Dane oryginału

przekład z: Kältetechnologie in der Bäckerei, Klaus Lösche (Hrsg), 1. Auflage 2003

Copyright by B. BEHR`S Verlag GmbH & Co. KG, Averhoffstraße 10, 22085 Hamburg, Germany, www.behrs.de

Projekt okładki i stron tytułowych Grzegorz Laskowski sixeightysix agency

Ilustracja na okładce 152161253/Petrovic Igor/Shutterstock

Konsultant merytoryczny Tomasz Błaszczak

Wydawca Katarzyna Kaźmierska

Redaktor Małgorzata Uba

Produkcja Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN Magdalena Wojtas / 88em.eu

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2015

ISBN 978-83-01-18974-7

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2015 r., (wyd. I)

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-676 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; www.pwn.pl

Spis treści

Słowo wstępne

Redaktor naukowy i autorzy

1. Przepisy prawa a głębokie mrożenie pieczywa. (H. Martell)

1.1. Objaśnienie pojęć

1.2. Obowiązujące przepisy prawne

1.3.  Wymagania fizyczne względem jakości głęboko mrożonego pieczywa

1.3.1. Jakość

1.3.2. Ogólnie przyjęte standardy jakości

1.3.3. Środek mrożący

1.3.4. Wyjątki

1.4.  Obowiązek nadzoru i dokumentowania

1.4.1. Obowiązek nadzoru i dokumentowania podczas transportu produktów spożywczych głęboko mrożonych

1.4.2. Obowiązek nadzoru i dokumentowania podczas przechowywania

1.4.3. Kontrola temperatur podczas sprzedaży na miejscu, transportu i handlu detalicznego

1.5.  Obowiązek pakowania pieczywa głęboko mrożonego

1.6.  Oznaczanie produktów głęboko mrożonych dla konsumentów

1.6.1. Oznaczenia handlowe

1.6.2. Dodatkowe wymagania w kwestii oznaczania pieczywa głęboko mrożonego

1.6.3. Termin przydatności do spożycia

1.6.4. Skład ilościowy

1.6.5. Widoczność wszystkich informacji handlowych

1.6.6. Lista składników

1.6.7. Podmiot odpowiedzialny

1.6.8. Numer partii produkcyjnej

1.6.9. Sposób oznaczania

1.7.  Inne oznaczanie produktów głęboko mrożonych

1.8. Kary i grzywny

Literatura

2. Podstawy chłodzenia i głębokiego mrożenia produktów spożywczych . (H.-A. Kurzhals)

2.1. Wprowadzenie

2.2.  Chłodzenie produktów spożywczych

2.2.1. Cel chłodzenia

2.2.2. Chłodzenie płynnych środków spożywczych

2.2.2.1. Zachowanie produktu

2.2.2.2. Obliczanie odprowadzanej energii cieplnej

2.2.2.3. Rodzaje chłodzenia

2.2.2.4. Rodzaje chłodni dla płynnych środków spożywczych

2.2.3. Chłodzenie stałych produktów spożywczych w opakowaniach

2.2.3.1. Chłodzenie stałych produktów spożywczych w opakowaniach

2.2.3.2. Ustalanie czasu schłodzenia stałych produktów spożywczych w opakowaniach

2.2.3.3. Obliczanie wydajności chłodni do chłodzenia stałych środków spożywczych w opakowaniach

2.2.3.3.1. Chłodzenie produktów

2.2.3.3.2. Ciepło oddychania warzyw i owoców

2.2.3.3.3. Chłodzenie opakowań

2.2.3.3.4. Chłodzenie i osuszanie nowo wtłaczanego powietrza

2.2.3.3.5. Przedostawanie się ciepła przez ściany, sufit i podłoże chłodni

2.2.3.3.6. Przedostawanie się ciepła przy otwieraniu drzwi

2.2.3.3.7. Ekwiwalenty ciepła w postaci ludzi, maszyn oraz oświetlenia

2.2.3.3.8. Kondensacja pary wodnej, która dostała się do chłodni z zewnątrz

2.2.3.3.9. Zamarzanie powierzchni parownika w jednostkach chłodzących

2.2.3.3.10. Ustalanie całkowitej wydajności chłodzenia

2.2.3.4. Parametry powietrza w chłodniach

2.2.3.4.1. Temperatura powietrza

2.2.3.4.2. Skład powietrza

2.2.3.4.3. Wilgotność powietrza

2.2.3.4.4. Doprowadzanie powietrza i jego prędkość

2.2.3.5. Urządzenia służące chłodzeniu stałych środków spożywczych w opakowaniach

2.2.3.5.1. Urządzenia chłodzące działające z wykorzystaniem powietrza

2.3. Głębokie mrożenie produktów spożywczych

2.3.1. Cel głębokiego mrożenia

