Utilaje pentru frmntarea aluatului 32

4. UTILAJE PENTRU FRMNTAREA ALUATULUI

4.1. Metode de preparare a aluatului Pentru prepararea aluatului, sunt cunoscute n practic dou metode: metoda

indirect i metoda direct [2,4,7,8,9,16,19]. Metoda indirect, aplicat numai la obinerea pinii, presupune prepararea

aluatului n dou sau trei faze tehnologice, prin realizarea, nainte de frmntarea propriu-zis, a unor semipreparate intermediare (prosptur i maia), din care mai apoi s se obin aluatul final. Cele dou sau trei faze sunt maia aluat, respectiv prosptur maia aluat. Varianta cu trei faze tehnologice se aplic, n special, n cazul utilizrii unor finuri de calitate slab.

Prosptura este un aluat de consisten tare, realizat din fin, ap i drojdie comprimat. Fina utilizat la prepararea prospturii se ia n raport de 3:1 fa de ap, iar drojdia n cantitate de 2-3 g pentru fiecare kilogram de fin.

Dup frmntarea acestor componente un timp de circa 5-7 min, amestecul obinut se las s fermenteze 3-4 ore la temperatura de 25-26oC, pn cnd aciditatea ajunge la 8-10 grade. Prosptura astfel obinut este o cultur bogat n bacterii lactice si drojdii puternice care ajut la fermentarea aluatului, ducnd la produse finite gustoase, de bun calitate.

Maiaua este tot un aluat preparat prealabil, n care se nmulesc celulele de drojdie si se dezvolt unele substane aromatice, care ajut la obinerea unei pini cu miezul bine afnat si gustos. Maiaua poate fi de consisten tare sau fluid.

La prepararea maielei se folosesc: circa 50% din fina total utilizat la obinerea aluatului final, n funcie de calitatea finii (aprox.60% pentru fin de calitate foarte bun, 47-50% pentru fin bun i 30-40% pentru fin slab); o cantitate de prosptur ce variaz ntre 5-30% din fina final; ap n raport de 1:1 cu fina, n cazul maielei de consisten tare i de 3:2 pentru maia fluid; ntreaga cantitate de drojdie prevzut pentru realizarea pinii.

Dup frmntare (cca.6-8 min), maiaua se las s fermenteze, de obicei, 2-3 ore, n funcie de calitatea finii, consistena maielei i de cantitatea de drojdie ntrebuinat. Sfritul fermentrii se recunoate dup volum i dup aciditate. Se cunoate c n timpul fermentrii, volumul maielei crete de 2,5-3 ori, la sfrit suprafaa acesteia fiind bombat. Dup terminarea fermentrii, nivelul maielei ncepe s scad, datorit pierderii unei pri din gazele formate. Cnd nivelul a sczut cu 3-5 cm, iar aciditatea este de 3-3,5 grade la maiaua obinut din fin alb i 6-6,5 la cea obinut din fin neagr, se consider c maiaua este suficient fermentat i poate fi utilizat la obinerea aluatului final.

Aluatul final se obine din maiaua fermentat, prin adugarea restului de fin, ap si soluie de sare.

Procese i utilaje pentru panificaie 33

Metoda direct de obinere a aluatului, presupune o singur faz tehnologic, i const n frmntarea simultan a ntregii cantiti de fin, ap, drojdie, sare si a celorlalte materii auxiliare.

Cantitatea de drojdie utilizat, n acest caz, este de 2-3 ori mai mare dect cea utilizat la metoda indirect, iar durata de fermentare este mai scurt (2-3 ore). Pinea obinut are un gust fad i o aciditate mai redus, n lunile clduroase putnd apare pericolul infestrii cu Bacillus Mesentericus, care provoac ntinderea pinii. De asemenea, ea nu mai este suficient de aromat pentru c durata de fermentare este prea scurt i nu se mai acumuleaz cantitatea de produse secundare care dau aroma caracteristic pinii. Acest inconvenient poate fi n lturat prin adugarea, la frmntare, a unei cantiti mici de aluat vechi (maturizat), prin adugarea de acid lactic (0,2-0,4% fa de fin) sau prin adugarea de extract de mal.

