упакованный заквашенный продукт

Формула изобретения

1. Упакованный заквашенный продукт, включающий в себя упаковку, образующую внутреннюю полость, расположенный в ней с образованием верхнего пространства заквашенный состав теста, содержащий муку, воду и заквашивающее вещество, отличающийся тем, что упаковка имеет первый и второй края, соединенные между собой с образованием уплотнения так, что создаваемое во внутренней полости давление поддерживается в ней, когда первый и второй края уплотнены, кроме того, упаковка выполнена без сообщения с окружающей средой и способна выдерживать любое внутреннее равновесное давление, возникающее в процессе брожения теста, а в верхнем пространстве внутренней полости вокруг заквашенного состава теста поддерживается концентрация кислорода ниже 1%.

2. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что состав теста заморожен до его использования.

3. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что после выпекания состава заквашенного теста получают выпеченный продукт с удельным объемом примерно 1 - 10 см³/г.

4. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что заквашенный состав теста содержит примерно 30 - 60 мас.% воды и примерно 1 - 5 мас.% заквашивающего вещества.

5. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что заквашенный состав теста содержит жидкое тесто, которое включает в себя примерно 10 - 40 мас.% муки, примерно 50 - 70 мас.% воды и примерно 1 - 5 мас.% заквашивающего вещества.

6. Упакованный заквашенный продукт по п.4, отличающийся тем, что выпеченный продукт имеет удельный объем примерно 1 - 10 см³/г, а внутреннее равновесное давление после выпечки равно примерно 0 - 35 psig (фунт на кв.дюйм).

7. Упакованный заквашенный продукт по п.5, отличающийся тем, что выпеченный продукт имеет удельный объем примерно 1 - 10 см³/г, а внутреннее равновесное давление после выпечки равно примерно 0 - 35 psig (фунт на кв.дюйм).

8. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что упаковка содержит чашку и крышку, соединенные с образованием уплотнения, причем прочность уплотнения на отрыв и прочность уплотнения на срез, определяемые как





где Sp - прочность уплотнения на отрыв;

Ss - прочность уплотнения на срез;

d - диаметр упаковки;

векторы усилия при отрыве и срезе, соответственно, оказываемые на уплотнение,

As - площадь уплотнения,

достаточны для предотвращения утечки давления, вызываемого составом.

9. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что упаковка представляет собой гибкий мешочек, причем прочность уплотнения мешочка на отрыв, определяемая как



где l - длина мешочка;

Sp - прочность уплотнения на отрыв;

вектор усилия отрыва, прилагаемого к уплотнению;

достаточна, чтобы предотвратить утечку давления, вызываемого составом.

10. Упакованный заквашенный продукт по п.8 или 9, отличающийся тем, что состав теста заморожен до его использования.

11. Упакованный заквашенный продукт по п.8 или 9, отличающийся тем, что выпеченное изделие имеет удельный объем примерно от 1 см³/г до 10 см³/г после выпечки состава заквашенного теста.

12. Упакованный заквашенный продукт по п.8 или 9, отличающийся тем, что заквашенный состав теста содержит примерно 30 - 60 мас.% воды и примерно 1 - 5 мас.% заквашивающего вещества.

13. Упакованный заквашенный продукт по п.8 или 9, отличающийся тем, что заквашенный состав теста содержит жидкое тесто, которое включает в себя примерно 10 - 40 мас.% муки, примерно 50 - 70 мас.% воды и примерно 1 - 5 мас.% заквашивающего вещества.

14. Упакованный заквашенный продукт по п.12, отличающийся тем, что выпеченное изделие имеет удельный объем примерно 1 - 10 см³/г, при этом равновесное давление колеблется примерно от 0 до 35 psig после выпечки.

15. Упакованный заквашенный продукт по п.13, отличающийся тем, что выпеченное изделие имеет удельный объем примерно 1 - 10 см³/г, при этом равновесное давление колеблется примерно от 0 до 35 psig после выпечки.

16. Упакованный заквашенный продукт по п.8, отличающийся тем, что крышка выполнена в принципе твердой.

17. Упакованный заквашенный продукт по п.8, отличающийся тем, что крышка выполнена гибкой.

18. Упакованный заквашенный продукт по п.8, отличающийся тем, что уплотнение выполнено направленным вниз под углом.

