ВведениеПриоритетной задачей хлебопекарной отраслиявляется обеспечение населения хлебобулочнымиизделиями в достаточном ассортименте иобъеме для формирования профилактического исбалансированного питания [1–3]. Специалисты вобласти здорового питания отдают предпочтениехлебу из муки цельносмолотого зерна пшеницы,который богат пищевыми волокнами, макро- имикроэлементами, а также витаминами. Такой хлебполучен по технологии сбивных бездрожжевыххлебобулочных изделий повышенной пищевойценности и низкого ценового сегмента [4].Процесс выпечки хлебобулочных изделийтрадиционными способами сопряжен с энерго-затратами, длительностью технологического процес-са, металлоемкостью оборудования и большимипроизводственными площадями [5]. Исследованиеэффективных альтернативных источников подводаэнергии к тестовой заготовке для сокращения про-должительности и упрощения процесса выпечкихлебобулочных изделий является актуальной задачей,особенно для технологии приготовления сбивногобездрожжевого хлеба, где процесс приготовлениясбивного теста осуществляется в течение 1–2 мин,а выпечка – до 40 мин.С точки зрения механизма подвода или генерациитепла, вызывающего прогрев выпекаемой тестовойзаготовки, существующие способы выпечки можноклассифицировать следующим образом:– тепло к выпекаемой тестовой заготовке подводитсяизвне (радиационно-конвективная в традиционныххлебопекарных печах; в печах с генераторамиинфракрасного излучения; в замкнутых камерах ватмосфере пара (в атмосфере насыщенного пара илив атмосфере насыщенного пара в начале выпечки ив атмосфере перегретого пара в конце));– тепло выделяется в массе прогретой тестовойзаготовки (с применением электроконтактногопрогрева; в электрическом поле токов высокойи сверхвысокой частоты (СВЧ); с применениеминфракрасного прогрева);– выпечка с комбинированным прогревом тесто-вой заготовки (с одновременным высокочастот-ным и инфракрасным прогревом; с прогревомв электрическом поле токов высокой частоты вначале выпечки и с инфракрасным прогревом призавершении; с одновременным инфракрасным иэлектроконтактным прогревом; с последовательнымэлектроконтактным и инфракрасным прогревом; содновременным прогревом инфракрасным излучениемс наложением ультразвука в пекарной камере) [6–11].Применение разных механизмов подвода теплаоткрывает новые возможности по интенсификациипроцесса выпечки хлебобулочных изделий.Анализ известных способов подвода тепла ктестовым заготовкам с позиции упрощения исокращения продолжительности выпечки показал,что перспективным является комбинированныйрадиационно-конвективный способ – сверхвы-сокочастотный конвективный нагрев. Другиеспособы подвода тепла приводят к увеличениюэнергоемкости, продолжительности выпечки иусложнению конструкции хлебопекарных печей [12].Формирование высоких показателей качествахлебобулочных изделий (вкус, запах, цвет, структуракорки и мякиша) происходит путем оптимальногосочетания интенсивности и продолжительностивоздействия комбинирующих режимов выпечки водном технологическом цикле.Ввиду равномерности прогрева по объему тесто-вой заготовки и экономичности процесса выпечки(экономия энергии до 40 %) основной подвод теплав массе тестовой заготовки следует осуществлять засчет сверхвысокочастотной энергии до формированияустойчивой мелкопористой упруго-эластичнойструктуры мякиша хлебобулочных изделий [13].Должен завершиться процесс денатурации белка иклейстеризации крахмала, а также перераспределениявлаги между ними с повышением доли связаннойвлаги. Это придает устойчивость пенным пленкамвоздушных пузырьков мякиша хлеба [14].Для формирования корки с золотисто-кремовымцветом и привлекательным товарным видом, а такжес сохранением влаги внутри мякиша необходимконвективный или дополнительно инфракрасныйнагрев, который подводит тепло внутрь тестовойзаготовки за счет теплопроводности тестового скелета.Процесс нагрева дополнительно интенсифицируется.Это может привести к неравномерному перегревуи разрушению мелкопористой структуры мякишаза счет разрыва пенных пленок воздушныхпузырьков [15].