4.2. Elemente caracteristice frmntrii Aluatul (Al) se formeaz n principal din fin (F) i ap (A) prin amestecare pe cale mecanic (frmntare). n afar de aceste materiale, n funcie de faza tehnologic (prosptur, maia, aluat) i de sortimentul de produs finit, se mai adaug cantiti variabile de aluat fermentat (B ba), drojdie (D), sare (S), past de cartofi (PC), i materiale de nnobilare (M): grsimi, lapte praf, zahr, etc. Scopul frmntrii este acela de a realiza o amestecare perfect a materiilor prime, cu o repartizare uniform a lor n masa de aluat obinut. Acesta trebuie s prezinte o structur adecvat i proprieti optime care s conduc la efectuarea corespunztoare a operaiilor urmtoare din cadrul procesului tehnologic de obinere a produsului finit. Bilanul de materiale al procesului de frmntare se poate scrie astfel:

PAlMSDAF i +=++++ (4.1) sau, innd seama de proporiile reetei:

ci AlmFsFdFchFF =++++100

(%)100(%)

100(%)

100(%) (4.2)

unde ch(%) reprezint capacitatea de hidratare a finii, echivalent cu cantitatea de ap care se adaug la o sut kilograme de fin (cu umiditatea de 14%) pentru a obine prin fermentare un aluat de o anumit consisten (Alc), n anumite condiii de lucru bine stabilite (P pierderi; d% - procent drojdie; s% - procent sare). Capacitatea de hidratare a finurilor are valori variabile n funcie de sortimentul de fin: pentru fin de larg consum ch = 5864%; pentru fin semialb ch = 5458%; pentru fin alb ch = 5055%. Ea constituie o proprietate tehnologic a finurilor [4,7,8,9]. Cantitatea de drojdie comprimat utilizat la prepararea aluatului este, de obicei, de 0,54% fa de fin, n funcie de puterea de cretere, n timp ce cantitatea de sare este de circa 1,5%. n afar de aceste materiale, n aluat se mai pot aduga i unii amelioratori (0,30,7%) care au diverse roluri: de ntrire a

Utilaje pentru frmntarea aluatului 34

aluatului la frmntare, mrirea volumului pinii, ntrzierea nvechirii, etc. Aceti amelioratori conin: fin de gru, fin de soia, fin de mal, emulgatori (ex. acid tartric E422), antioxidani (acid ascorbic vitamina C), enzime. Aprecierea aluatului se face prin consistena lui, care reprezint o proprietate a acestuia de natur reologic, complex, rezultat prin combinarea vscozitii, plasticitii, elasticitii i care variaz cu umiditatea, temperatura i timpul, cu proporia dintre fazele aluatului (solid lichid gaz), cu compoziia biochimic a finii, etc. Consistena aluatului se msoar organoleptic, prin pipit, sau cu ajutorul consistometrelor (cu penetrometre de cufundare sau prin comparaie cu o instalaie de frmntare etalon farynograph). Ea influeneaz randamentul procesului tehnologic de panificaie. Consistena aluatului se msoar n uniti Brabender (1 UB = 10-3 kgf.m). Se consider c aluatul are o consisten normal atunci cnd acesta necesit la frmntare un moment maxim de 500 UB. Dac, n timpul procesului de frmntare, se msoar momentul de torsiune la arborele unui frmnttor (malaxor de aluat), se obine o curb M=f(t), care se prezint sub o form ca cea din figura 4.1 [4].

Fig.4.1.Variaia momentului la arborele frmnttorului

n aceast figur, poriunea de curb 1 reprezint momentul la mersul n gol

al frmnttorului, 1 momentul dup introducerea finii n cuva frmnttorului, AB momentul dup introducerea apei i nceputul procesului de hidratare a finii, BC momentul n timpul procesului de frmntare a aluatului (momentul maxim), iar CD faza de nmuiere a aluatului dac se prelungete frmntarea. Totodat, intervalele de timp caracteristice procesului sunt: t1 perioada de formare a aluatului; t2 perioada de stabilitate; t3 perioada de nmuiere.