2.3.2. Procesy zachodzące podczas głębokiego mrożenia

2.3.3. Procesy zachodzące podczas przechowywania w głębokim mrożeniu

2.3.4. Parametry urządzeń do głębokiego mrożenia

2.3.4.1. Obliczanie czasu zamrażania

2.3.4.2. Obliczanie wydajności głębokiego mrożenia

2.3.5. Zachowanie produktów podczas głębokiego mrożenia

2.3.5.1. Uwagi ogólne

2.3.5.2. Zachowanie produktów podczas głębokiego mrożenia

2.3.5.2.1. Mrożenie przy użyciu wtłaczanego zimnego powietrza

2.3.5.2.2. Mrożenie przy użyciu substancji płynnych

2.3.5.2.3. Mrożenie przez bezpośredni kontakt z zimną powierzchnią

2.3.5.2.4. Mrożenie z wykorzystaniem urządzeń próżniowych

2.3.5.3. Przechowywanie w głębokim mrożeniu

Literatura

3. Charakterystyka zbóż i produktów zbożowych . (M. Molitor)

3.1.  Żyto zwyczajne

3.2.  Pszenica zwyczajna

3.3.  Budowa i składniki ziaren

3.4.  Jakie możliwości daje metoda opisu pośredniego i co z niej wynika?

3.4.1. Wilgotność [ICC nr 110/1]

3.4.2. Zawartość składników mineralnych [ICC nr 104/1]

3.4.3. Mokry gluten [ICC nr 137]

3.4.4. Wartość sedymentacji [ICC nr 116]

3.4.5. Liczba opadania [ICC nr 107]

3.4.6. Białka [ICC nr 105]

3.4.7. Farinogram (wodochłonność) [ICC nr 115/1]

3.4.8. Ekstensogram [ICC nr 114/1]

3.4.9. Amylogram [ICC nr 126/1]

3.5.  Proces produkcji

Literatura

4. Wpływ głębokiego mrożenia na ciasto i produkt gotowy . (K. Lösche)

4.1.  Wprowadzenie

4.2.  Wpływ głębokiego mrożenia na ciasto

4.2.1. Powstawanie kryształków lodu

4.2.2. Ciasto w systemie trójfazowym

4.2.2.1. Właściwości reologiczne

4.2.2.2. Głębokie mrożenie ciast

4.2.2.3. Zawartość CO<sub>2</sub> w ciastach

4.2.3. Drożdże piekarnicze a CO<sub>2</sub>

4.2.3.1. Właściwości funkcjonalne drożdży piekarniczych

4.2.3.1.1. Stymulatory wzrostu

4.2.3.1.2. Wartość A<sub>W</sub> i ciśnienie osmotyczne

4.2.3.1.3. Temperatura

4.2.3.1.4. Koloidy ochronne

4.2.3.1.5. Wartość pH

4.2.3.1.6. Powstawanie CO<sub>2</sub>

4.2.3.2. Głębokie mrożenie i rozmrażanie ciast

4.2.3.2.1. Straty aktywności fermentacyjnej drożdży

4.2.3.2.2. Rozpuszczalność CO<sub>2</sub> w wodzie w zależności od temperatury

4.2.3.2.3. Przekazywanie ciepła w cieście

4.2.4. Wpływ składników na stabilność ciasta

4.2.4.1. Utlenianie

4.2.4.2. Enzymy

4.2.4.3. Inne składniki

4.2.5. Zmiany zachodzące na skutek głębokiego mrożenia ciasta. Podsumowanie

4.3.  Głębokie mrożenie produktów gotowych (wypieczonych)

4.3.1. Wyrównanie ciśnienia po wypieku

4.3.2. Retrogradacja skrobi

4.4.  Przebieg procesu produkcji przy obróbce twardych owoców z wykorzystaniem głębokiego mrożenia

Literatura

5. Przebieg procesu produkcji dla głęboko mrożonych wygarowanych kęsów ciasta – projekt „Quick Step” firmy Puratos . (F. Devos, C. Wirtz)

5.1. Wprowadzenie

5.2.  Założenia projektu dla głęboko mrożonych wygarowanych kęsów ciast

5.3.  Przyczyny straty jakości w przypadku głęboko mrożonych wygarowanych kęsów ciast

5.4.  Wskazówki praktyczne przy produkcji głęboko mrożonych wygarowanych kęsów ciast

5.4.1. Składniki podstawowe

5.4.1.1. Mąka

5.4.1.2. Woda

5.4.1.3. Polepszacze

5.4.1.4. Drożdże

5.4.2. Przerabianie

5.4.2.1. Miesienie

5.4.2.2. Wyrabianie

5.4.2.3. Garowanie

5.4.2.4. Mrożenie

5.4.2.5. Wypiek

5.4.3. Polepszacz „Quick Step”

Literatura

6. Nowatorskie chłodzenie ciasta podczas miesienia przy użyciu CO_2. (D. Sikken, G. Dirksen, K. Lösche)

6.1.  Wprowadzenie

6.2.  Poziom zaawansowania techniki

6.3.  Iniektor suchego lodu (śniegu CO<sub>2</sub>)

6.4.  Badania techniczne

6.5.  Podsumowanie

Literatura

7. Kontrola garowania oraz mrożenie drobnego pieczywa pszennego przy zastosowaniu specjalnych chłodni oraz pieców piekarniczych . (M. Pittroff, H. Späth)

