На формирование вкуса и аромата хлеба могут оказывать существенное влияние различные продукты спиртового и молочнокислого брожения теста, а также целый ряд веществ, синтезируемых при их взаимодействии. Такая многофакторность процесса требует высокой точности его контроля.
Возможно, но не оптимально
Конечно, в случае небольших хлебопекарных и кондитерских цехов или минипекарен допустимо пользоваться чанами из пищевого пластика или не ржавеющей стали, приспосабливая их для ферментации. При наличии определенного опыта и сноровки можно выйти на приемлемые показатели стабильности. При этом придется делать ставку на опыт, физическую силу, точность расчетов при составлении рецептуры и регулярный контроль температуры. Для артизанских пекарен подобная практика может заодно предъявляться в качестве доказательства ремесленного характера производства. Однако в реальности ручные технологии предполагают множество точек контроля, провоцирующих разного рода ошибки и отклонения в рецептуре.
Технологические аспекты
Действительно высокая актуальность машинного ведения ферментативных процессов предопределена их живой природой, которая чрезвычайно усложняет ручной процесс рецептурной поддержки приготовления ферментативных препаратов. Здесь необходимо понимать, что обеспечение высокой точности контроля процесса ферментации возлагает на человека большую ответственность. Заключается она в поддержании требуемой точности составления и дозирования ингредиентов, прецизионном контроле отработки заданных режимов процесса и, наконец, своевременном обнаружении критических отклонений от целевых показателей ферментативных фаз.
Если обратиться к азам процесса приготовления заквасок, то, помимо известного вклада дрожжей, он обеспечивается активностью двух разных видов молочнокислых бактерий: гомоферментативных и гетероферментативных. Первые отвечают за продуцирование одной только молочной кислоты, тогда как второй вид бактерий способен вырабатывать молочную и уксусную кислоты, а также иногда двуокись углерода. При этом идеальные условия для гомоферментативных бактерий реализуются при температуре 35°C, а для гетероферментативных — 20°C.
На свойства закваски влияет и плотность ферментативной среды. Более жидкие закваски, выдерживаемые при температуре от 30 до 35°C, отличаются ароматом кисломолочных продуктов и напоминают сливки. Чем выше температура из приведенного диапазона, тем более выражен кисломолочный характер закваски. Вязкие закваски с более низкой температурой ферментации на уровне 20...25°C выделяются резковатым винно-уксусным ароматом благодаря преимущественной активности гетероферментативных бактерий. Чем ближе температура ферментации к 20 °C, тем сильнее проявление винно-уксусного аромата.
Таким образом, аромат и свойства закваски будут во многом определяться температурой брожения и соотношением воды и муки в выбранной рецептуре. Консистенция закваски также оказывает влияние и на итоговые свойства хлебного мякиша: будет ли он упругим или воздушно-мягким, более привычным для европейцев.
Кроме того, жидкие закваски всегда отличаются более низким уровнем pH:
в данном случае он стабилизируется приблизительно в диапазоне 3,5...3,7 на финальной стадии процесса ферментации в отличие от густых заквасок, что связано с чуть замедленным метаболизмом бактерий в среде с меньшим относительным количеством влаги. Развитие консервационных функций закваски достигается после снижения уровня pH за отметку в 4,2, где и создаются губительные условия для всех патогенных микроорганизмов, присутствующих в атмосфере и растениях. В конечном итоге высокая кислотность закваски обеспечивает длительные сроки хранения хлеба без ранних проявлений активности патогенной флоры. Ведь наши предки без всяких консервантов выпекали хлеб, который мог храниться и не портиться на протяжении 2-3 недель благодаря консервационным свойствам заквасок.
В современных реалиях на помощь энтузиасту-пекарю или технологу индустриального производства приходит передовое промышленное оборудование, предлагаемое как для небольших масштабов производства и малых площадей, так и для крупных хлебокомбинатов. На российском рынке фрагментарно представлено ферментационное оборудование европейских фирм. В последние годы все активнее в данном сегменте заявляют о себе отечественные производители ферментаторов и автоматизированных систем брожения.
Для малого и среднего бизнеса
Существует множество вариантов исполнения ферментаторов. По типу процесса они делятся на системы периодического и непрерывного действия, интегрируемые в высокопроизводительные линии. По назначению ферментаторы подразделяются на оборудование для производства опары (пулиша), заквасок, а также универсальные системы.
Кроме того, существуют различия по степени и комплексности контроля процесса:
- компактные установки с автономным контролем процесса;
- комплексные многокомпонентные системы с централизованным контролем всех процессов, начиная от подачи и дозирования компонентов (муки, воды, материнской закваски, стартовых культур, дрожжей, солода, сахара и т. д.) и заканчивая транспортировкой готового продукта брожения на линию по приготовлению теста.
Компактные установки небольшой и средней производительности предлагаются с горизонтальными или вертикальными бродильными емкостями. Исполнение устройства определяет полезную емкость (в вертикальных системах она больше) и поверхность газообмена (в лидерах — горизонтальные системы).