При дополнительном введении инфракрасныхизлучателей в хлебопекарную печь с СВЧ-нагревомусложняется ее конструкция и повышаются энерго-затраты, а также ограничивается глубина проник-новения коротковолновых лучей инфракрасныхизлучателей в тестовые заготовки [16–18]. Всвязи с этим необходим баланс между быстрымнагревом, формированием структуры мякиша икорки хлебобулочных изделий. Следовательно,для ускоренной выпечки сбивных тестовых загото-вок эффективно применение комбинированногосверхвысокочастотного и конвективного режимапрогрева за счет простоты конструкции печи иэнергоэкономичности [19].Наибольший вклад в ускорение процесса выпечкитестовых заготовок и формирование мелкопористойупруго-эластичной структуры мякиша вноситсверхвысокочастотный нагрев. Интерес представляетзависимость пористости и распределения пузырьковвоздуха по размерам от технологических параметров429Магомедов Г. О. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 426–438процесса при СВЧ-нагреве сбивных тестовыхзаготовок из муки цельносмолотого зерна пшеницы.Это дает возможность управлять процессом выпечки сцелью обеспечения заданной текстуры бездрожжевогохлеба и сокращения его продолжительности [20–22].Цель работы – исследование изменения качестваи установление режимов приготовления сбивногобездрожжевого теста, а также сбивных тестовыхзаготовок при их предварительном СВЧ-нагреве ипоследующем конвективном нагреве с формированиеммелкопористой структуры мякиша и тонкостеннойкорки сбивного бездрожжевого хлеба из мукицельносмолотого зерна пшеницы.Объекты и методы исследованияОбразцы сбивных тестовых заготовок влаж-ностью 56 ± 1 % из муки цельносмолотого зернапшеницы готовили в несколько этапов. На пер-вом этапе в смесительно-сбивально-формующуюустановку вносили концентрированный яблочныйсок, поваренную пищевую соль, воду и муку изцельносмолотого зерна пшеницы. Полученнуюсмесь предварительно перемешивали в течение20 с при частоте вращения венчиковой мешалки 1,7 с–1.Далее полученную массу интенсивно сбивали причастоте вращения венчиковой мешалки 16 с–1 в течение40 с, а затем при избыточном давлении воздуха 5 атмв течение 20 с. По завершении процесса сбиваниятесто формовали под давлением в силиконовыеформы массой по 580 г, после чего сбрасывалиизбыточное давление воздуха до нуля. В результатеэтого тестовые заготовки увеличивались в объеме в3 раза до объемной массы 0,40 ± 0,03 г/см3. Изменениеобъемной массы теста (ρ, г/см3) от продолжительностиего замеса (I), сбивания (II) и при сбросе избыточногодавления (III) в сбивальной камере представлено нарисунке 1. Фотосъемка образцов осуществлялась спомощью цифровой камеры Canon EOS 400D приосвещении люминесцентной лампой мощностью40 Вт с цветовой температурой 4000 К.Тестовые заготовки в силиконовых формахпомещали в микроволновую печь марки PanasonicNN-CSS 965. Температуру сбивного теста контро-лировали при помощи термопары ОВЕН ДТПL054 ирегистратора ТРМ-200 в центре мякиша в процессенагрева. Окончание процесса выпечки фиксировали подостижении температуры в центре мякиша 98 ± 1 °С.Для комбинированной СВЧ-конвективной вы-печки сбивные тестовые заготовки предварительнонагревали до температуры 65 ± 1 °С в центре мякиша.Затем отключали СВЧ-нагрев и выпекали в печикондитерской с электрообогревом PFS-9E в течение720 с до достижения температуры в центре мякиша98 ± 1 °С. Для сравнительного исследования былиполучены образцы бездрожжевых сбивных тестовыхзаготовок из муки цельносмолотого зерна пшеницыс различной длительностью этапа СВЧ-нагрева: 60,90 и 120 с при удельной мощности нагрева 2,9 Вт/ги температуре от 65 ± 1 до 98 ± 1 °С.Для оценки пористости мякиша сбивногобездрожжевого хлеба из муки цельносмолотого зернапшеницы, полученного при СВЧ-нагреве сбивныхтестовых заготовок, разработана методика оптическогоколичественного анализа структуры образовавшихсяпузырьков воздуха. На рисунке 2 в качестве примерапредставлены фотографии, на которых изображенысрез мякиша выпеченного хлеба при СВЧ-нагревесбивных тестовых заготовок в течение 60 с (a),некорректное разделение пузырьков воздуха итеста по порогу интенсивности (b), корректноеразделение пузырьков воздуха и теста с помощьюрадиальной нейронной сети (c) и результаты разбиенияизображения на кластеры (d).При масштабировании и обрезке исходныхфотографий до размера 1600×1200 пикселей вся серияфотографий была приведена к одному масштабу спомощью попадающего в кадр эталона линейногоразмера (стальная линейка) (рис. 2a). Размер одногопикселя 0,05634 мм. Это позволило обнаружитьпузырьки воздуха размером не менее 0,06 мм.