19. Упакованный заквашенный продукт по п.1, отличающийся тем, что уплотнение имеет внутренний край и ширину уплотнения и прочность на отрыв Sp, превышающую компонент усилия, создаваемый внутренним равновесным давлением, действующим на каждую точку вдоль внутреннего края уплотнения, нормально к длине внутреннего края уплотнения, на который действует внутреннее равновесное давление, причем каждая такая точка образуется пересечением ширины уплотнения и внутреннего края, а указанный компонент усилия перпендикулярен в каждой такой точке локализованной плоскости, образуемой внутренним краем и шириной уплотнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в общем случае к системам упаковки охлажденных заквашенных составов. Более конкретно, изобретение касается упаковки охлажденного заквашенного густого или жидкого теста и способов определения прочности герметизирующей упаковки, необходимой для обеспечения внутреннего равновесного давления, которое требуется для того чтобы продукт, получаемый путем выпекания заквашенного состава, имел желательный удельный объем.

Упаковка применяется для самых разнообразных целей в пищевой промышленности. Упаковка может выпускаться для доставки, распространения и рекламы определенного продукта. Кроме того, упаковка может служить средством определения формы и формата продукта, обеспечивая конечного потребителя различными уровнями порционного контроля. Упаковка может также обеспечивать чистоту продукта, его качество и целостность до момента использования. До этого момента упаковка может также влиять на определенные характеристики продукта, в особенности для продуктов, содержащих химические компоненты, оказывающие влияние на характеристики продукта во время или после выпекания.

Способы упаковки пищевых продуктов хорошо развиты. Например, Lorber, патент 1861124, описывает упаковку для сырых бисквитов, имеющую телескопическую крышку, которая поднимается вместе с тестом, обеспечивая пространство для увеличения размеров массы теста. Имеются также воздушные клапаны для выхода воздуха во время подъема теста. Упаковка может иметь форму прямоугольной коробки с отделениями, которые разделяют упаковку на прямоугольные отсеки, или иметь трубчатую форму.

Traller, патент 1988058, описывает упаковку для теста, представляющую собой рулон, состоящий из листов теста между листами неприлипающей бумаги, которые скручиваются в виде большой плотной цилиндрической массы. Parrar и др. , патент 4769245, описывают способ упаковки готовых к употреблению выпечных изделий. Горячие буханки хлеба (или булки) упаковываются в пленку, имеющую горизонтальные и вертикальные сварные швы. Внизу упаковки образуется небольшой фильтр в виде отверстия или щели, позволяющий продукту "дышать" без проникновения микробов из внешней среды.

Wiggins, патент 3512632, описывает выпускной клапан давления для гибких мешочков. Хотя в этом случае упаковываются кофейные зерна, конструкция упаковки позволяет выпускать наружу двуокись углерода, которую выделяют кофейные зерна. Упаковка представляет из себя сумочку или мешочек, изготовленный из гибкой пленки, снабженной однонаправленным выпускным клапаном.

Joslin, патент 2810650, описывает хранение жидкого или густого теста в охлажденном виде в течение длительного времени без образования излишнего газа. Byrd, патент 3,502,487, описывает упаковку для пищевых продуктов. Из описываемой упаковки выпускаются пары и/или жидкости. Пакет герметизируется, чтобы предотвратить повторное попадание паров и/или жидкостей. Данная упаковка выдерживает значительные перепады температуры и/или давления.

Drummond и др. , патент 5366744, указывает способ изготовления упакованного теста для длительного хранения в охлажденном состоянии, а также систему упаковки для хранения охлажденного теста. В системе упаковки для хранения охлажденного заквашенного теста Drummond предлагает использовать жесткий герметично закрытый пакет, содержащий тесто.

Turpin, патент 3851757, описывает упаковку из двух частей, содержащую внешний спирально закрученный сосуд из фиброматериала, в котором находится тесто. Описываемый сосуд может также содержать второй отсек, где находится глазурь.

Davis, Jr. , патент 4038428, ссылается на способ упаковки теста для корочки пирога, которое может храниться внутри этой упаковки в течение относительно длительных периодов времени, после чего тесто может быть скручено в форму корочки, оставаясь в упаковке. Thomas, Jr., патенты 5164208 и 5240133, описывает соединение крышки с контейнером путем образования взаимосвязанной волнистости материала крышки и материала контейнера.

