دستگاه بافت سنجی: چگونه تست ها استاندارد برای تولید خمیر خوب نان کمک می کنند؟

دستگاه بافت سنجی:  چگونه تست ها استاندارد برای تولید خمیر خوب نان کمک می کنند؟

فراتست عرضه کننده دستگاه های تست

021-88705040

0912-1508626

خمیر جزء اصلی دنیای نان و پخت نان است. ساخت خمیر خوب به صورتی مداوم و پیوسته خود یک چالش است. روش هایی استاندارد برای آزمون پذیرش خمیر با استفاده از دستگاه آنالیزور بافت  (دستگاه بافت سنجی) توسعه یافته اند.

این دستگاه می تواند خمیر را تحت فشار یا کشش قراردهد تا از این طریق رفتار سیلانی و جریان یابی خمیر را ارزیابی کند. پروب ها و فیکسچرهایی ویژه برای اندازه گیری سفتی، چسبندگی، و انبساط و کش آمدگی خمیر طراحی شده اند تا از این  طریق کارایی، قوام و تکرار پذیری خواص خمیر را ارزیابی کنند. این مقاله برخی از معروفترین و پرکاربردترین این روش ها و این پروب ها را مشخص می نماید و تشریح می کند.

دستگاه تکسچر آنالایزر (بافت سنج)، اندازه گیری فیزیکی را بر روی خمیر و نان حاصل از آن را انجام می دهد که با ویژگی حسی احساس دهانی همخوانی و همبستگی دارد (شکل 1).

تصویر (1): دستگاه بافت سنجی (تکسچر آنالایزر): تست TPA بر روی نان

دستگاه بافت سنج آزمون هایی نظیر رول کردن، کشیدن، چرخاندن و غیره را که انسان با دست انجام می دهد را شبیه سازی می کند. محصول پخت شده نظیر قرص نان توسط دستگاه تست می شود تا برای احساس دست و در مرحله بعدی احساس دهانی به هنگامی که نان گاز زده می شود، در دهان جویده می شود، و در نهایت قورت داده می شود، تست  شود.

هنگام اندازه گیری سفتی، چسبندگی و انبساط و کشش پذیری خمیر، داده های حاصل از تست با قضاوت ها و ارزیابی های انسانی ،هم برای خمیر و هم نان، مقایسه می شود تا مقادیر معیارها (Benchmark)  برای پذیرش و قابل قبول بودن خمیر حاصل آید (تصویر 1b).

تصویر 1b- ارتباط سفتی (Firmness)، قوام (Consistency)، ویسکوزیته (Viscosity)، چسبندگی داخلی (Cohesiveness)

ترکیب و ساختمان خمیر

خمیر را می  توان به عنوان ماده ای ویسکو-الاستیک (Visco-Elastic) توصیف کرد که هم رفتار و خواص شبیه به جامد (چسبندگی و الاستیسیته)، و هم رفتار شبیه به مایع (ویسکوز یا تغییر شکل غیر قابل بازگشت) از خود نشان می دهد. خواص ویسکو الاستیک خمیر به عوامل چند گانه نظیر جذب آب، طبیعت آرد، افزودنی های اضافه شده، دما و وجود هوا در خمیر و نوع اختلاط بستگی دارد.

هنگامی که خمیر تحت اثر یک نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می کند (دفرمه می شود)، تغییر شکل پلاستیک و تغییر شکل الاستیک پیدا می کند. در تغییر شکل الاستیک، هنگامی که اعمال نیروی خارجی قطع می شود، تغییر شکل قابل بازگشت است. در تغییر شکل الاستیک، پیوندهای داخلی بین مولکولهای خمیر کشیده می شوند، اما نمی شکنند و پاره نمی شوند.