Так как пузырьки в мякише сбивногобездрожжевого хлеба не имеют цветовой диф-ференциации, то изображение преобразовывалось изцветного режима в режим в градации серого цвета.При этом производилось усреднение яркости трехцветовых каналов IRij, IGij, IBij (красного, зеленого,синего) (рис. 2b):Рисунок 1. Изменение объемной массы тестаот продолжительности его замеса ( I),сбивания (II) и при сбросе избыточного давления ( III)в сбивальной камереFigure 1. Effect of kneading time (I), whipping (II),and pressure release (III) on dough volume0,41,0ρ,г/см320 40 60 80 1000,60,8430Magomedov G.O. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):426–438Iij = (IRij + IGij + IBij) / 3 (1)где i, j – индекс элемента массива пикселейизображения.Усреднение яркости трех каналов позволилоповысить точность передачи необходимой длядальнейшего анализа общей яркости Iij по сравнениюс использованием какого-то одного из каналов. Дляжелтоватой поверхности среза мякиша сбивногохлеба можно было использовать синий канал IBij какдиаметрально противоположный на цветовом круге.Для определения пузырьков воздуха мякишаизображение преобразовывалось в черно-белое(рис. 2b). Использование простого способа разде-ления изображения на черные и белые области –по пороговой яркости Iп (пиксели изображения сяркостью Iij < Iп считаются «черными», пиксели сяркостью Iij ≥ Iп считаются «белыми») – приводит кошибкам определения пузырьков из-за неоднородногоосвещения образца (рис. 2b). Например, из-за избыткаосвещения в левом верхнем углу изображения крупныепузырьки оказываются заниженных размеров, амелкие пузырьки практически не проявляются.Из-за недостатка освещения в правом нижнемуглу, наоборот, мелкие пузырьки сливаются в однубольшую черную область.Для решения проблемы неоднородного освещенияпороговая интенсивность Iп разделения на «черное»и «белое» представлена как плавная функция отположения на изображении Iп(i, j). В этом случаеразделение на «черные» и «белые» пикселипроизводится по формуле(2)где Mij – матрица принадлежности областипространства ij к пузырькам.Для задания плавной функции пороговойинтенсивности Iij использовалось разбиениеизображения на 25 прямоугольных областей(5 по горизонтали, 5 по вертикали). Расчет среднейинтенсивности в каждой прямоугольной областипроводился по формуле (3) [23]:Рисунок 2. Результаты обработки фотоснимковFigure 2. Processed photos(3)c da b431Магомедов Г. О. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 426–438где m и n – горизонтальный и вертикальный индексыразбиения изображения на 25 прямоугольныхобластей; Iсmn – средняя интенсивность впрямоугольной области (m, n); σ – расстояниеусреднения (использовалось значение 150 пикселейдля изображения размером 1600×1200); im, jm –максимальные значения i и j (размер изображения).При использовании разделения на черные ибелые области матрица принадлежности к пузырькамявляется более однородной (рис. 2c). Визуальнаяоценка свидетельствует о хорошем соответствиичерных и белых областей пузырькам исходногоизображения. В этом случае в засвеченном левомверхнем углу проявляется множество мелкихпузырьков, а большие пузырьки имеют увеличен-ный размер. В затемненном правом нижнем углумножество мелких пузырьков не сливаются в однуобласть, а четко отделены друг от друга.На следующем этапе фотограмметрическогоанализа необходимо распознать отдельные пузырьки.Для этого по матрице принадлежности пузырькамMij выделялись кластеры: протяженные областипространства Mij, в которых заполненные элементы «1»находятся в соседстве друг с другом [23]. Кластерынумеруются и им присваиваются номера Сij = k. Этопозволило рассматривать каждую связную областькак отдельный газовый пузырек и определять егопараметры (рис. 2d).Алгоритм реализован в среде программированияBorland Delphi 7. Машинное время поиска кластеровна изображении размером 1600×1200 пикселейсоставило около 15 с. Визуальное сравнение исходнойфотографии и картограммы распределения кластеровпозволило сделать вывод о том, что распознанывидимые глазом пузырьки. Их форма и площадьпередаются корректно, а пузырьки-кластеры отделеныдруг от друга.Из-за сложного рельефа поверхности срезавблизи каждого пузырька формируется областьотражения света, которая вносит систематическуюпогрешность измерения площади пузырьков.