Одним из общепринятых средств упаковки охлажденного заквашенного теста является использование сосудов из фибрового картона, аналогичных тому, что описано в патенте США McDilda и др., 5084284. При этом типе упаковки тесто помещается в сосуд до расстойки, т.е. расстойка происходит в основном внутри сосуда. Сам сосуд закрывается после размещения в нем теста, но не герметично. Процесс брожения в тесте приводит к тому, что тесто поднимается в закрытом сосуде, и по мере выхода газа из верхней части сосуда тесто полностью заполняет внутренность сосуда и изолирует его.

Хотя многие из этих систем представляют приемлемые альтернативы упаковки, при упаковке заквашенного состава необходимо учесть большое число параметров.

В результате возникает рыночная потребность в технологии упаковки, которая являлась бы альтернативой существующей технологии.

Сущность изобретения

В соответствии с одним из аспектов изобретения представлена система упаковки для охлажденного густого или жидкого теста. Эта система упаковки должна выдерживать давление внутри упаковки и при этом легко открываться конечным потребителем. Упаковка подобной системы способна выдерживать давление внутри пакета в течение всего срока хранения продукта в охлажденном состоянии. Упаковка также легко открывается конечным потребителем без необходимости разрезания или использования иного дополнительного инструмента для его открытия, как, например, путем разрывания или использования другой легко открываемой формы выполнения. Система упаковки должна обладать способностью выдерживать нагрузку, которая определяется как произведение площади упаковки, которая подвергается внутреннему давлению, и внутреннего равновесного давления. Внутреннее равновесное давление определяется желательным удельным объемом конечного выпеченного продукта. Площадь упаковки, подверженная действию внутреннего давления, определяется конкретной геометрической формой упаковки, которая, в свою очередь, определяется геометрической формой продукта. Выбрав желательный удельный объем готового продукта, можно определить внутреннее равновесное давление, необходимое для получения этого удельного объема готового продукта. При заданном внутреннем равновесном давлении и выбранной геометрической форме упаковки, с учетом способности конечного потребителя легко открывать упаковку, окончательно определяется требуемая прочность герметизирующей укупорки для системы упаковки.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения представлен способ определения прочности герметизирующей укупорки упаковки для охлажденного заквашенного состава. Способ представляет собой определение удельного объема, необходимого для охлажденного заквашенного состава после выпекания, определение внутреннего равновесного давления, необходимого для сохранения удельного объема после выпекания, определение площади упаковки, подверженной действию внутреннего равновесного давления, и определение прочности укупорки упаковки как произведения внутреннего равновесного давления на площадь упаковки, которая подвергается внутреннему равновесному давлению.

Площадь упаковки, подверженная внутреннему равновесному давлению, представляет собой площадь проекции, которая находится в плоскости упаковки, где прилагается максимальная нагрузка на герметизирующую укупорку, причем площадь проекции определяется частью этой плоскости, ограниченной внутренней поверхностью упаковки.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения представлена упаковка для заквашенного состава для теста, причем эта упаковка имеет прочность герметизирующей укупорки, определяемую способом изобретения.

Выбрав желательный удельный объем готового продукта и подходящую геометрическую форму продукта из теста, можно рассчитать значения прочности укупорки, позволяющие выдерживать во время хранения давление, достаточное для поддержания желательного удельного объема после выпекания продукта. В изобретении описывается система для поддержания давления внутри охлажденного продукта из теста путем использования герметизированной емкости. Во время хранения заквашивающее вещество или вещества внутри теста генерируют некоторое количество газа. Емкость должна выдерживать давление газа, образующегося в результате реакции брожения в тесте, так, чтобы продукт из теста после выпекания принимал желательный удельный объем. Удельный объем выпеченного продукта является одним из средств определения качества конечного выпеченного продукта. Удельный объем продукта равен объему этого продукта, деленному на вес этого продукта.

Объем свободного пространства над продуктом или вокруг продукта в емкости не является критической величиной, поскольку емкость способна выдерживать внутреннее равновесное давление, необходимое для поддержания достаточного количества газа внутри теста. В изобретении описывается способ для установки любого числа параметров и определения системы упаковки для использования с заданным видом теста.