В зависимости от области применения ферментаторов они могут отличаться по наличию или отсутствию системы темперирования со встроенной системой охлаждения (актуально для пшеничных заквасок).
Компактные машины
Для потребностей минипекарен и небольших цехов предлагаются компактные ферментаторы, главной отличительной особенностью которых является малая занимаемая площадь. Они имеют вертикальную компоновку (вертикальная ось резервуара) с компактным расположением узлов и агрегатов в едином корпусе или на единой раме. Сама по себе конструкция машины достаточно проста. Она состоит из рамы, внешних корпусных панелей, встроенного неподвижного резервуара цилиндрической формы, герметичной крышки резервуара с воздушным клапаном, главного привода и вращаемого им лопастного перемешивающего органа (агитатора), системы опорожнения/слива продукта, пульта управления с блоком электроавтоматики, датчиков температуры, уровня.
Поддержание внутри резервуара контролируемой температуры обеспечивается посредством соответствующих встроенных агрегатов. В зависимости от варианта исполнения могут применяться тэны либо нагревательная рубашка, внутри которой циркулирует теплоноситель (пар — из централизованной системы или встроенного парогенератора, горячая вода — из централизованной системы водоснабжения либо из контура отдельно стоящего терморегулятора). В ряде моделей реализуется возможность полноценного темперирования резервуара (реализация баланса гибкого оперативного контроля температуры, а также нагрева и охлаждения) посредством установки холодильного агрегата со встроенными испарителем и компрессором.
Отбор готового продукта брожения осуществляется посредством встроенного насоса, который обеспечивает опорожнение резервуара через патрубок на днище или посредством естественного слива через соответствующий патрубок с вентилем, механическим фильтром и крышкой.
Главным компонентом ферментаторов выступает программно-логический контроллер с вынесенным пультом управления. Современная управляющая электроника позволяет не только обеспечивать выполнение различных программ ферментации (каждая может состоять из нескольких независимых фаз со своими уникальными режимами), но и помогать технологу безошибочно дозировать компоненты посредством рецептурного калькулятора. В отличие от кустарной аппаратуры совершенные промышленные ферментаторы обеспечивают достижение точного температурного значения внутри резервуара, а также поддерживают заданное значение (в рамках технически реализуемого поля допуска) температуры при наличии полноценной функции темперирования.
Наличие тензодатчика в опорах или шасси установки может значительно облегчить процесс дозирования компонентов закваски за счет точного замера текущей массы нетто резервуара. В обязательном порядке в емкости установки размещается датчик температуры, который призван обеспечивать обратную связь системе управления установкой для поддержания заданного профиля температуры во время цикла ферментации и в режиме хранения. Опционально предусмотрен и встроенный датчик из мерения уровня pH для точного контроля целевого уровня кислотности. Эта опция позволяет вовремя обнаружить наступление нештатной ситуации и скорректировать ход процесса за счет добавления соответствующих компонентов или коррекции программных режимов ферментации. Датчик переполнения фиксирует момент предельного объема продукта и сигнализирует системе управления ферментатора о включении агитатора либо аварийного сброса.
Современные модели ферментаторов имеют соответствующее продвинутое санитарно-гигиеническое исполнение: корпус, патрубки слива, агитатор, бак и крышка изготавливаются из нержавеющей стали, предусматривая возможность влажной очистки с применением средств мойки повышенного давления (минимальный уровень пылевлагоза-щиты IP65) и соответствующих пенных детергентов. Более того, для облегчения тщательной санитарной обработки агитатор делается легкосъемным и может промываться стандартным образом в профессиональной или индустриальной моечной машине.
Помимо непосредственно ферментаторов их ведущие производители предлагают востребованный ассортимент стартовых культур, чтобы содействовать технологам заказчика в быстром освоении производства заквасок с использованием приобретенного оборудования.
На отечественном рынке компактных ферментаторов представлены машины отдельных европейских производителей, а также продукция российских заводов — например, «Чувашторгтехника» (ТМ Abat).
Системы индустриального уровня
При больших объемах производства хлеба, помноженных на широкий ассортимент хлебобулочной продукции, возникает необходимость в развитой комплексной системе ферментации с емкостным оборудованием большого объема и централизованным контролем каждого процесса, отвечающего за дозирование и брожение отдельных компонентов. К комплексной системе предъявляются иные требования с точки зрения организации процесса, поскольку обслуживание широкой линейки продуктов при высоких объемах выпуска требует поистине прецизионного контроля по каждой системе ферментации при одновременном распараллеливании процессов их приготовления.
С учетом того, что хлебопекарное производство может потреблять от нескольких сотен килограммов до десятков тонн ферментативных препаратов в сутки, возникает необходимость в надежном контроле множества основных и вспомогательных процессов. Речь идет о приготовлении опар и заквасок, подготовке дрожжей, хранении материнских и готовых заквасок, обеспечении дозирования и подачи компонентов, транспортировании готовых препаратов на тестоприготовительные линии.
Индустриальные компоненты системы имеют стационарное исполнение и могут базироваться на единой платформе. Несмотря на то, что в индустриальных линиях могут предусматриваться варианты с ручным дозированием компонентов, их главная отличительная особенность заключается в реализации полностью замкнутой системы с автоматической подачей и дозированием ингредиентов.