Для коррекции этой погрешности производитсякалибровка путем сравнения площадей пузырьков,которые измерили методами фотограмметрии играфоаналитики с участием 3-х человек (сотрудникикафедры технологии хлебопекарного, кондитерского,макаронного и зерноперерабатывающего производствВГУИТ и АО «Хлебзавод № 7», Воронеж). Сравнениепроизводилось для 20 пузырьков различного размера(от 1 до 10 мм). На основе усреднения определялсясредний коэффициент увеличения площади. Дляприведенного примера коэффициент увеличенияплощади составил 1,31. Однако при фотограмметриисрезов различных образцов из-за отличий условийосвещения коэффициент различался (около 7 %).Ограничением разработанного метода являетсянеполное определение пузырьков большого размера(более 10 мм), т. к. из-за большого диаметра нафотографии получается сложное сферическоераспределение интенсивности. Поэтому поиск всегопузырька является сложной задачей распознавания.Пузырьки размером более 10 мм относятся к дефектамхлеба. Поэтому точная их форма и размеры непредставляют интереса в данном исследовании:достаточно знать, что размер пузырька более 10 мм.Для дальнейшего исследования рассчитываетсяплощадь найденных пузырьков Sk как площадьсоответствующих кластеров k:(4)Для определения эффективного диаметрапузырька Rk использовали формулу площади кругапри допущении, что форма пузырька – сфера и егосечение ведется по диаметральной плоскости:( 5)Для статистическо-геометрического анализапузырьков в хлебе использованы функциираспределения пузырьков по размерам Nп(Rп)/Sи площадям Nп(Sп)/S и функции распределенияотносительной площади пузырьков по размерамSп/S(Sп) и их площадям. Nп/S – количество пузырьков наединице площади; Rп – размер пузырька; Sп – площадьпузырька; Sп/S – доля площади пузырьков данноготипа в общей площади пузырьков. Перечисленныефункции определяются сходным образом. ФункцияNп(Rп)/S определяется по найденному кластерномуразбиению следующим образом:( 6)где q – коэффициент масштаба (размер пикселя вмиллиметрах или в других единицах измерениялинейного размера); k – номер пузырька; Nк –количество пузырьков (кластеров); d – шагдискретизации шкалы размеров пузырька Rп дляпостроения таблично заданной функции Nп(Rп)/S.Так как пузырьковая структура мякиша сбивногобездрожжевого хлеба является выраженноймультимасштабной структурой, то при анализеперечисленных распределений целесообразноиспользовать логарифмическую шкалу как дляразмеров Rп (изменяется в данном исследовании болеечем на два порядка: от 0,06 до 10 мм) и площадейсечения Sп пузырьков, так и для относительногоколичества пузырьков Nп/S и относительной площади,занятой пузырьками данного размера Sп/S.Для дальнейшего анализа интерес представляетисследование поведения отдельных фракцийпузырьков, которые определяют механические432Magomedov G.O. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):426–438свойства пористой матрицы тестовой заготовки впроцессе выпечки. Проведенные исследования длярассмотренной рецептуры показали, что из-за болеенизкой вязкости сбивного теста, по сравнению страдиционными дрожжевыми (56 % влажности длясбивного против 43 % для дрожжевого), устойчивостьпенной структуры увеличивается с повышениемдисперсности воздушных пузырьков и сохраняетсяпри их размерах, не превышающих в диаметре 4,5 мм.По этим причинам пузырьки, размеры которыхпревышают 10 мм, являются дефектами в мякишесбивных хлебобулочных изделий.Результаты и их обсуждениеВ результате обработки экспериментальных дан-ных 4-х образцов, выпекаемых при одних и тех жеусловиях, получены две зависимости: для общейпористости (сплошная линия, рис. 3) и пористостив пузырьках, размер которых не превышает 4,5 мм,что соответствует площади сечения пузырьков 16 мм2.Площадь поверхности пузырьков (Sпов) составляет 64мм2 в приближении сферической формы пузырька(штрихпунктирная линия, рис. 3).Для получения плавной аналитической зависимостиSп/Sс (tсвч) использовалась аппроксимация полиномомвторого порядка методом наименьших квадратов.Для общей пористости получено выражениеSп/Sс(tсвч) = –0,00611 tсвч2 + 1,18 tсвч + 7,00; (7)для пор площадью не более 16 мм2 на срезе полученовыражениеSп/Sс(tсвч) = 0,00189 tсвч2 – 0,39 tсвч + 72,6, (8)где Sп/Sс – безразмерная величина; tсвч измеряетсяв секундах.Максимум функции общей пористости, найденныйпо формуле (7), достигается при длительности этапаСВЧ-нагрева около 96,6 с. Если целью являетсяполучение максимальной пористости хлеба безучета размера газовых пузырьков, то оптимальнойдлительностью этапа СВЧ-нагрева является 96,6 с.