Cu ocazia frmntrii au loc modificri complexe ale substanelor din aluat, dintre care o importan deosebit o au procesele coloidale i fizico-chimice. Practic, frmntarea decurge astfel: la nceputul amestecrii finii cu apa, particulele de fin absorb apa i se unesc n mici aglomerri umede separate (noduli). Particulele de fin sunt alctuite din granule de amidon, glomerule proteice i material celulozic, care leag n mod difereniat apa. Amidonul leag

Procese i utilaje pentru panificaie 35 apa prin adsorbie cu degajare de cldur (cldura de hidratare, care reprezint circa 27 cal/g, raportat la substana uscat), fr variaia volumului, n timp ce substanele proteice leag apa prin osmoz, umflndu-se i unindu-se ntre ele. Materialul celulozic leag apa prin mbibare datorit structurii copilaro-poroase a acestuia. Aceast faz constituie faza de formare a aluatului.

La continuarea amestecrii, aglomerrile umede de fin ncep s se uneasc ntr-o mas compact de aluat, care capt pe parcurs proprieti elastice, ncepe s se desprind de pe peretele cuvei de frmntare, umiditatea de la suprafa dispare, iar suprafaa acestuia devine neted i uscat. Aceast faz constituie faza de dezvoltare a aluatului. Timpul necesar pentru obinerea dezvoltrii optime este de 2 - 25 minute, n funcie de tipul frmnttorului, viteza organelor de frmntare, sortimentul de fin i cantitatea de ap adugat la frmntare.

Pe parcursul frmntrii starea aluatului poate s rmn neschimbat, ntr-un interval mai scurt sau mai lung de timp. Aceasta constituie faza de stabilitate, durata ei avnd un rol important n procesul de panificaie. Se consider c att timp ct raportul dintre apa legat i apa liber rmne neschimbat, nu apar modificri n starea aluatului.

Dincolo de faza de stabilitate, dac se continu frmntarea, apar modificri progresive n structura aluatului: acesta devine moale, puin elastic i foarte extensibil, dup care i pierde coeziunea, capt proprietatea de lipire, i se comport similar unui lichid. Aceast faz reprezint faza de nmuiere a aluatului.

Fina de calitate slab se frmnt un timp mai scurt dect cea de calitate bun, pentru a evita degradarea glutenului. Asupra calitii aluatului frmntat influeneaz i temperatura lui, temperatura cea mai potrivit fiind de 28 - 300C. O temperatur mai nalt poate s duc la nrutirea elasticitii i consistenei aluatului, n special la cel preparat din fin slab, iar o temperatur mai joas micoreaz plasticitatea aluatului, ceea ce duce la dificulti n faza de prelucrare, precum i la nrutirea calitii produselor. Rolul principal n formarea aluatului din fin de gru l au substanele proteice generatoare de gluten. Acestea absorb cea mai mare cantitate din apa folosit la frmntare. Aciunea mecanic de frmntare mbuntete proprietile fizice ale aluatului, contribuind la accelerarea umflrii substanelor proteice i la formarea scheletului de gluten, ceea ce apare mai evident n cazurile finurilor slabe. De aceea aluatul din fin foarte bun (puternic), la care scheletul de gluten este foarte rezistent, trebuie frmntat timp mai ndelungat (i chiar se refrmnt de 1 - 2 ori pe parcursul fermentrii), pentru obinerea de proprieti fizice optime, n timp ce frmntarea aluatului din fin slab trebuie s nceteze imediat dup obinerea unei mase omogene. In timpul frmntrii, amidonul din fin absoarbe i el o parte din apa folosit la frmntare (30 - 35% fa de substana uscat), datorit crui fapt granulele de amidon se umfl ntr-o msur nensemnat.

Aciunea de frmntare duce la micorarea glutenului ce poate fi splat, datorit micorrii gruprilor proteice, iar rezistena enzimatic a proteinelor scade. Un rol important n modificarea structurii proteinelor l are durata i modul de

