Практикум по чтению фаринограмм при исследовании параметров муки

Рамиль Хадиулин, ООО «Брабендер»

В статье рассматриваются практические вопросы применения
фаринографа, раскрывается смысл методики измерения основных
хлебопекарных параметров муки, приводятся примеры интерпретации
результатов или чтения фаринограмм.

Фаринограф – это лабораторный прибор, который определяет по пшеничной муке два ключевых хлебопекарных параметра: 

• водопоглотительную способность муки (ВПС), или сколько воды способна впитывать каждая мука для образования стандартной консистенции; 
• «силу» муки, иначе говоря, какую реологию (вязко-упругие характеристики) сохраняет тесто при стандартном механическом воздействии.

Методика измерения, являющаяся стандартом для всех испытаний на фаринографе во всем мире, детально изложена в ГОСТ ISO 5530 – 1 – 2013 и обеспечивает единый алгоритм испытания муки в любой лаборатории. При этом изменение любого из стандартных параметров – геометрии миксера и лопастей, температуры теста и воды, количества оборотов, скорости прилива воды, точки отсчета по консистенции и др. – приводит к изменению графика (фаринограммы).

Так, например: 

• отличная от стандартной температура при проведении теста дает разницу в динамике образования теста и впитывания воды; 
• другая стандартная консистенция – разницу в динамике изменения реологии теста; 
• другая форма лопастей или скорости вращения – разницу в динамике формирования клейковинного каркаса и т. д.

Параметры, измеряемые фаринографом:

Водопоглотительная способность муки (ВПС) ВПС – это основной фактор, влияющий на консистенцию и реологию теста, от которого напрямую зависят «машинабельность» теста на линии (формообразование, липкость), выход теста и структура мякиша (конечный объем и потребительские качества хлебобулочных изделий), требуемая энергия на выпекание (испарение лишней влаги у крекеров), экономика производства.

«Сила» муки

Следует отметить, что этот важный параметр сложно оценить только по ИДК (измерение деформации клейковины, показатель упругости), поскольку реология теста лишь отчасти зависит от ИДК.

И при такой оценке не будут учтены другие параметры: реальное соотношение этой клейковины с другими компонентами, сила клейковинных связей и структурообразующая способность теста, влияние разрушенности крахмала и слизей на консистенцию теста, влияние различных добавок и биохимические процессы во время замешивания теста (протеолиз, автолиз, гидролиз и пр.).

В отличие от других методик, на фаринографе «сила» муки определяется по муке, а не отдельно по клейковине – соответственно, оценивается общая картина по муке, а не по одной ее составляющей.

Кроме того, «сила» муки влияет на «машинабельность» теста, его газоудерживающую и формообразующую способности, способность балансировать негативные факторы влияния на реологию (когда, например, стоит вопрос об увеличении ВПС либо влиянии pH компонентов теста на клейковинные связи), качество текстуры (особенно в макаронах, пельменях и т. п.). При этом фаринограф дает характеристику по нескольким показателям: стабильность, разжижение на 10/12 минутах, FQN.

ЧТЕНИЕ ФАРИНОГРАММ

В фаринографе замешивается тесто из муки и воды. За счет приливаемой воды сначала достигается стандартная консистенция в 500 условных единиц, при этом количество требуемой воды составляет показатель ВПС. Напомним, что разные консистенции дают разную динамику реологии, по этому важна стандартизация всех испытаний по одному значению. Как правило, обычная пшеничная мука образует тесто (пик максимальной консистенции в начале замешивания) в первые 2 – 4 мин. вымешивания. Далее условия миксера и разница вращения лопастей как бы «причесывают» или ориентируют клейковинный каркас теста, растягивая части одну против другой до разрыва клейковинных связей, которые стремятся вновь восстановиться по принципу застежки-липучки.

Аналогично такой застежке количество циклов «застёгиваний» в клейковине ограничено. И после того как «застежки» перестают цепляться, а глютениновые жгутики фрагментируются, тесто «расслабляется», липнет, консистенция падает.

Ниже на рис. 1. представлена типичная фаринограмма:

1) абсцисса соответствует времени вымешивания, а ордината – образуемой консистенции;

2) три кривые на графике: средняя (зеленого цвета) соответствует фактической вязкости теста; математически рассчитанные верхняя и нижняя кривые соответствуют двум лопастям, вращающимся с разной скоростью;

3) на графике отложены точки оценки муки;

4) результаты оценки муки, рассчитанные по методикам оценки, представлены в таблице (см. рис 1).

Сама кривая прорисовывается прибором, исходя из реальных показателей датчика крутящего момента и консистенции. Но точки оценки на графике – это результат своего рода «договоренности» группы лаборантов в определенном регионе мира ориентироваться на тот или иной метод «оцифровки» результатов. Т. е. наряду с неизменной методикой самого испытания существуют разные подходы в методиках оценки его результатов.

Оценок «силы» муки несколько, поскольку в разных регионах есть свои особенности реологии муки, свои сорта злаковых, свои специалисты.

Для наглядности в результатах оценки обычной фаринограммы приводятся четыре разных параметра, которые характеризуют «силу» муки:

a) стабильность/устойчивость (время, пока верхняя кривая выше уровня пика средней кривой);

б) степень разжижения (снижение средней кривой от пика середины кривой через 10 мин от начала испытания);

в) степень разжижения по ICC (снижение середины кривой от уровня пика середины кривой через 12 мин от пика); г) степень качества по фаринографу – FQN (расстояние по горизонтальной оси от начала замешивания до момента, когда консистенция снизится от уровня пика середины кривой на 30 единиц). При оценке можно ориентироваться на один или несколько показателей как на основные, а к остальным относиться как к второстепенным. Но полезно понимать, почему одни методики оценки в тех или иных ситуациях имеют преимущества над другими. Представим это на конкретных примерах.