Пористость мякиша хлеба составляет 64 %. Если цельюявляется не только максимизация пористости мякишахлеба, но и условие не превышения пузырькамиразмера 4,5 мм (площади 16 мм2), то оптимальнаядлительность этапа СВЧ-нагрева составляет около60 с. Все поры имеют площадь менее 16 мм2, а Sпов –менее 64 мм2.Помимо такой интегральной характеристики, какпористость, разработанный фотограмметрическийметод позволяет получить более детальныехарактеристики системы газовых пузырьков. Изученыдва типа функций распределения пузырьков поплощадям. Первая функция N (Sп)/Sс представляетсобой количество N пузырьков в единице площади,имеющих площадь Sп. Данная функция определяетсяпо кластерному разбиению изображения следующимобразом.(9)где im, jm – размер изображения по горизонталии вертикали; q – коэффициент масштаба (размерпикселя в миллиметрах или в других единицахизмерения линейного размера); k – номер пузырька;Nк – количество пузырьков (кластеров); d – шагдискретизации шкалы размеров пузырька Sп дляпостроения таблично заданной функции Nп(Sп)/Sc.Функции распределения пузырьков по площадямимеют немонотонный убывающий характер: наи-большее количество пузырьков малой площади0,01–0,03 мм2 и очень малое количество большихпузырьков более 2 мм2 (рис. 4). При длительностиэтапа СВЧ-нагрева 60 с площадь сечения пузырьковне превышает 4 мм2 (рис. 4a). С повышением дли-тельности tсвч увеличивается максимальная площадьсечения пузырька: при 90 с максимальная площадьсоставляет 64 мм2 (рис. 4b), при 120 с – 128 мм2(рис. 4c). Здесь и далее кратность результатов 2обусловлена используемой логарифмической шкалеи множителем 2 между границами интерваловусреднения гистограммы.Более выраженный геометрический смысл имеетдругая функция SпΣ(Sп)/Sc: отношение суммарнойплощади сечения SпΣ пузырьков данного размера Sп кплощади среза Sс. Для определения данной функциииспользовалась формула, аналогичная (3).Наличие пика на функции SпΣ(Sп)/Sc принекотором значении Sп означает, что большинствопузырьков имеет такую площадь Sп. При tсвч = 60 с40 60 80 100 12045505560Sп/Sc, %tсвч, сВсе пузырькиПузырьки Sп < 16 мм265Рисунок 3. Зависимость пористости сбивногобездрожжевого хлеба Sп/Sс от длительности этапаСВЧ-нагрева (tсвч)Figure 3. Effect of microwave heating time ( tсвч)on porosity (Sп/Sс)433Магомедов Г. О. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 426–438большинство пузырьков имеет площадь попереч-ного сечения около 1,5 мм2 ( Sпов составляет около6,0 мм2) (рис. 4d). При большей длительности tсвчраспределение расширяется и не сводится к одномувыраженному пику (рис. 4e и f).Можно предположить, что сложный характерфункции распределения SпΣ(Sп)/Sc получаетсяв результате наложения нескольких мод, поформе близких к плотности нормальной функциираспределения. В рамках этого предположенияРисунок 4. Распределение N (Sп), SпΣ (Sп)/Sc пузырьков по площадям для разной длительности этапаСВЧ-нагрева (a, d – 60 с; b, e – 90 c; c, f – 120 c)Figure 4. Distribution of bubbles ( N (Sп), SпΣ (Sп)/Sc) by area for different microwave heating time(a, d – 60 s; b, e – 90 s; c, f – 120 s)024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм20246810121418N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм20246810121418N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2a b024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм20246810121416N/S, см–1Sп, мм224681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм24681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм24681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм224681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм224681012141618N/S, см–1111024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм224681012141618N/S, см–146810121416N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм24681012141618S, см–10246810121416N/S, см–1Sп, мм2024681012141618 N/S, см–1Sп, мм24681012141618N/S, см–10,010,020,050,060,070,09S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,080,09N/S, 1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,040,050,060,070,080,09S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм224681012141618N/S, см–10,0211100,010,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,040,050,060,070,080,09S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,040,050,060,070,080,09N/S, см–1c