Utilaje pentru frmntarea aluatului 36

frmntare. O frmntare intensiv i de lung durat conduce la distrugerea structurii proteinelor i la formarea secundar lent a unei noi structuri cu legturi slabe. Un aluat este bine frmntat atunci cnd este omogen, bine legat (consistent), uscat la pipire, elastic i se dezlipete uor de pe braul frmnttorului i de pe pereii cuvei. Pentru o frmntare n bune condiii, laboratorul unitii de producie trebuie s indice ct se poate de corect, att cantitile de materii prime din componena aluatului, ct i regimul tehnologic (temperatura i durata de frmntare). Pentru aceste considerente s-au extins o serie de procedee noi de frmntare, dintre care de cel mai important este frmntarea rapid i intensiv a aluatului, care duce la scurtarea i simplificarea procesului tehnologic prin eliminarea unor faze din cadrul acestuia, la creterea volumului pinii cu circa 50% (prin nglobarea unei cantiti sporite de oxigen) i la obinerea unei culori mai deschise a miezului. La frmntarea rapid i intensiv a aluatului se distrug forele de coeziune dintre componentele finii, apa adugat ptrunznd liber la fiecare granul de amidon i particul proteic

Frmntarea rapid i intensiv a aluatului este uor de aplicat, dac se dispune de un malaxor (frmnttor) a crui vitez de frmntare poate fi variat, viteza a doua trebuind s fie de circa dou ori mai mare dect a malaxoarelor obinuite. In cazul frmnttoarelor cu bra oblic, de exemplu, braul de frmntare trebuie s aib o turaie de 75 - 80 rot/min, fa de 30 - 40 rot/min, ct are n mod obinuit. Prin acest mod de frmntare adaosul de drojdie se mrete substanial (2 - 3% raportat la fin); fermentarea aluatului n cuv este scurt (45-60 minute); temperatura aluatului scade (24-25oC). Pornind de la curba operaiei de frmntare (fig.4.1) i de la expresiile puterii, se pot calcula puterea maxim i puterea medie la frmntarea aluatului:

55,930. nMnMMP === (4.3)

30.

maxmaxnMP = (4.4)

30.nMP mm

= (4.5) Momentul mediu, utilizat n relaia puterii medii (Pm), se obine fcnd raportul ntre suprafaa S cuprins ntre curba momentului, abscis i verticala corespunztoare sfritului fazei de stabilitate a aluatului (determinat prin integrare sau planimetrare) i valoarea timpului de frmntare:

fm t

SM = (4.6) unde tf = t2 timpul de frmntare (corespunztor sfritului fazei de stabilitate). Energia consumat n procesul de frmntare (E) se obine cu relaia:

55,9.

30. nStnMtPE fmfm === (4.7)

Procese i utilaje pentru panificaie 37 Pentru o turaie constant (n=const.), energia consumat depinde numai de aria suprafeei de sub curb S: E = f(S). Energia specific de frmntare , se determin fcnd raportul ntre energia consumat E i masa aluatului frmntat ( are valori ntre 10 15 J/g) [4]:

]/[ kgJAlE

c= (4.8)

Curbele de frmntare au, n general, aceeai alur, dar ele difer n funcie de cantitatea de ap adugat, calitatea finii, materialele auxiliare adugate i de utilajul de frmntare (fig.4.2).

Fig.4.2.Influena unor factori de proces asupra alurei curbelor de frmntare

F1 fin slab; F2 fin bun; F3 fin puternic.

4.3. Procedee de realizare a operaiei de frmntare Procesul de frmntare are loc, n general, n trei faze specifice n timpul crora se produc:

a. deplasri de materiale (fin, ap, etc.); b. micri relative ale particulelor de fin hidratate; c. deformarea aluatului legat, cu ajutorul gradienilor de vitez.

Gradienii de vitez pot fi realizai cu ajutorul a cel puin dou suprafee ntre care s existe o distan h i o vitez relativ v (o suprafa de reinere i o suprafa mobil - purttoare).

Suprafaa de reinere o constituie, de obicei, cuva, n timp ce suprafeele mobile aparin braelor de frmntare (palete, bare, role, spire elicoidale) care au viteze variabile sau constante, n comparaie cu suprafeele de reinere.

