Округления тестовых заготовок

 

Округление тестовых заготовок, т.е. придание им шарообразной формы обычно осуществляется сразу после деления теста на куски. Этот процесс при выпечке круглых подовых изделий является процессом окончательного формования кусков теста, после чего они поступают на окончательную расстойку. Так обстоит дело при производстве круглых булочек и круглого подового хлеба.

При производстве многих видов изделий из пшеничной сортовой муки (батонов, булочек, плетенок и т.п.) округление является лишь первой, промежуточной стадией формования изделия, за которой следует предварительная (промежуточная) расстойка округленных сортов хлеба.

При округлении кусков теста происходит сглаживание всех неровностей на поверхности куска, получившихся при делении, закрытие пор и образование на поверхности гладкой пленки, препятствующей выходу газа из теста при расстойке, что увеличивает объем куска, дает боле равномерную пористость и улучшает внешний вид изделия при выпечке.

При округлении поверхностные слои тестовой заготовки уплотняются и ей придается шарообразная форма. При этом тестовая масса заготовки подвергается многократному и различному по глубине деформированию. При взаимодействиии упруго-эластичного шара тестовой заготовки с твердой поверхностью формующего желоба возникают связи сложного процесса трения, оказывающие существенное влияние на процесс формования при относительном движении.

Теоретические предпосылки модели процесса базируются на малекулярно-механической теории трения, которая обуславливает двойственную природу возникновения сил на реальной фрикционной площадке, состоящих из деформационной и адгезионной составляющих.

Деформация теста при округлении носит сложный упругий, упруго-эластичный и пластичный характер и является основным фактором, определяющим изменения физико-механических свойств поверхностного слоя заготовки. Она обуславливает внешнее трение, приводит к изменению площадки фактического контакта и физического рельефа поверхности, оказывающих решающие влияние на образование сил трения и уплотнения поверхностных слоев обрабатываемой массы.

Пластическая деформация тестовой заготовки зависит от продолжительности действия нормальной нагрузки. В процессе движения (качения) заготовки по твердой поверхности на границе формующего канала в некоторые промежутки времени возникают условия для проскальзывания поверхности заготовки. Скольжение способствует уплотнению и сглаживанию поверхностного слоя заготовки. На площадке контакта проявляют себя силы молекулярного воздействия, образуя адгезионные связи, характер которых зависит от природы обрабатываемой массы и контактируемой с ней твердой поверхности.

При контактировании массы с формующим элементом силы адгезии участвуют в деформировании массы и тем самым увеличивают силу трения:

F_тр=F_д+F_а (3.1)

где:

F_д – деформационная составляющая силы трения, обусловленная деформированием поверхностных слоев тел при трении;

F_а – адгезионная составляющая силы трения, обусловленная молекулярным взаимодействием в зоне площадки фактического контакта.

Исходя из представленной физической сущности механизма формования, рассмотрим процесс округления в машине более подробно.

Куски теста, падая в округлитель, имеют неправильную форму и установить какие либо закономерности процесса на первых двух-трех оборотах, пока тестовая заготовка не примет форму, близкую к форме шара, не представляется возможным. В дальнейшем процесс округления можно рассматривать как обкатывание упруго-вязкого эластичного шара по несущей поверхности в результате приложения силы Q к формующей поверхности, расположенной под углом к несущей поверхности (Рис. 3.1.). Для упрощения несущую поверхность расположим горизонтально, а формующую – под углом g=p/2 к ней. За время dt формующая поверхность переместится из положения 1 в положение 2. Центр заготовки О₁ переместится в положение О₂. Под действием приложенной силы Q произойдет сминание шаровой поверхности на глубину d.

 

(3.2)

 

где:

R – радиус заготовки;

r – радиус пятна сминания.

В зоне контакта образуется площадка:

 

(3.3)

 

При перекатывании заготовки происходит ее скольжение по формующей поверхности со скоростью v. В результате сминания поверхностного слоя и его скольжения по формующей поверхности заготовка уплотняется и происходит сглаживание неровностей на ее поверхности. В дальнейшем уплотненный слой обладает повышенной газо- и формоудерживающей способностью.

За одно перекатывание по формующей поверхности на тестовой заготовке образуется пояс сминания длиной:

(3.4)

 

Рис. 3.1. Схема действия сил при формовании тестовой заготовкив виде шара.

1 – несущая поверхность; 2 – формующая поверхность; 3 – тестовая заготовка.

 

 

Для равномерного окатывания поверхности заготовка должна за это время переместиться по несущей поверхности на расстояние l_н=r¸1,5r, при этом скорость перемещения заготовки по несущей поверхности будет ниже, чем по формующей в b раз, где

(3.5)

 

Для пшеничного теста b =15¸20. Поэтому усилие, необходимое на перемещение заготовки вдоль несущей поверхности, составляет лишь 1/15¸1/20 от усилия Q и им можно пренебречь.

На несущей поверхности также происходит сминание заготовки и образуется опорная площадка радиусом r_н>r, поскольку здесь, кроме прочих сил, действует и масса заготовки, скольжение на ней можно не учитывать. С учетом скольжения j фактическая скорость перемещения тестовой заготовки по формующей поверхности будет равна:

v_окр=v´j (3.6)

Сила трения F_тр будет направлена в сторону, противоположную скольжению, а ее значение с учетом деформационной и адгезионной составляющих (при скольжении упруго-вязко-эластичного тела) определяется уравнением:

 

(3.7)

 

где h – глубина деформационной зоны контакта;

d – средний диаметр единичного фрикционного контакта;

s_с – сопротивление тела на сдвиг;

s_n – среднее напряжение сжатия тела в зоне контакта;

r – радиус пятна контакта.

В уравнении (3.7) не учтена зависимость силы трения от скорости скольжения. В области скоростей, возникающих в округлительных машинах (v =1¸1,5 м/с), сила трения с увеличением скорости уменьшается. Кроме того, с увеличением скорости уменьшается длительность контакта, что также приводит к уменьшению силы трения. В этом случае сила трения будет определяться уравнением:

 

(3.8)

 

где x – коэффициент, учитывающий уменьшение силы трения с увеличением скорости движения.

Результирующую силу Р и еe направление можно определить из суммы моментов действующей силы и массы заготовки относительно точки С. Обозначим угол между приложенной силой Q и направлением результирующей силы Р через a, тогда:

(3.9)

 

 

Полученное уравнение позволяет определить величину силы воздействия формующей поверхности округлителя в зависимости от физических свойств теста, скорости скольжения и коэффициента трения теста по формующей поверхности.

Произведя ряд несложных преобразований, получим окончательное выражение для заготовки массой q:

(3.10)

 

 

где r – плотность заготовки.

(3.11)

 

Анализ уравнения показал, что изменение массы заготовки q в незначительной степени влияет на силу, приложенной к формующей площадке. Весьма существенно влияет коэффициент трения, глубина сминания заготовки и величина, пропорциональная отношению s_с/s_n.

Проведенный анализ процесса округления и полученные математические зависимости позволяют обосновать конструктивное решение тестоокруглительной машины и рассчитать ее оптимальные параметры, а также найти пути улучшения эксплуатационных характеристик существующих машин.