d00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,010,020,030,040,050,060,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм20,010,07N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,020,030,040,050,060,070,080,09100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм20,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм2024681012141618N/S, см–1024681012141618N/S, см–1Sп, мм224681012141618N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм200,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2e f434Magomedov G.O. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):426–438была проведена аппроксимация функций SпΣ(Sп)/Scвзвешенной суммой плотностей несколькихнормальных распределений: одним для tсвч = 60 c(рис. 5а), двумя для tсвч = 90 c (рис. 5b), тремя дляtсвч = 120 c (рис. 5с). Каждый пик задавался функциейплотности распределения с тремя параметрами:1 (0)для модального распределения:(11)где Sпм/Sс – максимум нормального распределения;Sпп – математическое ожидание (средний размерпузырьков); σ – дисперсия (характеристика ширинымоды), αm – весовой коэффициент m-ой моды.Результаты аппроксимации функции SпΣ (Sп)/Scприведены в таблице 1, где представлены значенияSпов для соответствующих значений Sпп.Характер изменения структуры функциираспределения пузырьков воздуха в ходе выпечки(появление новых мод) объясняется протеканиемфизико-химических процессов в сбивных тестовыхзаготовках в процессе выпечки. На начальномэтапе происходит образование пузырьков воздуха,вызванное процессом взбивания теста под давлением,где происходит образование газовой фазы за счетмеханического разрыхления. В ходе этого процессаобразуются пузырьки размера, не поддающегосяоптической идентификации без использованиясоответствующего увеличения. Далее начинаетсярост их объема, вызванный процессом фазовогоперехода «вода – пар» и соответствующегоповышения давления внутри образованных ранеепор. Как видно из рисунка 4d, распределение имеетодну моду. Это объясняется сохраняющейся наначальном этапе прогрева изоляцией пор друг отдруга. Дальнейшее повышение давления, вызван-ное доминированием процессов испарения надпроцессами конденсации на разделяющих порыстенках,приводит к их частичному разрыву,слиянию и образованию пузырьков значительнобольшего размера. Поскольку скорость этогопроцесса выше динамики изменения давления,то это приводит к появлению новой модына распределении, соответствующей пузырькамбόльшего размера (рис. 4e). Параллельно с этимпроцессом происходит формирование проницае-мой пористой матрицы и развитие процессовмассопереноса паровой фазы за пределы заготовкипод действием разницы парциальных давленийпаров воды внутри пор и за пределами тестовойзаготовки. При достижении определенной долипузырьков бόльшего размера часть их сливается,формируя пузырьки, отличающиеся по размеруот исходных. Это приводит к выделению враспределении еще одной моды (рис. 4f). Затемпроцессы слияния прекращаются, т. к. происходитформирование прочной пористой матрицы из-запроцессов денатурации белков и клейстеризациикрахмала.Для длительности этапа СВЧ-нагрева 60 ссредняя площадь пузырька составила 1,95 мм2.Аппроксимирующая функция имеет один экстремум.Для длительности этапа СВЧ-нагрева 90 соказалась эффективной аппроксимация взвешеннойсуммой двух аппроксимирующих функций. На рисунке5b приведены как две отдельные аппроксимирующиекаждую моду функции (тонкие линии), так и ихсуперпозиция (толстая линия), которая по формеблизка к полученной экспериментально функциираспределения. Выявлено, что при длительностиэтапа СВЧ-нагрева 90 с формируются два типапузырьков: пузырьки малой площади 2,02 мм2 ипузырьки большой площади 27,58 мм 2.При длительности этапа СВЧ-нагрева 120 собразуются еще три типов пузырьков (рис. 5c):малой площади 2,14 мм2, средней площади 17,54 мм2и большой площади 90,50 мм2. В данном случаепроведена аппроксимация двух мод с меньшейплощадью пузырьков, а для последней моды былонедостаточно данных для аппроксимации (однаточка функции при минимальном количестве –три точки). Поэтому оценка положения и высотыпика производилась в приближении функциипрямоугольной формы.