7.1. Wprowadzenie

7.2. Sposoby prowadzenia ciast oraz metody prowadzenia gary

7.2.1. Konwencjonalny sposób prowadzenia ciasta (produkcja bezpośrednia)

7.2.2. Długie prowadzenie garowania

7.2.3. Odroczone garowanie (GV)

7.2.4. Przerwane garowanie (GU)

7.2.5. Mrożenie (przebieg)

7.2.6. Inne czynniki

7.3. Wyznaczanie celu – potencjał kontroli procesu garowania

7.4. Warunki garowania

7.4.1. Właściwa wilgotność

7.4.2. Odpowiednia cyrkulacja powietrza

7.4.3. Geometria przestrzenna i rozprowadzanie powietrza

7.4.4. Rodzaje urządzeń

7.5. Piece piekarnicze a przebieg procesu wypiekania

7.5.1. Wymagania technologiczne

7.5.2. Wymagania techniczne

7.5.3. Łączenie w sieć – system CAB

7.6. Perspektywy

Literatura

8. Kontrola garowania przy produkcji drobnego pieczywa żytniego . (O. Bauermann)

8.1. Wprowadzenie

8.2. Różnice we właściwościach wypiekowych mąk pszennych i żytnich

8.3. Jakość surowców

8.3.1. Udział mąki a jej jakość

8.3.2. Drożdże piekarnicze

8.3.3. Zakwas

8.3.4. Polepszacz

8.3.5. Inne składniki

8.4. Tworzenie receptur

8.5. Technologia produkcji drobnego pieczywa żytniego

8.5.1. Przygotowanie ciasta

8.5.2. Dojrzewanie ciasta

8.5.3. Dzielenie i wyrabianie ciasta

8.5.4. Wstępne garowanie kęsów

8.6. Kontrola przebiegu procesu garowania

8.6.1. Wydłużone prowadzenie ciasta

8.6.2. Odroczone garowanie

8.6.3. Przerwane garowanie

8.6.4. Mrożenie szokowe kęsów ciasta bez gary

8.6.5. Mrożenie szokowe kęsów ciasta z garą

8.7. Przechowywanie w głębokim mrożeniu

8.8. Proces wypieku

8.8.1. Przygotowanie kęsów ciasta

8.8.2. Wypiek w różnych piecach piekarniczych

8.8.2.1. Wypiek w piecach obrotowych lub wsadowych

8.8.2.2. Wypiek kęsów ciasta z garą w sklepowych stacjach wypieku ze zintegrowaną fazą rozmrażania

8.9. Omówienie błędów przy wypieku

8.10. Podsumowanie

Literatura

9. Chłodzenie próżniowe Zeovac jako alternatywa dla mrożenia szokowego. (A. Cermak)

9.1. Wprowadzenie

9.2. Objaśnienie pojęć

9.2.1. Ciśnienie

9.2.2. Czas

9.3. Prawa fizyki

9.4. Technologia procesowa

9.4.1. Budowa

9.4.2. Funkcje

9.4.3. Zakres zastosowania chłodzenia próżniowego Zeovac

9.5. Metoda Unterbruch-Backmethode – nowa definicja

9.5.1. Popularność produktów z półzapieku

9.5.2. Opis techniczny metody Zeovac-Unterbruch-Backmethode

9.5.2.1. Faza 1 – wstępny zapiek

9.5.2.2. Faza 2 – szybkie schładzanie próżniowe

9.5.2.3. Faza 3 – przechowywanie

9.5.2.4. Faza 4 – dystrybucja

9.5.2.5. Faza 5 – wypiek końcowy

9.6. Zalety metody Zeovac w porównaniu z głębokim mrożeniem produktów z półzapieku

9.6.1. Zalety dla zakładu piekarniczego

9.6.2. Zalety dla sklepów

9.7. Wpływ receptury i przebiegu procesu produkcji na jakość

9.8. Dehydratacja/ rehydratacja/ smak

9.8.1. Straty wody na skutek chłodzenia próżniowego

9.8.2. Rehydratacja

9.8.3. Smak

9.9. Koszty/ zużycie energii

9.10. Inne zastosowania

9.10.1. Wstępne schładzanie produktów do głębokiego mrożenia

9.10.2. Schładzanie i zmniejszanie liczby drobnoustrojów

9.11. Podsumowanie

10. Nowatorski proces mrożenia pieczywa z użyciem próżni i entalpii. (R. Dollinger)

10.1. Wykorzystanie próżni – rys historyczny

10.2. Próżnia

10.3. Entalpia a prężność pary wodnej

10.4. Budowa i funkcje urządzenia chłodniczego wykorzystującego zjawiska entalpii i próżni

10.5. Zastosowanie metody chłodzenia z użyciem próżni i entalpii w piekarnictwie

10.5.1. Schładzanie pieczywa przed pakowaniem lub krojeniem

10.5.2. Przechowywanie pieczywa z półzapieku w warunkach chłodniczych

10.5.3. Przechowywanie produktów spożywczych w głębokim mrożeniu

10.5.4. Inne zastosowania w piekarnictwie

10.6. Rehydratacja a strata masy

10.7. Zakres zastosowania technologii

11. Mrożenie ciast i produktów gotowych przy użyciu gazów. (T. Wolf)

11.1. Proces zamrażania

11.2. Chłodzenie konwencjonalne

11.3. Chłodzenie przy użyciu dwutlenku węgla

11.4. Chłodzenie przy użyciu azotu

11.5. Aspekty termodynamiczne

11.6. Urządzenie kriogeniczne

11.7. Koszty

11.8. Kontrolowanie temperatury

11.8.1. Chłodzenie mąk

11.8.2. Chłodzenie w miesiarkach

11.8.3. Chłodzenie podczas transportu

12. Metoda półzapieku BIB-Ulmer Spatz do produkcji chlebów z udziałem żyta. (S. Keller, T. Enders)

12.1. Wprowadzenie

12.2. Szczegółowy opis metody półzapieku BIB-Ulmer Spatz

12.2.1. Fazy wypieku

12.2.1.1. Wstępny zapiek

12.2.1.2. Wypiek końcowy

12.2.1.3. Łączny czas pieczenia w porównaniu do produkcji bezpośredniej

12.2.2. Przechowywanie

12.2.2.1. Czas przechowywania

12.2.2.2. Pakowanie