Раньше существовало очень немного альтернативных способов упаковки охлажденного теста, содержащего заквашивающие вещества. Эти системы упаковки предусматривают использование прочного фиброкартона, способного выдерживать очень высокие уровни давления внутри банки. Поддержание давления среды внутри этой банки обеспечивается прочностью стенок из фиброкартона и гофрированными металлическими краями банки. Однако до настоящего изобретения для банок из фиброкартона не существовало подходящих альтернативных вариантов упаковки охлажденного теста для поддержания этого теста в состоянии, позволяющем получать выпеченный продукт желательного удельного объема. Системы упаковки настоящего изобретения позволяют использовать намного более широкий ассортимент упаковочных материалов и конфигураций, дополнительно обеспечивая потребителей возможностью порционного контроля и разнообразными конфигурациями продукта, желательными для конечного потребителя. Еще одним преимуществом является то, что тесто можно упаковывать до существенной расстойки, что позволяет проводить всю обработку теста до образования "тонкой" структуры теста.

Система упаковки настоящего изобретения предусматривает упаковку, которую можно легко открыть, и, тем не менее, способную выдерживать внутреннее равновесное давление, образующееся в упаковке во время хранения. Эта упаковка может обеспечивать прочность отрыва до 8 фунтов на дюйм, что, с одной стороны, позволяет конечному потребителю легко открывать упаковку, а с другой стороны, позволяет удерживать внутреннее равновесное давление в охлажденном состоянии в течение 6 месяцев и более.

Важным аспектом изобретения является то, что можно варьировать свободное пространство над продуктом, обеспечивая большое количество преимуществ. Упаковка может иметь любой объем свободного пространства над продуктом или не иметь свободного места над продуктом. Система упаковки данного изобретения позволяет частично или полностью отводить газ из верхнего пространства внутри емкости после герметизации. Кроме того, верхнее пространство может быть частично или полностью продуто и заполнено каким-либо газом после герметизации. Данная система упаковки также позволяет удерживать внутреннее равновесие в упаковке между газом, содержащимся в тесте, и газом в верхнем пространстве упаковки.

Эти преимущества позволяют в конечном счете использовать практически любой вид герметизированной емкости для упаковки теста, если она может выдерживать давление в течение всего времени хранения. Чтобы определить, может ли емкость выдерживать достаточное давление внутри теста, давая желательный удельный объем, в настоящей технологии определяется связь между геометрической формой теста и прочностью герметизирующей укупорки, отвечающей требованиям упаковки.

Составы, которые можно использовать в рамках настоящей технологии, это любые рецепты густого или жидкого теста, которые могут выделять газ внутри этого состава после герметизации в емкости. Эта технология позволяет использовать любые виды теста с химической или дрожжевой закваской.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематическое представление зависимости между давлением и удельным объемом для заданного состава теста;

фиг. 2 - вид в перспективе одного из примеров реализации системы упаковки, которую можно использовать или разработать в соответствии с одним из аспектов изобретения;

фиг. 3 - вид в плане герметизирующего элемента, используемого в системе упаковки, показанной на фиг. 2;

фиг. 4 - вид в перспективе герметизирующего элемента системы упаковки, показанной на фиг. 2, дополнительно иллюстрирующий применение одного из аспектов способа настоящего изобретения к одному из примеров реализации системы упаковки;

фиг. 5 - вид в перспективе герметизирующего элемента системы упаковки, показанной на фиг. 2, дополнительно иллюстрирующий применение одного из аспектов способа настоящего изобретения к одному из примеров реализации системы упаковки;

фиг. 6 - вид в перспективе герметизирующего элемента системы упаковки, показанной на фиг. 2, дополнительно иллюстрирующий применение одного из аспектов способа настоящего изобретения к одному из примеров реализации системы упаковки;

фиг. 7а-7с - различные виды, показывающие применение одного из аспектов способа настоящего изобретения к другому примеру реализации системы упаковки в соответствии с данным изобретением;

фиг. 8а-8с - различные виды, показывающие применение одного из аспектов способа настоящего изобретения к еще одному примеру реализации системы упаковки в соответствии с данным изобретением.