در مقابل، در تغییر شکل پلاستیک، تغییر شکل دایمی هنگامی که نیرو و تنش خارجی به نسبت بزرگ است، رخ می دهد و پیوندهای داخلی می شکند. میزان و گستره ی تغییر شکل در نمونه خمیر به الاستیسیته (کشسانی)، چسبندگی و ویسکوزیته آن بستگی دارد.

رفتار ویسکو -الاستیک خمیر عمدتا به پروتئین گلوتن مربوط می شود. بخش گلیادین گلوتن، عامل رفتار و ویژگی ویسکوزیته و انبساط پذیری است. و بخش گلوتنین گلوتن، بر روی الاستیسیته خمیر تاثیر می گذارد.

اندازه گیری سفتی خمیر

شکل 2a  فیکسچری  که به آن ظرف مونتاژ خمیر می گویند را نشان می دهد. در این ظرف، نمونه ای از خمیر که در واحد تولید تهیه شده است، ریخته می شود. ظرف توسط خمیر تازه پر می شود. برای به حداقل رساندن تغییرات در نتایج تست، پلانجر هواگیری بر روی خمیر داخل ظرف فشار می آورد تا هوای آن خارج شود. بعد از هواگیری، پلانجر تسطیح خمیر داخل ظرف را تحت فشار قرار می دهد. و در نتیجه سطحی تراز ایجاد می نماید. حالا نمونه آماده تست است.

تصویر 2a-  ظرف مونتاژ خمیر

تکنیک نمونه سازی برای ثبات و تکرارپذیری نتایج تست خیلی مهم است. اگر داده های تست ها به میزانی زیاد با هم متفاوتند، ممکن است ناشی از حضور هوا در ظرف خمیر باشد. برای این که داده ها و نتایجی تکرار پذیر داشته باشیم، می بایست دستورات چگونگی اجرای تست وشرایط و نحوه تست ها تغییر نکند.

ظرف حاوی خمیر بر روی فک پایینی دستگاه که یک میزاست، قرار می گیرد. بر روی فک بالایی دستگاه بافت سنج، پروب میله ای با قطر 6 میلیمتر متصل می شود. فاصلی سر پروب تا سطح خمیر داخل ظرف 20 میلیمتر است (شکل 2 ب). هنگامی که تست شروع شد، پروب میله ای با سرعت 60 میلیمتر بر دقیقه به سمت پایین حرکت می کند و 15 میلیمتر در خمیر فرو می رود. ثبت داده های تست از زمانی شروع می شود که نیروی وارد بر سنسور نیرو به عدد 5 گرم برسد.از زمان شروع تا پایان تست 30 ثانیه است.

تصویر 2b- فیکسچر اندازه گیری سفتی خمیر

 شکل 3، نتایج و داده های تست اندازه گیری سفتی خمیر را نشان می دهد. گراف اول (شکل 3 a) نیرو در مقابل زمان را نشان می دهد. سختی یا سفتی ، همان حداکثر نیروی ثبت شده است و هنگامی رخ می دهد که پروب به عمق 15 ملیمتر می رسد.

بعد از پایان تست و توقف پروب، پروب می تواند به سمت بالا حرکت کند و به نقطه آعازین تست برگردد. همزمان که فک بالایی دستگاه و پروب همراه آن به سمت بالا حرکت می کنند، نیروی اندازه گیری شده کاهش می یابد و صفر می شود. و سپس به دلیل آن که خمیر با حرکت رو به بالای پروب مخالفت می کند، مقدار نیرو منفی می شود. نیروی منفی، نیروی چسبندگی (َAdhesive) نام دارد و  هنگامی که پروب نصف راه رفته را باز می گردد، به یک حالت با ثبات می رسد. در نهایت همچنانکه پروب به طور کامل از خمیر خارج می شود، میزان نیرو قرائت شده صفر می گردد.