CРАВНЕНИЕ ФАРИНОГРАММ И ЛОГИКА ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Сравнение двух графиков (рис. 2, 3), полученных при испытании образцов близкой по качеству муки.  Можно отметить примерно одинаковую ВПС муки на пике консистенции.  При этом оба образца относительно похожи по «силе», если ориентироваться на значения стабильности/устойчивости, – 4,25 против 6,53 мин, соответствующие нижнему и среднему уровню средней по «силе» муки (слабая – обычно 2 – 3 мин, сильная – 12 – 15 мин и больше).

Практически одинаковы показатели степени разжижения у обоих образцов на 10‑й и 12‑й минутах.  Однако есть и серьезное различие – в пологости графиков или динамике снижения. Это позволяет сделать несколько выводов. 

На первом графике резкое снижение после пика означает, что клейковина слабая, связи «выработались» быстро. Но дальше тренд снижения первого графика замедляется и держится примерно на одном уровне. Это говорит о высокой степени связывания воды, которая балансирует дальнейшее разжижение теста, что характерно в случаях внесения набухающих агентов (на данных графиках относительно одинаковая ВПС, поэтому дело не в степени разрушенности крахмала).

Второй график показывает стабильный тренд разжижения, что в большей степени соответствует нормальному разжижению теста. Ускорить этот процесс обычно помогает протеолиз. От такой муки нужно ожидать сильного расслабления на производстве.  Показатель FQN обоих графиков достаточно хорошо фиксирует суть проблемы, как и показатель стабильности/устойчивости.

2. Сравнение двух графиков (рис. 4, 5) с высокими значениями показателя стабильность/устойчивость у образцов для оценки «силы» муки. Какие выводы возможно сделать из этих двух графиков?  По показателю стабильности/устойчивости муки оба образца показали значение почти 20 мин и более – это отличная «сила» муки.  Однако динамика кривых сильно отличается.

Если первый график демонстрирует естественную пологость, то на втором отмечается сначала довольно резкое снижение, а затем консистенция растет (второй пик), и в этом месте ее значение превышает по высоте первый пик, из-за чего прибор считает временем образования теста именно второй пик, что, конечно, технически неверно. 

Еще один аргумент – существенная разница в ВПС, 59 против 63 % (4 %). При большой разнице соотношение воды и клейковины изменяется, как меняется количество «свободной» воды для набухающего крахмала.  Степень разжижения на 10 минутах второго графика необычно мала.  Амплитуда в первом случае больше, что свидетельствует о более сильной клейковине.

Соответственно, если в первом случае мука очень «сильная» с низкой степенью разрушения крахмала (малая ВПС), то во втором – мука с более высоким ВПС теряет стабильность быстрее (первый «провал» после пика) вследствие большего соотношения воды на клейковину. Как правило, более высокий ВПС обусловлен большей степенью разрушенности крахмала, но бывают случаи, когда в муку добавляют специальные водовпитывающие агенты (волокна, термообработанную муку и др.).

Затем на втором графике наблюдается рост консистенции до второго пика, что нехарактерно для обычной муки без добавок. Обычно это свидетельствует о чрезмерном разрушении крахмала, который, постепенно впитывая лишнюю воду, балансирует разжижение консистенции, либо о влиянии добавок с отложенным эффектом на клейковинный каркас, например глюкозоксидазы.

Таким образом, различие графиков говорит о том, что если в первом образце клейковина отличается высоким качеством, то во втором имели место какие-то манипуляции с продуктом. Похожий на второй график можно также получить на очень «сильной» муке с большой степенью разрушенности крахмала, но с добавлением ксиланазы/гемицеллюлазы.

Ниже на рис. 6 пример графика образца такой муки. На нем видно, что стабильность/устойчивость муки очень мала, хотя динамика разжижения свойственна «сильной» муке. Как оказалось, в муку был добавлен разжижающий пентозаны фермент на основе кси- ланазы, который обычно действует в самом начале процесса, а далее избыточная вода просто впитывается крахмалом, и кривая «приходит в себя». При этом стабильность/устойчивость составляет менее 3 минут, а разжижение на 12 минутах – всего 38 единиц.

Возможно, в последнем случае из «сильной» муки пытались сделать муку для крекеров (снизить ВПС). Это не самое разумное применение «сильной» муки, но в некоторых странах имеют основания так поступать. В заключение следует отметить, что, по опыту автора статьи, в большинстве случаев оценки образцов достаточно ориентироваться лишь на показатель стабильности/устойчивости по фаринографу как на репрезентативный показатель качества обычной муки.

Однако полезно понимать логику и других методик оценки результатов фаринографа, чтобы в нестандартных и противоречивых случаях делать правильные выводы. Тем более что это дополнительные инструменты перепроверки качества на других точках графика, и в нормальной ситуации полученные результаты лишь подтверждают друг друга.

ВЫВОДЫ 

Важно ориентироваться не просто на цифры в результатах, но и на поведение кривых. Они, как кардиограммы для кардиолога, показывают многие отклонения.  Если речь идет об обычной муке без добавок, то для оценки в большинстве случаев достаточно показателя устойчивость/стабильность.  Если клейковина очевидно слабая, но показатель устойчивость/стабильность превышает разумные значения, целесообразно прибегнуть и к оценке FQN.  Если клейковина очевидно сильная, но показатель устойчивость/стабильность почему-либо низок (например, когда есть признак увеличенной ВПС), следует обратить внимание и на степень разжижения на 12 минутах.  Если та же проблема возникает со слабой или средней по «силе» мукой, то нужную для анализа информацию даст степень разжижения на 10 минутах.