Utilaje pentru frmntarea aluatului 38

n figura 4.3 (a,b,c) sunt reprezentate dou suprafee plane (ntre care se presupune c exist o mas de aluat de grosime h) care se pot deplasa, una fa de cealalt: cu pstrarea distanei h translaie simpl (fig.4.3a), cu micorarea distanei translaie cu comprimare (fig.4.3b), sau cu mrirea acesteia translaie cu ntindere (fig.4.3c). Gradul de deformare a aluatului poate fi scris ca raport ntre alungirea aluatului dl i lungimea suprafeei iniiale a acestuia l, respectiv ca raport ntre volumul de aluat dislocat la deformare Vd i volumul total al acestuia V, considernd aluatul ca un material incompresibil (cel puin n aceast faz):

VV

ldl d== (4.9)

Fig.4.3. Modaliti de realizare a operaiei de frmntare a.translaie simpl; b.translaie cu comprimare; c.translaie cu ntindere

Viteza de deformare este reprezentat de variaia deformrii n timp:

][ 1= sdtd

t (4.10)

Fora necesar realizrii unei deformri are urmtoarea expresie: ..SF = (4.11)

unde: S este aria de contact dintre aluat i suprafaa de lucru, iar - efortul unitar tangenial dintre aluat i suprafa. Pentru corpuri vscoase, de vscozitate , fora necesar deformrii se poate calcula cu relaia:

dhdvS

dtdSF == (4.12)

n care dv/dh reprezint gradientul de vitez al deformrii. n finalul operaiei de frmntare, pentru ca aluatul s nu alunece ntre cele dou suprafee, sub forma unui solid rigid, se recurge la translaii cu h variabil, crendu-se efecte complexe de comprimare, ntindere, forfecare. n cazul braelor purttoare de elemente mobile (palete, furci, cadre), care se mic n interiorul masei de aluat, la distane mari fa de suprafeele fixe, deformaiile apar n straturile din apropierea barelor.

Procese i utilaje pentru panificaie 39

4.4. Soluii constructive de frmnttoare 4.4.1.Frmnttoare cu funcionare discontinu

Frmnttoarele cu funcionare discontinu sunt frmnttoare care lucreaz n flux discontinuu (n arj) i se prezint sub o mare varietate de soluii constructive. Ele pot fi cu axe orizontale, cu axe nclinate sau cu axe verticale [4,5].

4.4.1.1.Frmnttoare cu axe orizontale

Aceste frmnttoare au n componen o cuv fix, n interiorul creia se rotesc brae de frmntare de diverse forme, dispuse sub forma unor rotoare cu axe orizontale. Cuva i braul (braele) de frmntare sunt elemente indispensabile oricrui frmnttor, iar formele lor constructive se intercondiioneaz. n fig.4.4 sunt reprezentate schemele de principiu ale ctorva frmnttoare de acest tip.

Fig.4.4.Scheme de principiu ale unor frmnttoare cu axe orizontale a.frmnttor cu un rotor; b. frmnttor cu dou rotoare;c.frmnttor cu brae cadru

1.cuv; 2.rotoare cu palete; 3.brae de frmntare. Dezavantajul unor astfel de frmnttoare const n aceea c nu toat masa de aluat particip la frmntare, deoarece n interiorul cilindrilor rotitori, generai de rotaia braelor de frmntare, aluatul este imobil. De aceea, este necesar ca, din timp n timp, s fie curate, arborele i braele, de aluatul aderent la acestea. Totodat, cuva, ca parte fix a frmnttorului, nu poate fi detaat, golirea aluatului fcndu-se manual, prin nclinarea acesteia. La frmnttoarele cu dou brae orizontale (fig.4.4b), cei doi cilindri rotitori se pot ntreptrunde i pot avea viteze de rotaie diferite, ceea ce conduce la mbuntirea operaiei de frmntare. Braele de frmntare pot fi sub forma unor rotoare cu palete sau sub forma unor brae cadru. Braele cadru sunt constituite din spire elicoidale n form de zeta (fig.4.5a,c) sau n form de sigma (fig.4.5b,d). La aceste brae, arborele rotorului a fost eliminat, pstrndu-se numai fusurile de capt, astfel c aluatul nu se mai nfoar n aceeai msur ca la rotoarele cu palete. nclinarea braelor de frmntare zeta i sigma trebuie fcut sub anumite unghiuri care s asigure att deplasarea radial a aluatului ct i deplasarea axial a acestuia. La braele de

Utilaje pentru frmntarea aluatului 40

frmntare zeta materialul se deplaseaz de la un capt la altul al cuvei, n timp ce la braele de frmntare sigma materialul se deplaseaz de la centru ctre capete, i invers. n practic, aceste brae de frmntare sunt mbrcate n suprafee de forme diferite, care realizeaz efecte secundare de strivire, presare i forfecare a aluatului n vederea mririi efectului general de deformare a acestuia (fig.4.6), [9].

