditatea iniial a aluatului, prin modificarea hidrofilei pe cale termic, el pare uscat.

Trebuie reinut faptul c cea mai mare parte a apei introdus la frmntarea aluatului este preluat iniial de gluten care are o capacitatea de reinere maxim la

Coacerea pinii 100 circa 30oC. n timpul procesului de coacere, prin ridicarea temperaturii miezului ctre 50-55oC o mare cantitate de ap este eliberat de gluten aprnd n aluat apa liber care modific proprietile aluatului. La 60oC ncepe ns gelificarea amidonului, proces care necesit ap. O gelificare complet se realizeaz la un raport ap/amidon de 2,5 : 1, dar n aluat acest raport ajunge numai pn la 0,6 : 1 chiar atunci cnd glutenul a eliberat toat cantitatea de ap posibil.

Fig.10.4.Variaia consistenei aluatului (miezului) n funcie de temperatur

(oC) Procesul de gelificare a granulelor de amidon ncepe de la 60C i se

menine pn la 93-95C, cnd aceasta se consider c s-a terminat. Excluznd arderea, culoarea cojii la pine este condiionat de formarea

melaninelor - produse ce iau natere prin interaciunea dintre zaharurile reductoare i produsele rezultate din hidroliza substanelor proteice. Astfel, la temperatura camerei de coacere amidonul se transform n dextrin, substan de culoare galbendeschis, care trece apoi treptat n brunrocat. Sub aciunea vaporilor de ap dextrinele se dizolv i se ntind pe toat suprafaa cojii, dndu-i o culoare i un luciu plcute. n acelai timp cu formarea dextrinelor se produce si caramelizarea zaharurilor simple din fin care dau o culoare brunnchis.

La aluaturile supuse fermentrii mai mult timp, zaharurile simple sunt n cantitate mai mic, iar culoarea cojii este mai deschis, n timp ce la aluaturile preparate din fin de gru ncolit culoarea cojii este mai nchis din cauza cantitii mari de zaharuri simple din aceast fin.

La obinerea unei culori mai nchise a cojii contribuie i modificrile substanelor proteice i a grsimilor sub aciunea cldurii.

10.2. Factorii care influeneaz procesul hidrotermic Procesul hidrotermic de coacere este influenat de o mare varietate de factori, dintre care amintim:

a) Dimensiunile produsului i sarcina termic Forma produselor cu ct centrul termic al produselor este mai aproape de

Procese i utilaje pentru panificaie 101

suprafaa de recepie a cldurii, timpul de coacere este mai redus; produsele alungite se coc mai repede dect cele rotunde.

Masa produselor produsele cu mas mai mare se coc mai greu; Umiditatea aluatului produsele din aluaturi mai umede se coc mai repede,

datorit difuziei mai intense a umiditii Grosimea cojii coaja groas i uscat determin o micorare a fluxului termic

spre interior ducnd la creterea timpului de coacere;

Temperatura suprafeelor de nclzire i cea a mediului n prima etap a coacerii, mrirea acestor temperaturi duce la intensificarea nclzirii aluatului, n timp ce n etapa a doua, datorit rezistenei termice a cojii, o temperatur ridicat a camerei de coacere nu influeneaz notabil variaia temperaturii miezului, dar coaja se poate carb a

b) Umiditatea mediului dinPeste 100C n camera de

contact cu suprafaa rece a prodcednd cldura latent de condtemperatura punctului de rou, snceteaz. Durata procesului de ctemperatura mediului camerei de co

Umezirea mediului camerei coacerii numai n prima perioad, asupra valorii pierderilor i calitii

Fig.10.5.Variaia temperaturii coj miezului produsului n timpul coac

creeaz o zon de condensare n adumed circa 6 minute, i menine perioada tensiunilor maxime determpuin, stratul de condensare confercomplete a stratului limit. Aceacondensare a vaporilor pe suprafaa oniz

camera de coacere coacere, vaporii de ap supranclzii vin n

uselor, i reduc temperatura i condenseaz, ensare. Cnd suprafaa aluatului a depit

chimbul de mas (din condensarea vaporilor) ondensare dureaz 2-3 minute, n funcie de acere i temperatura iniial a aluatului. de coacere influeneaz procesul hidrotermic al ns are influen asupra variaiei temperaturii, cojii, pe durata ntregului proces.