Изобретение представляет собой систему упаковки для охлажденных составов, в которых поддерживается в течение всего срока хранения состава способность принимать желательный удельный объем после выпекания этого состава. Изобретение также представляет способ определения прочности герметизирующей укупорки упаковки в системах упаковки для заквашенных составов теста, которые могут храниться в охлажденном состоянии (34-52^oF, или 1.1-11.1^oC). Изобретение также представляет системы упаковки, получаемые этим способом.

Качество конечного выпеченного продукта в контексте настоящего изобретения в основном измеряется удельным объемом выпеченного продукта. Чтобы получить максимальный удельный объем выпеченного продукта, необходимо учесть определенные параметры. Состав теста обычно содержит некоторый тип заквашивающего вещества, которое образует газ внутри теста.

В контексте настоящего изобретения для определения заквашенного состава густого или жидкого теста используется термин "тесто".

Для любой заданной системы приготовления теста существует зависимость между удельным объемом выпеченного продукта и давлением внутри упаковки с тестом. При замешивании теста с его заквашивающими компонентами инициируется действие заквашивающего вещества. После упаковки заквашивающее вещество продолжает выделять газ, что приводит к расширению теста внутри упаковки, вызывая "расстойку" теста. Расстойка - это процесс расширения теста.

Обычно расстойка составов с тестом происходит полностью или частично до упаковки или полностью или частично после упаковки. После расстойки тесто продолжает развиваться ("подходить") во время хранения в герметизированной емкости в охлажденном состоянии. Это процесс, при котором давление продолжает возрастать после полной или частичной расстойки, но дальнейшее расширение теста ограничено упаковкой. Тесто, находящееся в емкости, продолжает развиваться до того момента, когда внутреннее давление емкости достигает точки внутреннего равновесного давления. Во время расстойки и развития тесто изменяет свое качество, включая, например, структуру, плотность и консистенцию. Кроме того, во время расстойки и развития теста давление внутри упаковки возрастает. Внутреннее равновесное давление можно определить как давление, которое достигается внутри упаковки, когда расстойка и развитие теста достигают равновесия внутри упаковки. Специалисты в этой области знают, что внутреннее давление меняется в зависимости от температуры и внешнего давления, и эти колебания следует учитывать при разработке системы упаковки. При определении внутреннего равновесного давления следует в дальнейшем учитывать колебания и предельные условия по температуре и внешнему давлению, в которых может оказаться данная система во время производства, транспортировки, хранения и использования.

Расстойка охлажденного теста обычно выполняется путем первоначального размещения теста в емкости, из которого может выходить газ, пока тесто не достигнет объема, достаточного для полного заполнения емкости. При значениях температуры, превышающих температуру внешней среды, заквашивающие вещества действуют быстрее, чем при комнатной температуре. Положительное внутреннее давление обычно устанавливается в течение 48 ч после упаковки. Внутреннее равновесное давление может быть достигнуто через несколько недель после упаковки в зависимости от количества теста, объема свободного пространства над тестом, концентрации газа в этом пространстве, внешних условий и других параметров. И пока не будут полностью завершены описанные выше стадии расстойки и развития теста, нельзя переходить к выпеканию, иначе выпекаемый продукт не достигнет приемлемого качества, включая нужную структуру, вкус и плотность.

Остаточный кислород в верхнем пространстве емкости может вызывать ухудшение качества теста. В практическом применении этого изобретения можно использовать несколько способов для снижения концентрации кислорода до приемлемых уровней. Способы снижения включают, но не ограничиваются, продувкой верхнего пространства газом, замещением кислорода, удалением с последующим заполнением верхнего пространства газом, а также использованием поглотителей кислорода в тесте, таких как дрожжи. Тем самым происходит улучшение таких характеристик, как цвет, структура, вкус и другие атрибуты конечного выпеченного продукта.

Как описано выше, удельный объем выпеченного продукта может определяться внутренним равновесным давлением внутри данной упаковки. Величина внутреннего равновесного давления равна давлению, сохраняемому внутри упаковки и измеряемому относительно внешнего давления.

На фиг. 1 показан пример зависимости между удельным объемом конечного выпеченного продукта и внутренним равновесным давлением в емкости, где находится тесто.