12.2.2.3. Temperatury przechowywania

12.2.3. Przechowywanie po wypieku końcowym

12.3. Metoda półzapieku BIB-Ulmer Spatz w praktyce

12.3.1. Przebieg temperatur w jądrze

12.3.2. Pomiar temperatur w jądrze

12.3.3. Przegląd parametrów wypieku

12.3.4. Wyniki dla różnych rodzajów chleba

12.3.5. Możliwości zastosowania

12.4. Podsumowanie

Literatura

13. Chłodzenie adiabatyczne pieczywa krojonego. (H. Wolkenhauer, K. Lösche)

13.1. Zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia mikrobiologicznego przy produkcji i obróbce pieczywa

13.1.1. Wprowadzenie

13.1.2. Zasada należytej staranności wynikająca z przepisów prawa żywnościowego

13.1.3. Źródła zanieczyszczenia przy produkcji pieczywa

13.2. Działania zmierzające do zmniejszenia ryzyka zanieczyszczenia

13.2.1. Aspekty technologiczne

13.2.2. Działania ogólne/ Hygienic Processing

13.3. ADIAcool – chłodzenie adiabatyczne produktów spożywczych

13.3.1. Wprowadzenie

13.3.2. Przebieg procesu chłodzenia

13.3.2.1. Chłodzenie z udziałem i bez udziału wilgoci

13.3.2.2. Chłodzenie z udziałem parowania / chłodzenie adiabatyczne

13.3.3. Chłodzenie swobodne a adiabatyczne produktów spożywczych

13.4. Proces chłodzenia pieczywa

13.4.1. Schładzanie w naturalnych warunkach atmosferycznych

13.4.2. Technologia chleba tostowego

13.4.3. Chłodzenie próżniowe

13.4.4. Tunel chłodniczy

13.4.5. Chłodzenie powietrzem z zewnątrz przy zachowaniu wymogów <em>clean room</em>

13.4.6. Chłodzenie adiabatyczne (ADIAcool)

13.4.7. Zestawienie parametrów dla różnych rodzajów chłodzenia

13.5. Badania empiryczne na przykładzie produktów pełnoziarnistych

13.5.1. Czas chłodzenia

13.5.2. Spadek masy

13.5.3. Przydatność do spożycia

13.6. ADIAcool w produkcji pieczywa

13.6.1. Schemat instalacji

13.6.2. Opis urządzenia modelowego

13.6.3. Opis urządzenia przemysłowego

13.6.4. Wymagania <em>clean room</em>

13.7. Uwagi końcowe

Literatura

14. Ustalenie zapotrzebowania mocy chłodniczej w zakładach piekarniczych. (U. Dienstuhl)

14.1. Wprowadzenie

14.2. Aspekty teoretyczne przy ustalaniu zapotrzebowania mocy chłodniczej

14.2.1. Zapotrzebowanie mocy chłodniczej netto dla żywności mrożonej

14.2.2. Zapotrzebowanie mocy chłodniczej dla urządzeń transportowych

14.2.3. Zapotrzebowanie mocy chłodniczej w przypadku wnikania ciepła z zewnątrz

14.2.4. Zapotrzebowanie mocy chłodniczej w przypadku wymiany powietrza na skutek otwierania drzwi

14.2.5. Zapotrzebowanie mocy chłodniczej przy silnikach elektrycznych

14.2.6. Podsumowanie obliczeń zapotrzebowania mocy chłodniczej

14.3. Decyzje inwestycyjne

14.3.1. Dobór urządzeń

14.3.2. Porównanie kosztów chłodniczych urządzeń konwencjonalnych i kriogenicznych

14.3.3. Podsumowanie

Literatura

15. Analiza rentowności sklepowych stacji wypieku na podstawie wybranych współczynników. (C. Schmidt)

15.1. Wprowadzenie

15.2. Metodyka badań

15.3. Analiza danych na podstawie jednego z produktów

15.3.1. Dobór i ocena danych

15.3.2. Analiza wybranych współczynników

15.3.3. Obliczanie i analiza kosztów jednostkowych dla danego produktu

15.3.4. Obliczanie i analiza progu rentowności danego produktu

15.4. Obliczanie i analiza na płaszczyźnie stacji wypieku

15.5. Wnioski końcowe

Literatura

16. Gwarancja utrzymania jakości podczas przechowywania, transportu oraz w całym łańcuchu chłodniczym . (O. Orzelski)

16.1. Wprowadzenie do teorii gwarancji jakości w handlu

16.2. Utrzymanie jakości od momentu wyprodukowania do sprzedaży

16.3. Kontrola przy odbiorze produktów piekarniczych głęboko mrożonych

16.4. Przechowywanie produktów piekarniczych głęboko mrożonych

16.4.1. Chaotyczne przechowywanie produktów piekarniczych głęboko mrożonych

16.4.2. Systematyczne przechowywanie produktów piekarniczych głęboko mrożonych

16.5. Standardy higieniczne

16.5.1. Higiena otoczenia

16.5.2. Higiena urządzeń

16.5.3. Higiena osobista

16.5.4. Higiena produkcji

16.6. Transport do klientów

16.6.1. Transport z wykorzystaniem pojemników termicznych do produktów głęboko mrożonych

16.6.2. Transport w samochodach z systemem chłodzenia

16.7. Perspektywy na przyszłość dla kontrolowania temperatur

Literatura

Przypisy

Słowo wstępne