Prin umezirea camerei de coacere se poate reduce timpul de coacere cu un timp t, sau pentru aceeai durat, se poate reduce corespunztor temperatura camerei de coacere (fig.10.5).

Dac se noteaz cu (%) umiditatea relativ a mediului, atunci pentru =84%, gradul de umezire a camerei de coacere este de circa 2,5%, iar pentru =45% gradul de umezire este de aproximativ 1,4%.

t(min)

ii i Condensarea vaporilor de ap erii n primele trei minute nu se face

numai la nivelul suprafeei, ci se ncime, de civa mm. Acest strat se pstreaz coaja n stare de deformare plastic, chiar n inate de variaia de volum. Coaja se crap mai

indu-i o suprafa lucioas, din cauza gelificrii st smluire este caracteristic procesului de produselor.

Coacerea pinii 102

10.3. Consumul de energie la coacere 10.3.1. Bilanul de materiale la coacere

Pentru a putea stabili consumul de energie la coacere trebuie scrise mai nti ecuaiile de bilan ale procesului. Bilanul de materiale se determin prin cntrirea masei de aluat necesar Mal intrat n proces i a pinii calde (fierbini) rezultate Mpc, diferena constituind pierderile de materiale la coacere pc.

cpcal pMM += (10.1) Pierderile relative de materiale sunt date de relaia:

100.(%)al

pcalc M

MMp

= (10.2) de unde rezult: [ 100(%).1 calpc pMM = ] (10.3)

Randamentul tehnologic al procesului de coacere este:

al

pcteh M

M= (10.4) care are valori: the= 0,83-0,95 cu influen deosebit asupra umiditii produsului finit i a procesului de nvechire a pinii, precum i asupra energiei consumat n procesul de coacere. Sub forma prezentat, ecuaia de bilan de materiale nu satisface cerinele bilanului termic, deoarece coaja i miezul se calculeaz separat. Considernd c pierderile sunt constituite numai din apa evaporat i c miezul nu i modific umiditatea (wm=wal), iar coaja este format numai din substan uscat, atunci ecuaia de bilan de materiale poate fi pus sub forma:

evcmal WMMM ++= (10.5) unde: Mm este masa miezului, Mc masa cojii, iar Wev umiditatea evaporat. De aici se deduce masa cojii rezultat n procesul de coacere:

= 1100

alevc w

WM (10.6)

10.3.2. Bilanul energetic al procesului de coacere Acest bilan se calculeaz fr s se in seama de bilanul energetic al

camerei de coacere, care este diferit n funcie de sistemul constructiv, de tipul cuptorului, de modul de funcionare.

Procese i utilaje pentru panificaie 103 coajamiezevalc QQQQQ ++=+ (10.7)

unde: Qc este cantitatea de cldur intrat n proces, iar Qal aportul de cldur al aluatului (la temperatura iniial a acestuia). Cldura intrat n proces prin aportul aluatului Qal se distribuie corespunztor cu masele componentelor i se scade din cei trei termeni din dreapta ai ecuaiei, astfel c ecuaia devine: ( ) ( )almmmalmcsucevc cMcMiiWQ ++= )'"( (10.8) unde: i, i sunt entalpiile vaporilor de ap la nceputul i sfritul procesului de coacere; mc temperatura medie a cojii; csu cldura specific a substanei uscate (cojii); cm cldura specific a miezului.

Prin mprire la masa pinii ( Mp), relaia se transform n: ( ) ( )almmmalmcsucevc cmcmiiwq ++= )'"( (10.9) relaie ce utilizeaz masele relative ale componentelor n locul maselor absolute. Consumul specific de energie pentru procesul de coacere qc se exprim fie n kcal/kg, fie n kJ/kg, dar cea mai utilizat form de exprimare, n practic, este kg combustibil convenional /tona de produse (kg c.c / t).

Fig.10.6.Variaia energiei la coacere, n funcie de umiditatea evaporat

Coacerea pinii 104

Randamentul energetic al procesului de coacere depinde de cantitatea de ap evaporat (i de masa relativ a cojii). Astfel:

c

evcce q

iiwq )'"(..