Сыпучие ингредиенты транспортируются посредством трубопроводов под действием либо вакуума, либо сжатого воздуха или инертных газов, а также шнеков. Их точное дозирование осуществляется посредством объемных дозаторов с применением шнековых дозирующих устройств. Жидкие фракции дозируются насосами и контролируются посредством электронных расходомеров, отсекающих подачу компонента по мере достижения заданного объема перекаченной жидкости (с учетом постоянства сечения и плотности перекачиваемой среды).
Независимо от количества и специализации ферментационных агрегатов, автоматизированный контроль подачи компонентов обеспечивает стабильность качественных результатов во времени и позволяет полностью исключить человеческую ошибку. Более того, интеграция датчика pH-метра внутри резервуаров дает возможность очень точно регулировать процесс и оперативно устранять возникающие отклонения в контролируемых параметрах процесса (например, после устранения выявленной неисправности в работе контрольной аппаратуры).
Стационарность и сложность индустриальных систем сокращает возможности для регулярной ручной мойки резервуаров, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры и перемешивающих органов. Поэтому они располагают встроенными системами автоматической мойки, которые вручную или на основании выбранной программы инициируются в заданные интервалы времени и осуществляют мойку оборудования изнутри. Трубопроводы систем ферментации также промываются в автоматическом режиме с применением продвинутых пиг-технологий трубопроводной очистки.
Современные цеха ферментации могут включать огромный комплекс оборудования, объединенного в единую систему и управляемого централизованно. Например, состоять из: нескольких накопительных силосов для пшеничной, ржаной муки, спельты, соли, сахара; станций для растворения сухих компонентов (соли и сахара); бродильных агрегатов для созревания солода, брожения заквасок, опары; установок для кондиционирования дрожжей; станций переработки хлебного возврата; резервуаров для хранения маточных и готовых препаратов; емкостей с маслом; специального оборудования (нагнетателей для функционирования транспортной системы, процеживателей, фильтровальных станций, оборудования автоматизированной очистки трубопроводов и, конечно же, автоматизированных систем для точного дозирования и смешивания компонентов). В России разработкой и производством индустриальных автоматизированных систем ферментации для хлебопекарной промышленности занимается компания МСП.
Непрерывные системы
Выше были описаны процессы порционной подготовки ферментативных препаратов, когда компоненты смешиваются дискретными порциями с учетом соответствующего объема резервуара ферментатора. Пока последний отрабатывает соответствующую рецептуру, дозирование компонентов не осуществляется: резервуар должен быть опорожнен и тщательно промыт. В качестве альтернативы для производства ржаных и смешанных заквасок в разное время предлагались системы, в которых дозирование компонентов и приготовление ферментативных препаратов происходит непрерывно.
Принципиально непрерывный процесс приготовления закваски разбит на две фазы: смешивание компонентов и ферментация. Вначале сыпучие компоненты (мука и стартовая культура) дозируются и объединяются в один поток внутри станции дозирования. Далее полученная комбинация сыпучих ингредиентов поступает в смеситель, где они тщательно перемешиваются с водой. Вторая ступень установки — ферментативная труба. Ее длина подбирается в соответствии с производительностью системы. Для экономии производственной площади труба-ферментатор может устанавливаться снаружи помещения, например, на крыше или стене здания. По завершении процесса ферментатор охлаждается до температуры 10-15°C. Такое решение позволяет обеспечивать длительное хранение закваски сроком до нескольких дней и даже консервировать ее в качестве очередного стартера до следующего производственного цикла. В этом случае труба-ферментатор вновь прогревается до 30°C.
К плюсам непрерывного процесса можно отнести постоянную готовность закваски для подачи на тестоприготовительную линию и высокую производительность установки. Но есть и риски, связанные с необходимостью надежного контроля непрерывного процесса ферментации и существенными потерями при возможных сбоях управляющей автоматики.
Преимущества промышленных ферментаторов
Главным преимуществом промышленных ферментаторов (как специализированного оборудования) является высокая степень контроля над ходом процесса, что позволяет постоянно получать ферментативные препараты со стабильны ми качественными показателями. Программные методы контроля над всеми фазами процесса существенно минимизируют любые негативные проявления человеческого фактора. Наличие электронного контроля также позволяет максимально использовать преимущества производственной цифровизации. Например, есть возможность накапливать статистику, реализовывать передовые алгоритмы управления рецептурами и анализировать процесс ферментации для оптимизации затрат и поиска неиспользованных резервов.
Другим важным аспектом стандартного оборудования является ценный технологический трансфер, который обеспечивает поставщик решения в виде обширной консультативной помощи и предоставления готовых стартеров и пилотных рецептур для успешного усвоения всех современных приемов ферментации.
На место ушедших с российского рынка ведущих европейских производителей систем ферментации приходят амбициозные российские производственные и инжиниринговые компании, которые не просто налаживают производство аналогичного оборудования, но и стараются вносить собственный вклад в развитие технологий ферментации с учетом специфических потребностей российской хлебопекарной промышленности.