Niniejsza książka jest bezpośrednim nawiązaniem do publikacji Odroczony rozrost. Technologia w piekarni (WN PWN, Warszawa 2014) przygotowanej pod redakcją naukową dr. Hansa Hubera. Opisane w niej reformy piekarstwa w zakresie stosowania technologii chłodzenia przy produkcji pieczywa uległy od tego czasu dalszym zmianom i ulepszeniom. Zagadnienie głębokiego mrożenia ciast, pieczywa wypieczonego i innych środków spożywczych spotkało się z pozytywnym przyjęciem ze strony profesjonalistów z branży. Ponadto zaczęto brać pod uwagę już nie tylko aspekty techniczne czy technologiczne, lecz także ekonomiczne, prawne, logistyczne i wiele innych. Dlatego też zadaniem tej książki jest przedstawienie obecnego stanu rozwoju technologii chłodniczych w piekarstwie. Naszym celem jest również przybliżenie Czytelnikom – na tle dotychczasowych badań w tej dziedzinie – fizyczno-przyrodniczych podstaw chłodzenia i mrożenia produktów spożywczych oraz głębokiego mrożenia ciast i pieczywa wypieczonego. Nowe wyniki badań pomogą wyjaśnić i zrozumieć uprzednio nie do końca doprecyzowane tezy, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowania w zakładach piekarniczych technik chłodzenia konwencjonalnej i kriogenicznej, zarówno w ujęciu teoretycznym, jak i praktycznym.

Przedstawimy także nowości w zakresie chłodzenia, prowadzenia gary i głębokiego mrożenia ciast oraz pieczywa odpieczonego. Pokażemy nowe rozwiązania technologiczno-produkcyjno-techniczne i nowe możliwości produkcyjne płynące z zastosowania specjalnych polepszaczy przy pracy z głębokim mrożeniem.

Chęć zastosowania technologii chłodzenia w zakładzie piekarniczym wiąże się z przeorganizowaniem procesu produkcji, poczynając od miesienia ciast a kończąc na sposobach dostarczania zamrożonych produktów do sklepów. Jednak wiele możliwości, które zapewnia ta technologia, jest w dalszym ciągu niewykorzystanych, co z kolei może stanowić potencjał rozwoju zakładu zarówno pod względem technologiczno-jakościowym, jak i pod względem ekonomicznym (niższe koszty energii/ produkcji). Dlatego też znajomość technologii chłodzenia może stanowić solidną podstawę rozwoju danego zakładu i być kluczem do jego sukcesu na rynku piekarniczym.

Autorami książki są uznani mistrzowie piekarstwa, technolodzy, naukowcy, inżynierowie, ekonomiści i prawnicy, których wiedza i doświadczenie przyczyniły się do powstania kompendium na temat technologii chłodniczych.

Ponadto należą się wyrazy uznania współautorom, którzy służyli radą podczas redagowania książki i wyrażali konstruktywną krytykę na podstawie własnego doświadczenia.

Należy także wspomnieć i podziękować samemu wydawnictwu za udaną współpracę podczas prac redakcyjnych.

dr Klaus Lösche

Bremerhaven, listopad 2002 r.

10 Nowatorski proces mrożenia pieczywa z użyciem próżni i entalpii

R. Dollinger

10.1. Wykorzystanie próżni – rys historyczny

Historia chłodzenia próżniowego i jego zastosowania w praktyce sięga starożytnego Egiptu. Egipcjanie stawiali w nocy terakotowe garnki z wodą na dachach. Część wody, która przedostawała się przez ścianki garnka na zewnątrz, odparowywała pod wpływem zimnego wiatru wiejącego nocą, dzięki czemu pozostała w garnku woda była schładzana.

Mówiąc o historii wykorzystania zjawiska próżni w nauce, należy wspomnieć o słynnym eksperymencie półkul magdeburskich, przeprowadzonym w 1654 r. przez Ottona von Guericke (1602–86). Doświadczenie polegało na tym, że dwie miedziane półkule o średnicy 30 cm każda, o starannie zeszlifowanych krawędziach Von Guericke docisnął jedna do drugiej i uszczelnił. Następnie wypompował ze środka tak powstałej kuli powietrze. Okazało się, że sam nie jest w stanie oddzielić półkul – potrzeba była do tego siła aż ośmiu par koni.

Po wielu latach okazuje się, że próżnia, a w szczególności chłodzenie próżniowe ma zastosowanie w wielu różnych dziedzinach. Jedną z nich jest produkcja pieczywa.

10.2. Próżnia

Próżnia jako zjawisko fizyczne dzieli się na różne podgrupy. Biorąc pod uwagę jakość próżni, wyróżnia się:

próżnię niską

10^2–10^5 Pa (1–10^3 mbar)

próżnię średnią

10–1–10^1 Pa (10–3–1 mbar)

próżnię wysoką

10–5–10–1 Pa (10–7–10–3 mbar)

próżnię bardzo wysoką

< 10–5 Pa (< 10–7 mbar)

Nacisk powierzchniowy, który jest wywierany na ciało w próżni podczas pracy urządzenia, jest wielokrotnie niedoceniany, ponieważ maksymalna różnica ciśnienia w stosunku do ciśnienia atmosferycznego wynosi jedynie 1 bar (rys. 10.1), co na pierwszy rzut oka może wydawać się niedużo. Należy przypomnieć, że przez ciśnienie (Pa) rozumie się określoną siłę (N), która oddziałuje na określoną powierzchnię (m^2). Dla ciała w próżni oznacza to, że ciśnienie atmosferyczne z zewnątrz wywiera nacisk na powierzchnię w wysokości 100 000 N/m^2 (ok. 10 ton/m^2). Taki nacisk odpowiada naciskowi pięciu samochodów osobowych średniej klasy na 1 m^2 powierzchni.