= (10.10) ceea ce se mai poate scrie i sub forma:

c

evce q

iiw )'"(1..

= (10.11) Factorii care influeneaz pierderea de mas influeneaz direct i consumul de combustibil. Dintre acetia se pot enumera: regimul de coacere; umiditatea i temperatura mediului n faza iniial de coacere; umiditatea i temperatura n fazele urmtoare; durata procesului de coacere; forma sortimentului (raportul dintre suprafaa exterioar i volumul lui). Pentru obinerea unei tone de miez se consum circa 6,4 kg c.c., n timp ce pentru obinerea unei tone de coaj se consum aproximativ 85 kg c.c., adic de aproape 13 ori mai mult. 10.4.Regimul de coacere Regimul de coacere constituie totalitatea parametrilor exteriori ai mediului, care condiioneaz variaia parametrilor procesului de coacere. n cadrul regimului de coacere nu sunt inclui parametrii interni proprii aluatului: compoziia aluatului, umiditatea lui, masa, forma, adaosul de substane chimice sau enzime, etc. Regimul de coacere poate fi definit, n general, prin parametrii si:

- temperatura mediului de coacere (cc); - temperatura vetrei (v); - temperatura suprafeelor pereilor camerei de coacere, care radiaz

energie (p); - umiditatea relativ a mediului (w%). El poate fi fracionat pe zone, pe etape, pe momente. S-a stabilit c regimul

de coacere se poate mpri n dou perioade, n funcie de procesul de coacere (fig.10.1): 0-tx i tx-tc. Prima perioad cuprinde o etap iniial cu durat fix 2,5-3 min, n care are loc procesul de transfer de mas (umiditate) de la mediu la produs, prin condensarea vaporilor.

La cuptoarele tunel, regimul de coacere se mparte pe zone ajungndu-se la o divizare a procesului de coacere n cinci (sau chiar ase) perioade. Fiecare perioad se caracterizeaz prin valori diferite ale parametrilor regimului de coacere: cc, v, p, w%, proprii fiecrei perioade. Temperatura mediului de coacere (cc) poate varia de la 120oC la 270oC pe diferite zone i etape, fr ca acest lucru s mpiedice realizarea unui regim optim. ntre mediu i suprafaa produsului are loc un schimb de cldur prin radiaie, conducie, prin condensare i prin convecie. Schimbul de cldur prin

Procese i utilaje pentru panificaie 105 convecie este relativ mic (c=3-4 W/m2.oC), n comparaie cu celelalte tipuri de cldur.

Temperatura vetrei (v). O parte din cldura primit de bucata de aluat n procesul de coacere este transmis de suprafaa suport (vatra) prin conductibilitate pe baza diferenei de temperatur dintre suprafee. Fluxul termic primit de suprafaa inferioar a produsului, i implicit de produs, este n funcie de grosimea straturilor de aluat pn la centrul termic, de conductibilitatea acestora i de diferena de temperatur .

Pentru a asigura un schimb de cldur permanent, temperatura vetrei trebuie s fie mai mare dect temperatura inferioar a cojii pe durata ntregului proces de coacere. Temperatura vetrei nu influeneaz prea mult pierderile de mas n timpul coacerii, dar influeneaz forma produselor i volumul lor n prima perioad, precum i deplasarea intern a centrului termic i a zonei interne de condensare, la sfritul coacerii.

Dac v este prea mare, coaja se formeaz foarte repede, rigidizndu-se, i nu se mai rotunjete la margini, obinndu-se o pine de form conic. Aezarea aluatului pe o vatr rece duce la lipirea lui de vatr i la crpturi laterale.