Внутреннее равновесное давление при заданном размере и форме продукта из теста определяет геометрию упаковки, в которой содержится тесто. Упаковка, используемая для заквашенного охлажденного теста, должна не только поддерживать чистоту и качество теста до момента использования, но также должна поддерживать физические, химические и органолептические свойства теста до момента использования, чтобы конечный выпеченный продукт обладал заданными атрибутами, такими как удельный объем, вкус, цвет, структура и другие органолептические качества.

После определения зависимости между удельным объемом и внутренним равновесным давлением значение внутреннего равновесного давления, необходимого для получения нужного удельного объема, можно использовать для расчета способности упаковки удерживать это давление. Способность упаковки удерживать давление определяется, в частности, прочностью укупорки, используемой для герметизации упаковки, с учетом прочности материалов, используемых для изготовления упаковки, необходимой для поддержания внутреннего равновесного давления. Обычно необходимая прочность укупорки упаковки определяется как произведение внутреннего равновесного давления на площадь поверхности упаковки, подверженную внутреннему равновесному давлению. В свою очередь, площадь упаковки, подверженная внутреннему равновесному давлению, зависит от геометрической формы упаковки. В конечном итоге площадь упаковки, подверженная внутреннему равновесному давлению, определяется как площадь проекции.

Более точно, для любого состава теста желательный удельный объем для конечного выпеченного продукта связан с внутренним равновесным давлением для упакованного теста. Укупорка упаковки, используемая для содержания состава с тестом, должна иметь прочность, необходимую для удерживания внутреннего равновесного давления предпочтительно в течение всего срока хранения упакованного охлажденного продукта. Способность герметизирующей стенки выдерживать внутреннее равновесное давление определяется способностью упаковки удерживать давление, которая, в свою очередь, определяется геометрической формой упаковки, выбранной для данного продукта. Геометрия упаковки изменяется в зависимости от размера и формы упаковки. Однако площадь упаковки, подверженную внутреннему давлению, можно рассчитать для любой конфигурации упаковки, определяя положение максимальной нагрузки для этой упаковки. Более подробно пример системы настоящего изобретения будет описан ниже.

Способность удерживать давление является функцией многих параметров, таких как прочность материала, а также состав и конфигурация укупорки. В системах настоящего изобретения, где упаковка выбирается таким образом, чтобы ее мог легко открывать потребитель, предпочтительно, чтобы герметизирующая укупорка являлась "предельным" элементом способности упаковки удерживать давление. Иначе говоря, материалы упаковки должны быть выбраны таким образом, чтобы они не разрушались при использовании в системе настоящего изобретения. Упаковка должна легко открываться потребителем и, вместе с тем, должна обладать способностью удерживать давление, возникающее внутри упаковки. Поэтому для определения способности упаковки удерживать давление необходимо определить максимальное давление, которое может выдерживать укупорка. Давление, которое может выдерживать укупорка, зависит от геометрической формы упаковки и прочности укупорки. Способность удерживать давление в основном связана с площадью проекции в геометрической форме упаковки. После определения площади проекции она используется в сочетании с прочностью укупорки для определения способности упаковки удерживать давление.

Герметизирующие укупорки в материалах упаковок наиболее часто имеют две основные ориентации относительно нагрузки, прилагаемой к укупорке. Если нагрузка, прилагаемая к укупорке, перпендикулярна ширине укупорки, как, например, ширина 15 фиг. 2, тогда говорят, что укупорка находится в состоянии отрыва. Прочность укупорки в состоянии отрыва нормализуется по длине, на которой прилагается сила, и определяется как прочность на отрыв (S_p) в единицах силы на единицу длины как г/см, г/дюйм или фунты/дюйм. Если укупорка ориентирована таким образом, что нагрузка, прилагаемая к укупорке, параллельна ширине укупорки, тогда говорят, что укупорка находится в состоянии сдвига (смещения). В состоянии сдвигового напряжения нагрузка распределяется по площади укупорки, определяемой ее шириной и ее длиной. Прочность укупорки в состоянии сдвига обычно нормализуется по площади, к которой прилагается сила. Прочность на сдвиг (S_s) определяется в единицах силы на единицу площади как г/см², г/дюйм² или фунты/дюйм².