Rys. 10.1. Schemat graficzny siły nacisku na ciało w próżni

10.3. Entalpia a prężność pary wodnej

Pod pojęciem entalpii rozumie się energię wewnętrzną danej substancji. Metoda chłodzenia z wykorzystaniem próżni i entalpii zakłada, że pieczywo jest schładzane dzięki zjawisku entalpii parowania wody w próżni. W zależności od stanu skupienia zmienia się każdorazowo także entalpia wody:

entalpia tworzenia 15 882,8 kJ/kg

entalpia topnienia 333,9 kJ/kg

entalpia parowania 2258,4 kJ/kg

ciepło właściwe 4,1855 J/g K

Porównując ze sobą różne parametry entalpii wody można zauważyć, że ciepło parowania jest o wiele wyższe niż ciepło właściwe oraz ciepło topnienia. W praktyce można to zobrazować następująco.

Dzięki energii (rys. 10.2), potrzebnej do przemiany 1 litra wody o temperaturze 100°C w parę wodną, można podgrzać ok. 6,74 litra wody z 20°C do 100°C lub zamienić odpowiednią ilość lodu (0°C) w 6,76 litra wody o temperaturze 0°C.

Rys. 10.2. Entalpia – strumień ciepła w przypadku wody

Z tego zjawiska korzysta metoda chłodzenia wykorzystująca próżnię i entalpię. Polega ona na tym, że przez stworzenie odpowiednich warunków próżniowych obniża się temperaturę parowania wody (rys. 10.3). Oznacza to, że wraz ze wzrostem ciśnienia w próżni opada temperatura parowania, np. przy ciśnieniu bezwzględnym w wysokości 12,27 hPa (mbar) woda zaczyna parować w temperaturze 10°C i powstaje para wodna. Na skutek zmiany stanu skupienia wody – przejście do pary wodnej (entalpia parowania) – produktowi zawierającemu wodę (np. bułkom) jest odbierane dużo energii. Dzięki temu można uzyskać pożądaną do przechowywania pieczywa temperaturę chłodzenia.

Rys. 10.3. Krzywa ciśnienia pary nasyconej wody w próżni

10.4. Budowa i funkcje urządzenia chłodniczego wykorzystującego zjawiska entalpii i próżni

Takie urządzenia chłodnicze działają w trybie wsadowym i składają się z dwóch głównych części.

Komora próżniowa jest pomieszczeniem, do którego trafiają wózki z produktami przeznaczonymi do schłodzenia. Ze względu na niesłychanie wysoki nacisk, który jest wywierany na ściany zewnętrzne urządzenia podczas powstawania próżni, komora próżniowa i drzwi muszą być wykonane w bardzo staranny i trwały sposób.

Stacja pomp jest konstrukcją, w której znajdują się agregaty pompowe, kondensatory, system zaworów oraz system sterowania urządzeniem.

Zgodnie z założeniem działanie urządzenia chłodniczego wykorzystującego zjawiska entalpii i próżni polega na tym, że komora próżniowa jest napędzana przez stację pomp.

System pracy takiego urządzenia przebiega w trybie wsadowym, jak zostało przedstawione na rys. 10.4.

Wózek z pieczywem z półzapieku (np. bułkami) trafia bezpośrednio z pieca wsadowego przez rampę najazdową do komory próżniowej (1); rys. 10.5.

1. komora próżniowa

2. pompa próżniowa

3. wstępna pompa próżniowa

4. główny kondensator

5. pojemnik zbiorczy kondensatu

6. drugi kondensator

7. zawór nawadniający

8. zawór czyszczący

9. zawór zimnej wody

10. zawór odcinający pompę wstępną

11. zawór spustu kondensatu – drugi kondensator

12. zawór spustu kondensatu

13. zawór odcinający pojemnik zbiorczy kondensatu

14. zawór napowietrzający z filtrem

Rys. 10.4. Schemat działania urządzenia chłodniczego wykorzystującego zjawisko próżni i entalpii autorstwa Fa. Werner & Pfleiderer Lebensmitteltechnik

Rys. 10.5. Zdjęcie komory próżniowej do pracy w trybie wsadowym

Po wprowadzeniu wózków do komory próżniowej i wybraniu odpowiedniego programu urządzenie zaczyna pracę. Zawór napowietrzający (14), zawór spustu kondensatu (12), zawór spustu kondensatu – drugi kondensator (11) oraz zawór nawadniający (7) są zamykane, a zawór odcinający pompę wstępną (10) i zawór zimnej wody (9) są otwierane. Pompa próżniowa (2) – rys. 10.6 oraz wstępna pompa próżniowa (3) – rys. 10.7 rozpoczynają pracę i sukcesywnie odprowadzają powietrze, tworząc próżnię w komorze próżniowej. Czujnik ciśnienia (pv) jest odpowiedzialny za ustanowienie ciśnienia bezwzględnego w komorze próżniowej. Przebieg jego pracy z opcją sterowania można śledzić na panelu sterującym Touch Screen.

Czujniki temperatury (T1, T2) mierzą temperaturę zimnej wody przy wejściu i wyjściu z kondensatora (4). Sterowanie temperaturą odbywa się za pośrednictwem otwierania i zamykania zaworu zimnej wody (9), dzięki czemu jej zużycie jest minimalizowane.