Temperatura pereilor camerei de coacere (p) este un parametru mai important dect temperatura mediului care influeneaz intensitatea fluxului de cldur radiat. Valoarea acestor temperaturi se stabilete prin calcul sau experimental, n funcie de sortimentul produsului, de dinamica schimbului de cldur i de regimul de coacere adoptat.

ntre v i p trebuie s existe un echilibru, acesta influennd forma pinii. Pentru o vatr normal dar o nclzire intens n prima perioad, tensiunile

superficiale duc la obinerea unei pini de form sferic. La o radiaie redus, o nclzire lent, formarea cojii superioare ntrzie i se obine o pine cu form lit. 10.5. Regim de coacere rudimentar i regim de coacere modern Regimul de coacere rudimentar este dat de cuptoarele de pmnt care lucreaz pe baza acumulrii de cldur n pereii i vatra cuptorului i care se rcesc treptat datorit conductibilitii reduse a materialului din care sunt fcute. Regimul de coacere se caracterizeaz prin temperaturi iniiale mari, nclzirea intens a aluatului la nceput i un final de coacere lung (asimptotic), fig.10.7. Umiditatea mediului este foarte mic la nceput i crete pe msur ce produsele pierd umiditate. Dac nu exist un echilibru ntre masa aluatului i intensitatea nclzirii poate s apar defectul din figur, cnd aluatul sub presiunea interioar este expulzat n afar. La regimul de coacere modern, n prima faz a procesului de coacere are loc aburirea produselor (stropirea cu jet de vapori) fr iradiere, nclzirea suprafeei superioare fcndu-se numai prin cldura de condensare a vaporilor de ap (fig.10.8).

Coacerea pinii 106

Fig.10.7. Diagrama regimului de coacere rudimentar

n aceast faz cc=160-180oC, iar temperatura vetrei este mare, produsele primind cldur prin partea inferioar. Dup primele 3 minute, temperatura cojii superioare este relativ mic, din cauza evaporrii condensului, meninnd-o plastic, n stare de deformare fr ruperi sau crpturi. Pe traseu temperaturile cresc, iar n final nclzirea se reduce i coaja format i micoreaz temperatura.

Fig.10.8. Diagrama regimului de coacere modern

Procese i utilaje pentru panificaie 107

10.6. Calculul necesarului de combustibil Cantitatea de cldur necesar pentru coacerea unei anumite mase de aluat Mal poate fi determinat cu ajutorul relaiei:

][321 kJQQQQt ++= (10.12) n care: Q1 cantitatea de cldur necesar nclzirii aluatului:

][)(1 kJcMQ almalal = (10.13) cal cldura specific a aluatului; al, m temperatura iniial, respectiv cea final, a aluatului (miezului) n procesul de coacere;

( )[ ]

]./[100

118,4 CkgkJwcwc oalsualal+= (10.14)

csu cldura specific a substanei uscate a pinii (respectiv a finii) n medie csu=1,64 kJ/kg.oC (n mod obinuit cal=2,59-2,88 kJ/kg.oC); wal umiditatea aluatului; Q2 cantitatea de cldur necesar evaporrii apei din aluat:

][2 kJkcWQ pvev= (10.15) cv cldura latent de vaporizare a apei la aprox.100oC (cv=2257 kcal/kg); Wev cantitatea de ap care se evapor; kp coeficient de proporionalitate a apei evaporate din totalul masei pierdute la coacere (kp=0,95 restul de 5% reprezentnd substanele volatile degajate n proces); Q3 cantitatea de cldur necesar formrii cojii: ( ) ][3 kJcmMQ mmcsucpc = (10.16) mc masa de coaj obinut la 1 kg de produs finit; mc temperatura medie final a cojii (circa 150oC). Practica a artat c pentru coacerea unui kilogram de pine sunt necesare circa 250 kcal.

Consumul de combustibil Bc necesar pentru coacerea unei cantiti de pine Mpc depinde de tipul combustibilului utilizat, astfel c acesta poate fi calculat cu relaia:

+= p

i

sppcc qH

QMB (10.17)

unde: Qsp este cantitatea total de cldur necesar pentru coacerea unui kilogram de pine (Qsp=Qt/Mal sau circa 250 kcal/kg); Hi puterea caloric inferioar a combustibilului utilizat; iar qp pierderile de cldur la coacere (qp=0,01%). Pentru puterea caloric inferioar pot fi utilizate, orientativ, urmtoarele valori: Hi=3000 kcal/kg pentru lemne de foc; Hi=4800 kcal/kg pentru crbune; Hi=10.000 kcal/l pentru pcur;Hi=8500 kcal/m3 pentru gaz metan.