شکل 3b همان داده های تست قبلی را بر روی گراف نیرو در مقابل جابجایی نشان می دهد. کار انجام شده (قوام یا Consistency) سطح زیر منحنی به هنگامی است که پروب به میزان 15 میلیمتر به داخل خمیر فرو می رود. از طرف دیگر،  چسبندگی (Adhesiveness)، سطح منحنی زیر محور X هاست و به عبارت دیگر منحنی داده های تست است  به هنگامی که پروب می خواهد از خمیر بیرون بیاید و خارج شود.

بعد از انجام اولین تست، پروب می بایست تمیز گردد. بعد از تمیزکاری، ظرف خمیر می چرخد و برای تست بعدی آماده می گردد. در نهایت در شش نقطه از ظرف خمیر، پروب فرو می رود و تست ها انجام می گیرد.

اندازه گیری چسبندگی خمیر (Stickiness):

چسبندگی یک ویژگی ویسکو-الاستیک است که ناشی از موازنه بین نیروهای Adhesive و Cohesive داخل خمیر است. چسبندگی بویژه در عملیات نان پزی ماشینی و صنعتی که خمیر به سطح ماشین فرایندی می چسبد و فرایند تولید نان را کند و یا متوقف می کند، و بالقوه بر کیفیت نان تاثیر می گذارد، مورد توجه است.

فیکسچر چسبندگی خمیر شامل یک ظرف کوچک گرد (سلول) برای نمونه های خمیری و یک درب که دارای سوراخ برای اکستروژن خمیر است، می باشد. ظرف با خمیر تازه پر می شود و سپس توسط یک کاردک سطح ظرف پاک می گردد. بعد درب ظرف بسته می شود و بعد از چند ثانیه خمیر از داخل سورخ های درب اکسترود شده  و بیرون می آید. خمیر اولیه (به ارتفاع یک میلمیتر) از روی ظرف توسط کاردک برداشته می شود. دو باره درب چرخانده می شود و اجازه داده می شود تا ظرف 30 ثانیه یا بیشتر مجددا خمیر از داخل سوراخ ها اکسترود شود. مقدار اکسترود شده ارتفاع 10 میلمتر خواهد داشت.

ظرف خمیر را روی پایه دستگاه بافت سنج می گذاریم. پروب سیلندری به قطر 25.4 میلیمتر را به فک بالای دستگاه وصل کنید. پروب بالای ظرف قرار دارد. تست شروع می شود. پروب سیلندری با سرعت 30 میلیمتر بردقیقه به سمت پایین به طرف خمیر اکسترود شده، حرکت می کند. وقتی نیرو به مقدار 1000 گرم رسید، پروب برای 5 ثانیه بدون حرکت باقی می ماند . سپس به صورت اتوماتیک فشار را قطع می کند و به سمت بالا حرکت می کند و به پوزیشن قبلی باز می گردد.

داده های تست چسبندگی مشابه با تست سفتی خمیر به صورت گرافیکی ذخیره می شود. نیروی حداکثری به هنگام حرکت رو به پایین پروب، نیروی هدف 1000 گرم است که هنگامی رخ می دهد که خمیر کاملا فشرده شده است. نیرو به هنگام زمان نگه داری (که 5 ثانیه است)، کاهش می یابد که نمایانگر آن است که تنش تجمیع شده در خمیر در حال کاهش است. این پدیده بنام رهایی از تنش (Stress Relaxation) معروف است.

همچنانکه پروب می خواهد از نمونه جدا شود، نیروی اندازه گیری شده منفی می شود. حداکثر نیروی منفی بلافاصله رخ می دهد و بنام نیروی چسبندگی  (Adhesive Force) معروف است. این نیرو نشانگر نیروی جذب و چسبندگی بین نمونه خمیری و سطحی است که با خمیر تماس دارد.