Rys. 10.6. Zdjęcie pompy próżniowej w stacji pomp

Rys. 10.7. Zdjęcie wstępnej pompy próżniowej w stacji pomp

Praca kondensatora wspomaga działanie obydwu pomp próżniowych, przy czym powstała para wodna kondensuje się do postaci wody na wężownicy w kondensatorze. Nagła zmiana objętości powoduje działanie pomp kondensatora. Powstający kondensat jest gromadzony w pojemniku zbiorczym kondensatu (5). Efektywność działania zależy od możliwości ustawiania najniższej temperatury zimnej wody. Po osiągnięciu pożądanej temperatury w próżni, która jest o 5°C wyższa niż początkowa temperatura zimnej wody, dochodzi do zamknięcia zaworu odcinającego pojemnik zbiorczy kondensatu (13).

Pozostałości kondensatu są zbierane w drugim kondensatorze (6) i gromadzone w pojemniku zbiorczym drugiego kondensatora. Podczas wytwarzania próżni w komorze próżniowej program sterujący stale dokonuje pomiarów ciśnienia i porównuje je z wartością ciśnienia bezwzględnego.

W momencie gdy ciśnienie w komorze osiągnie pożądaną wartość, system sterowania (rys. 10.8) wyłącza pompę próżniową (2). Następnie dochodzi do zamknięcia zaworu odcinającego pompę wstępną (10) i do otwarcia zaworu napowietrzającego (14).

Rys. 10.8. Zdjęcie panelu sterującego urządzenia

Potem, w możliwie jak najkrótszym czasie, następuje wyrównanie ciśnienia w komorze próżniowej. Zawór spustu kondensatu – drugi kondensator (11), zawór odcinający pojemnik zbiorczy kondensatu (13) oraz zawór spustu kondensatu (12) są otwierane i kondensat jest odprowadzany. Wówczas można otworzyć drzwi komory próżniowej i wyciągnąć wózki z produktami. Urządzenie jest znowu gotowe do kolejnego procesu schładzania próżniowego.

10.5. Zastosowanie metody chłodzenia z użyciem próżni i entalpii w piekarnictwie

Możliwości zastosowania metody chłodzenia z użyciem próżni i entalpii w piekarnictwie są rozmaite. Zasadniczo wyróżnia się trzy podstawowe zakresy zastosowania (rys. 10.9), które są możliwe po zakończeniu procesu chłodzenia próżniowego. Należy jednak pamiętać, że występuje jeszcze wiele innych zastosowań tej metody zarówno w piekarnictwie, jak i w technologii żywności.

Rys. 10.9. Możliwości zastosowania metody chłodzenia z użyciem próżni i entalpii w piekarnictwie

10.5.1. Schładzanie pieczywa przed pakowaniem lub krojeniem

Jedną z możliwości zastosowania tej metody jest schładzanie pieczywa do temperatury jądra w wysokości +30°C. Po osiągnięciu takiej temperatury jest możliwe krojenie lub pakowanie schłodzonego pieczywa. Dzięki temu produkcja może odbywać się na krótko przed wysłaniem pieczywa do sklepów firmowych, czyli szybciej niż było to w przypadku stygnięcia w koszach lub na wózkach.

Z uwagi na brak konieczności odstania pieczywa aż do momentu ostygnięcia, jest możliwe efektywniejsze wykorzystanie przestrzeni produkcyjnej. Ponadto zastosowanie metody chłodzenia próżniowego wpływa pozytywnie na strukturę skórki i chrupkość pieczywa, np. chleba krojonego. Efekt ten jest osiągany dzięki ustabilizowaniu skórki, jednak bez zmiany jej grubości. Dlatego też produkt końcowy cechuje wyższa jakość (rys. 10.10).

Stabilizowanie skórki dzięki metodzie chłodzenia próżniowego przy ciastach, np. panettone, przekłada się na znaczny wzrost objętości produktu końcowego.

Rys. 10.10. Chleb żytni mieszany schłodzony po wypieku do temperatury odpowiedniej do jego pokrojenia

Stabilizowanie skórki jest efektem szybkiego a jednocześnie ostrożnego chłodzenia z wykorzystaniem próżni i entalpii. Szybsze twardnienie skórki zewnętrznej ciasta, np. panettone (rys. 10.11), powoduje większą objętość i porowatość produktu w porównaniu do klasycznego studzenia na wózkach czy w koszach. Wzrost objętości może sięgać nawet 20%.

Rys. 10.11. Wzrost objętości panettone dzięki zastosowaniu chłodzenia próżniowego (nawet o 20%)

10.5.2. Przechowywanie pieczywa z półzapieku w warunkach chłodniczych

Innym zastosowaniem chłodzenia z wykorzystaniem próżni i entalpii jest przechowywanie pieczywa z półzapieku w warunkach chłodniczych (od +2 do +4°C). Wybór czasu przechowywania w tym zakresie temperatur jest uzależniony od pewnych faktów.

Większość drobnoustrojów ginie po osiągnięciu temperatury jądra produktów w wysokości 94°C. W przypadku późniejszego zastosowania chłodzenia próżniowego dochodzi do szybkiego przejścia krytycznego zakresu temperatur, tj. od +65 do +4°C (rys. 10.12), dzięki czemu jest możliwe zatrzymanie wzrostu drobnoustrojów. Tak schłodzone pieczywo z półzapieku (np. bułki) może być przechowywane w temperaturze od ok. +2°C do +4°C nawet przez 21 dni.

Zastosowanie tej metody schładzania i przechowywania pieczywa daje piekarzowi możliwość wykorzystania nowych sposobów produkcji i dystrybucji produktów do sklepów firmowych przy jednoczesnym wzroście jakości i wydajności produkcji.

Poniżej przedstawiono przykładowy przebieg procesu produkcji bułek z wykorzystaniem schładzania próżniowego.