Fig.4.5.Brae de frmntare cu efecte axiale

a,c.brae zeta; b,d.brae sigma

Fig.4.6.Frmnttor de aluat cu brae sigma

1.cuv; 2.brae sigma; 3.mecanism rsturnare cuv; 4.tablou comand; 5.mecanism acionare. Din categoria frmnttoarelor discontinui cu ax orizontal i cuv

nedetaabil, face parte i frmnttorul cu spir orizontal (fig.4.7) care are ca bra de frmntare o spir conic, evacuarea aluatului fcndu-se pe la partea lateral, unde exist un capac acionat pneumatic. n interiorul cuvei, materiile prime

Procese i utilaje pentru panificaie 41 introduse periodic prin gura de alimentare se transform n aluat. Acesta capt o micare axial dubl: la exterior (n zona periferic) aluatul se deplaseaz ctre capacul de evacuare (care rmne nchis pn la terminarea pocesului), iar la interior aluatul se deplaseaz dinspre capac ctre zona de diametru minim a spirei. Datorit acestei micri, la evacuarea aluatului nu mai este necesar nclinarea cuvei.

Fig.4.7. Frmnttor cu spir elicoidal conic i ax orizontal 1.cuv; 2.gur de alimentare; 3.bra de frmntare; 4.capac rabatabil; 5.caseta angrenajelor.

4.4.1.2.Frmnttoare cu axe nclinate

La aceste tipuri de frmnttoare (fig.4.8), braele de frmntare sunt dispuse i se rotesc n jurul unor axe nclinate, formndu-se, prin aceasta, n interiorul cuvei, o zon de frmntare de dimensiuni reduse, n raport cu volumul total al cuvei. Pentru ca toat masa de material s treac prin zona de frmntare, cuva se rotete n jurul axei sale verticale cu o vitez unghiular corespunztoare, jucnd rolul att de suprafa fix (de reinere) ct i de transportor de aluat. Prin micorarea zonei de lucru a braului de frmntare, s-a redus substanial puterea instalat a utilajului, dar s-a mrit corespunztor timpul de frmntare datorit trecerii succesive a aluatului din cuv prin zona de aciune a braului.

Cuva frmnttoarelor cu axe nclinate poate fi nedetaabil, atunci cnd braul de frmntare de tip furc rmne n permanen n interiorul acesteia (fig.4.8a) sau detaabil, atunci cnd braul de frmntare este frnt i n timpul unei rotaii complete a acestuia el are o poziie n care depete marginea superioar a cuvei, permind desprinderea cruciorului acesteia de mecanismul de acionare (fig.4.8b), [4,9,15].

Utilaje pentru frmntarea aluatului 42

Fig.4.8.Scheme de principiu pentru frmnttoare cu axe nclinate

1.cuv; 2.bra de frmntare; 3.arbore de acionare cuv. n funcie de necesitile tehnologice, la frmnttoarele cu bra frnt se pot

ataa, pe rnd, mai multe cuve, eliminndu-se astfel operaia de golire a aluatului din ciclul operaiei de frmntare. Dezavantajul principal al acestor frmnttoare const n aceea c braul de frmntare nu mai are o solicitare continu pe perioada unei rotaii complete, datorit intrrii i ieirii sale permanente n/din masa de material din cuv, momentul de torsiune al acestuia este variabil, iar funcionarea are loc cu ocuri. Totodat, timpul necesar unei bune frmntri se mrete prin faptul c braul nu mai este permanent n contact cu aluatul din cuv.

Din aceast categorie de frmnttoare face parte i frmnttorul Independena, a crui schem constructiv este prezentat n figura 4.9 [23].

Fig.4.9. Schema constructiv a frmnttorului Independena

1.cuv; 2.arbore antrenare cuv; 3.bar ntrerupere acionare; 4.bra de frmntare; 5.roat ridicare bra; 6.aprtoare; 7.sistem blocare crucior; 8.carcasa transmisiei.