Влияние длительности этапа СВЧ-нагрева на типыпузырьков и их площадь можно проиллюстрироватьдиаграммой, представленной на рисунке 6.Независимо от длительности этапа СВЧ-нагрева,образуются пузырьки площадью около 2 мм2. Ихвклад в пористость наибольший (Sпм/Sc = 0,06) приtсвч = 60 с, но снижается (Sпм/Sc = 0,012 и 0,031) прибольшей длительности tсвч. При длительности 90–120с формируется второй тип пузырьков площадью 15–30 мм2. Его вклад в общую пористость такжеснижается с увеличением длительности tсвч. Придлительности 120 с, помимо первых двух типов,формируется третий с площадью 100 мм2. Такимобразом, с увеличением длительности этапа СВЧ-нагрева не только увеличивается количествопузырьков, но и увеличивается количество типовпузырьков (малые – малые, средние – малые, средниеи большие).Изучено влияние продолжительности иинтенсивности СВЧ-нагрева сбивных тестовыхзаготовок на формирование равномерной тон-кодисперсной пористой структуры мякиша сбивногобездрожжевого хлеба из муки цельносмолотого зернапшеницы. Определены статистическо-геометри-ческие характеристики воздушных пузырьков435Магомедов Г. О. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 426–43800,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация мода 3аппроксимация сумма модa00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация мода 3аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод0,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–111100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1 расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация мода 3аппроксимация сумма модРисунок 5. Результаты аппроксимации функции SпΣ/S(Sп) одной или сдвоенной гауссовой функцией для разнойдлительности этапа СВЧ-нагрева: a – 60 с; b – 90 c; c – 120 cFigure 5. Approximating function SпΣ/S(Sп) by one or double Gaussian function for different microwave he ating time: a – 60 s;b – 90 s; c – 120 sb00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–100,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1Sп, мм2расчёт аппроксимация00,010,020,030,040,050,060,070,08N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация сумма мод00,010,020,030,040,050,060,070,080,09N/S, см–1расчёт аппроксимация мода 1аппроксимация мода 2 аппроксимация мода 3аппроксимация сумма модc436Magomedov G.O. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):426–438мякиша хлеба. Учитывая ограничение на количествопузырьков второго и третьего типов, максимумдлительности этапа СВЧ-выпечки должен составлятьоколо 60 с при удельной мощности нагрева2,9 Вт/г. При такой длительности предварительноговоздействия СВЧ-нагрева на сбивные тестовыезаготовки формируется высокая пористость мякишахлеба (63–65 %) с пузырьками первого типа малойплощади поперечного сечения порядка около 2 мм2.Пузырьки второго и третьего типов с площадями15–30 и 100 мм2 формируют неблагоприятные пустотыи крупнопористую структуру в мякише хлеба.Учитывая ограничение на количество пузырьковвторого и третьего типов, максимум длительностиэтапа СВЧ-нагрева составляет около 75–80 с. Подвоздействием интенсивного СВЧ-подвода теплав течение 75–80 с в центре мякиша достигаетсятемпература 65 ± 1 °С. В результате формируетсяоднородная мелкопористая пенная структура мя-киша. При дальнейшем интенсивном СВЧ-нагревев течение 120 с температура в центре мякишадостигается 98 ± 1 °С. Происходит разрушениемелкопористой и формирование грубодисперснойструктуры мякиша хлеба. Для сохранениямелкопористой однородной структуры мякишахлеба при выпечке была исследована возможностьприменения комбинированного СВЧ-конвектив-ного нагрева тестовых заготовок и определениеего рациональных режимов. Осуществлялипредварительный СВЧ-нагрев тестовых заготовокдо достижения температуры в центре мякиша65 ± 1 °С. Затем продолжали конвективный нагревпри температуре в рабочей камере печи 260 °С втечение 720 с до достижения температуры в центремякиша хлеба 98 ± 1 °С (рис. 7).Установлено, что комбинированный СВЧ-конвективный способ нагрева тестовых заготовокпозволяет сохранить мелкопористую однороднуюструктуру мякиша хлеба. Это достигается тем,что при температуре 65 ± 1 °С в центре мякишатестовых заготовок происходит полная денатурация,клейстеризация крахмала и фиксация устойчивоймелкопористой структуры мякиша тестовыхзаготовок из-за повышения прочности белковыхпенных пленок воздушных пузырьков и упроч-нения межпузырькового пространства приклейстеризации крахмала, а также при переводеинтенсивного СВЧ-нагрева тестовых заготовокна менее интенсивный конвективный нагрев.