سطح زیر منحنی نیرو به هنگامی که پروب به سمت پایین حرکت می کند، نمایانگر کار انجام شده برای فشردن نمونه خمیری است که به آن قوام یا Consistency گویند. اما سطح زیر منحنی هنگامی که پروب در حال حرکت به سمت بالاست، چسبندگی (Adhesiveness)  مهم می شود که نمایانگر انرژی لازم برای جدا کردن پروب از خمیر است و یا به عبارت دیگر Stikiness نمونه .

اندازه گیری ازدیاد طول پذیری (Extensibility) خمیر:

به هنگام پخت نان، تغییر شکل قابل توجهی به شکل تغییر در طول خمیر رخ می دهد.  انبساط سلول های گازی در دمای پخت نان ، کرنش ازدیاد طولی بر روی خمیر حاوی کیسه هوا بوجود می آورد. خمیر با کیفیت خوب می بایست در سرتاسر فرایند پخت نان انبساط پذیر باقی بماند تا از ترکیدن پیش موقع غشاهای خمیر بین سلول های گاز جلوگیری شود.

شکل 4 فیکسچر کیفر (Kifer)  که برای تست نوارهای نمونه خمیر برای انبساط پذیر استفاده می شوند را نشان می دهد. کیت تست کیفر با ملحقات فشار خمیر که چندین نوار خمیر را ایجاد می کند،  عرضه می شود. در این روش، با استفاده از پروب قلاب که به فک بالای دستگاه وصل است، انجام می گیرد. قلاب در وسط نوار خمیر قرار می گیرد و آن را به سمت بالا می کشد. سرعت بالا رفتن قلاب 120 میلیمتر بر دقیقه است. و میزان حرکت به سمت بالای قلاب نیز 70 میلیمتر است. دستگاه بافت سنج همچنانکه نوار خمیری کشیده می شود، میزان نیروی تجربه شده توسط سنسور را اندازه می گیرد .

تصویر 4-  فیکسچر تست  ازدیاد طول پذیری خمیر و گلوتن

داده های تست کشش نیرو در برابر زمان در تست ازدیاد طول خمیر، حداکثر نیرو که به خمیر در طول تست اعمال می شود را مشخص می کند که به آن محدوده الاستیک  (Elastic Limit)  گویند. هنگامی که ازمحدوده الاستک گذر شود، تغییر شکل پلاستیک و دایمی شروع می شود و خمیر دچار سختی ناشی از تنش  (Stress Hardening)  می شود. هم چنان که نیرو کششی از استحکام خمیر پیشی می گیرد، ابتدا نازک شدن (Necking) خمیر رخ می دهد و در نهایت خمیر پاره می شود. داده های گرافیکی، مشابه با سفتی خمیر نشان می دهد که مقدار کار انجام شده (که سطح زیر منحنی است) برای کش دادن و پارگی خمیر چقدر است. نقطه ای که در آن خمیر پاره می شود، مقیاسی برای ازدیاد طول پذیری خمیر ارایه می کند.

جمع بندی

از این سه تست عمدتا در عملیات پخت نان استفاده می شود تا بچ های تولید خمیر کمی سازی شوند. کاربران این متدها، محدوده معیارهایی برای حداقل و حداکثر سختی (سفتی Firmness )، کار انجام شده (قوام یا Consistency)، نیروی چسبندگی و چسبندگی که موجب می شود تا هر بچ تولید قبول یا رد شود، خواهند داشت.

خبر خوب برای شرکت های دست در کار تولید و پخت نان آن است که دستگاه های بافت سنج و فیکسچرهای همراه آن، کاربردی ساده و قیمتی مناسب دارند. این سرمایه گذاری- خرید دستگاه بافت سنج یا تکسچر آنالایزر- همان سال اول پول خودش را در می آورد. با توجه به فشار موجود از طرف مشتریان برای ساخت و تولید محصولات با کیفیت تکرارپذیر، دلیلی وجود ندارد که از این دستگاه در عملیات پخت نان و دیگر محصولات غذایی استفاده نکرد.

فراتست عرضه کننده دستگاه های تست

021-88705040

0912-1508626