Rys. 10.12. Prędkość chłodzenia w urządzeniu chłodniczym wykorzystującym zjawisko próżni i entalpii

Bułki są wypiekane w piecu wsadowym w pierwszej kolejności, przy temperaturze ok. 230°C, przez 50% całkowitego czasu pieczenia. Temperatura jądra ze względu na drobnoustroje musi wynosić minimum 94°C. Następnie, możliwie jak najszybciej, bułki są schładzane w komorze próżniowej aż do osiągnięcia temperatury jądra w wysokości ok. +4°C (tj. po osiągnięciu ciśnienia 7 mbar w komorze).

Utrata masy na skutek odparowywania wody podczas chłodzenia próżniowego jest minimalizowana przez proces rehydratacji. Jednak dzięki chłodzeniu z wykorzystaniem próżni i entalpii dochodzi do stabilizacji skórki pieczywa.

Mimo krótszego czasu pieczenia oraz słabszego zbrązowienia skórki produkty z półzapieku (rys. 10.13) utrzymują swój kształt – w przeciwieństwie do innych stosowanych metod chłodzenia.

Rys. 10.13. Zdjęcie bułki wyprodukowanej z udziałem chłodzenia próżniowego o temperaturze jądra 4°C

Bułki z półzapieku po osiągnięciu odpowiedniej temperatury są przechowywane w chłodniach w temperaturze ok. +4°C. Czas przechowywania powinien wynosić przynajmniej 2 dni, żeby mogło dojść do wyrównania poziomu wilgotności w bułce, a maksymalny czas przechowywania – zazwyczaj 21 dni.

W przypadku konieczności ręcznego przekładania schłodzonych bułek z półzapieku należy zwrócić szczególną uwagę na to, żeby nie zanieczyścić bułek żadnymi drobnoustrojami, tzn. dopuszcza się kontakt z pieczywem jedynie w sterylnych rękawicach, a samo urządzenie chłodnicze jest wyposażone w sterylny filtr na ponownym dopuszczaniu powietrza do komory próżniowej.

Po zakończeniu przechowywania bułki mogą być od razu wypiekane. W przypadku transportu schłodzonego pieczywa do sklepów można zastosować logistykę MOPRO. Alternatywnie dopuszcza się transport w izolowanych pojemnikach w temperaturze ok. +4°C.

Następnie pieczywo jest dopiekane na miejscu, w sklepie, w temperaturze 240°C.

Wypieczone w ten sposób pieczywo cechują chrupiąca skórka oraz intensywny aromat. Nie jest to efekt grubszej skórki, lecz pozostałej w pieczywie w okolicach skórki wilgoci.

10.5.3. Przechowywanie produktów spożywczych w głębokim mrożeniu

Dzięki zastosowaniu chłodzenia z wykorzystaniem próżni i entalpii możliwe jest osiągnięcie w krótkim czasie temperatur poniżej –18°C. Dlatego też ma ono wiele zastosowań w technologii żywności.

10.5.4. Inne zastosowania w piekarnictwie

Innym zastosowaniem metody chłodzenia z wykorzystaniem próżni i entalpii jest wstępne schładzanie produktów przeznaczonych do głębokiego mrożenia do temperatury ok. +2°C. W tym przypadku technologia ta służy ekonomizacji procesu schładzania (oszczędność energii) i zwiększeniu wydajności procesu produkcji towarów głęboko mrożonych.

W przerwach w produkcji chłodzenie próżniowe może być wykorzystywane przy produkcji łamanego lodu, sterylizowaniu kast lub koszyków rozrostowych czy też suszeniu pieczywa.

10.6. Rehydratacja a strata masy

Podczas chłodzenia próżniowego z produktów woda jest odprowadzana i odparowywana. W technologii chłodnictwa próżniowego pod pojęciem rehydratacji rozumie się ponowne dostarczenie wody do schłodzonych produktów.

Średnia utrata masy bez wykorzystania procesu rehydratacji jest zróżnicowana i zależy od wielkości, receptury, rodzaju produktu oraz docelowej temperatury schłodzenia. Zazwyczaj wynosi ona 4–8% masy produktu.

Dzięki zastosowaniu procesu rehydratacji tę utratę masy można zmniejszyć nawet o 30%, np. przez rozpylanie mgły wodnej podczas schładzania i podczas ponownego wtłaczania powietrza do komory próżniowej. Ze względu na zjawisko kapilarne na powierzchni skórki (analogiczne do gąbki) utracona woda powraca do produktów.

Dodatkowo stratę wody można pomniejszyć poprzez dodanie do receptury lipidów i lecytyny. Stratę wody można też wyrównać podczas wypieku przez wielokrotne zaparowywanie.

10.7. Zakres zastosowania technologii

Urządzenie do chłodzenia z udziałem entalpii i próżni potrzebuje do działania jedynie wody i prądu. Dlatego też nie ma tu mowy o stosowaniu kosztochłonnych czynników chłodniczych dodatkowo zanieczyszczających środowisko.

Sama obsługa urządzenia jest prosta i przejrzysta dzięki zastosowanemu panelowi sterującemu. Ponadto jest możliwe zastosowanie tej oszczędnej i chroniącej środowisko technologii także w innych branżach niż piekarnictwo, np. w chłodzeniu dań gotowych, napojów, ciast, makaronów, liofilizacji produktów, oraz w medycynie. Chłodzenie próżniowe można byłoby bowiem stosować przy sterylizacji urządzeń medycznych. Z pewnością ma ono przed sobą przyszłość.