Сохраняется мелкопористая однородная структурамякиша и формируется тонкостенная корочка хлеба.ВыводыОпределена рациональная продолжительностьпредварительного СВЧ-нагрева сбивных тестовыхзаготовок (70–80 с) и окончательного конвективно-го нагрева при выпечке хлеба (до 14 мин).Использование предварительного СВЧ-нагревас формированием мелкопористой однороднойструктуры мякиша сбивных тестовых заготовок иТаблица 1. Результаты аппроксимации пиков функциираспределения площадей пузырьковTable 1. Approximation of the peaks of the bubble areadistribution functiontсвч, с Номер пика Sпп, мм2 σ, мм2 Sпм/Sс60 1 1,62 0,78 0,048901 2,10 0,62 0,0162 26,80 8,50 0,0761201 2,40 0,65 0,0222 21,30 6,20 0,0273 84,18 0,12 0,062Рисунок 7. Зависимость температуры в центре мякишаот продолжительности нагрева: 1 – СВЧ;2 – СВЧ-конвективныйFigure 7. Effect of heating time on crumb center temperature:1 – microwave; 2 – microwave-convective1 2Тм, °С10080604060 120 180 240 300 360 720τ, сРисунок 6. Влияние длительности этапа СВЧ-нагрева(tсвч) на количество типов пузырьков (1, 2, 3)и характерную площадь пузырьков каждого типа SппFigure 6. Effect of microwave heating time ( tсвч) on the numberof bubble types (1, 2, 3) and bubble area for each type ( Sпп)1001010,140 60 80 100 120Sпп, мм2tсвч, с1 12231437Магомедов Г. О. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 426–438последующим их допеканием конвективным спо-собом до образования тонкостенной корочки хлебапозволяет сократить процесс выпечки на 26 мин:с 20–40 (при конвективном способе выпечки хлеба поизвестному способу) до 14 мин (по разработанномуспособу получения сбивного бездрожжевого хлеба).Представленный подход вместе с методикойоптической оценки пузырьков воздуха позволитразработать алгоритм оптимального управленияпроцессом комбинированной выпечки хлеба.Разработанная технология сбивного бездрожжевогохлеба является высокоперспективной и рекоменду-ется для внедрения в гражданское и войсковоехлебопечение.Критерии авторстваГ. О. Магомедов – разработал концепциюисследований, осуществлял руководство и конт-роль над проведением научного экспериментаи проводил консультации в ходе эксперимента.А. А. Хвостов – предложил методику проведенияэксперимента, обработал экспериментальные данные,выполнил расчеты и корректировал рукопись доее подачи в редакцию. А. А. Журавлев – провелобзор литературных источников по исследуемойпроблеме, обработал экспериментальные данные,выполнил расчеты и корректировал рукопись доее подачи в редакцию. М. Г. Магомедов – провелэксперимент, обработал экспериментальные данныеи организовал производственные испытанияА. С. Таратухин – провел эксперимент и обработалэкспериментальные данные. И. В. Плотникова –провела обзор литературных источников по иссле-дуемой проблеме и корректировала рукопись до ееподачи в редакцию.Все авторы в равной степени принимали участиев написании рукописи и несут ответственность заплагиат.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.БлагодарностьАвторы выражают благодарность руководствуАО «Хлебозавод № 7» (Воронеж) за предоставлен-ную возможность проведения научного экспери-мента в межрегиональном научно-исследовательскомцентре инновационных технологий хлебопечения.ContributionG.O. Magomedov developed the research concept,supervised the experiment, and provided consultations.A.A. Khvostov developed the methodology,processed the data, performed calculations, andproofread the manuscript. A.A. Zhuravlev wrote thereview, processed thedata, performed calculations, andcorrected proofread the manuscript. M.G. Magomedovconducted the experiment, processed the data, andorganized production tests. A.S. Taratukhin conductedthe experiment and processed thedata. I.V. Plotnikovawrote the review and proofread the manuscript.All authors equally participated in the research andare responsible for any potential cases ofplagiarism.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.AcknowledgementsThe authors express their gratitude to the managementof J-SC Khlebozavod No. 7 (Voronezh) for the opportunityto conduct the experiment at the InterregionalResearch Center for Innovative Baking Technologies.