Обычно прочность укупорки на сдвиг выше, чем прочность на отрыв, и может легко увеличиваться за счет увеличения площади, к которой прилагается нагрузка. Прочность укупорки на сдвиг можно увеличивать до значения, при котором происходит разрушение упаковки в самом материале упаковки, но не в материале укупорки. Прочность укупорки на отрыв обычно ниже, чем прочность материала самой упаковки, и ее нельзя увеличить за счет увеличения площади укупорки. В большинстве герметизированных упаковок разрыв или повреждение происходит в результате того, что нормализованная нагрузка в направлении отрыва превышает прочность укупорки на отрыв.

Прочность на сдвиг и прочность на отрыв характеризуют способность укупорки оставаться на месте, когда к этой укупорке прилагаются нагрузки. Прочность на сдвиг и прочность на отрыв говорят о состоянии укупорки, на которое оказывают влияние материалы, соединяемые при укупорке, условия укупорки, а также температура и длительность нагрузки, при которых снимаются эти характеристики, сроки хранения и т.д.

Нагрузки, которым подвергаются укупорки упаковок с заквашенным тестом, возникают в основном как результат давления внутри емкости (P_i) относительно внешнего давления. При простых геометрических формах упаковки (коническая форма или с круговым поперечным сечением) нагрузка распределяется равномерно. Под действием давления гибкие упаковки "вспучиваются", т.е. деформируются. По этой деформированной форме определяется направление результирующей силы, . Для гибких упаковочных материалов, которые не сохраняют форму под действием изгибающего момента (т.е. легко изгибаются или складываются), вектор результирующей нагрузки на укупорку имеет направление, касательное к внутреннему краю укупорки.

Этот вектор результирующей нагрузки можно разложить на два вектора нагрузки: вектор перпендикулярный плоскости проекции, и вектор параллельный этой плоскости, и в любой точке см. пример на фиг. 7а. Внутреннее давление прилагается к внутренней поверхности упаковки таким образом, что произведение площади проекции и внутреннего давления (P_i) равно нагрузке распределенной по периметру площади проекции. Критическим фактором является одна из максимальных нагрузок. Поскольку распределяется по периметру площади проекции, величину нагрузки, можно нормализовать по периметру, разделив на периметр площади проекции.

Зная направление (при этом расчете она обычно направлена по касательной к поверхности деформированной упаковки в точке максимальной нагрузки), а также величину и направление можно рассчитать величину путем сложения векторов или путем решения простых тригонометрических уравнений. Нагрузка полностью определяется своей величиной и направлением.

Чтобы определить силы отрыва и сдвига, возникающие в результате внутреннего давления P_i и действующие на укупорку упаковки, результирующий вектор нагрузки разлагается на вектор силы в точке максимальной нагрузки и перпендикулярный плоскости укупорки в точке максимальной нагрузки и на вектор параллельный плоскости укупорки в точке максимальной связи. Как и в случае с векторами нагрузки, векторы силы можно рассчитать из следующего уравнения: В варианте реализации, показанном на фиг. 7а и 7b, плоскость проекции и плоскость укупорки в точке максимальной нагрузки совпадают, поэтому направления векторов нагрузки и векторов силы тоже совпадают. В варианте реализации, показанном на фиг. 7с, векторы нагрузки и векторы силы действуют в различных направлениях, поскольку плоскость проекции и плоскость укупорки в точке максимальной нагрузки не совпадают.

Нормализуя величину длине (1), на которой действует мы получаем коэффициент нагрузки в единицах силы на единицу длины. В тех же единицах и направлении измеряется прочность на отрыв укупорки (S_p). Чтобы упаковка выдерживала внутреннее давление, необходимо выполнение условия Аналогичным образом, должно выполняться условие /(ширина укупорки x длина укупорки), чтобы упаковка могла выдержать сдвиговую нагрузку в точке максимальной нагрузки. В конечном итоге площадь проекции (A_p), которая определяет размер упаковки, и внутреннее давление используются для определения результирующей силы действующей на укупорку в области максимальной нагрузки, и затем из этой силы можно определить нагрузку на укупорку как в направлении отрыва, так и в направлении сдвига.

Таким образом, требуемая прочность укупорки связана как с размером упаковки, так и внутренним давлением упаковки. Для заданного внутреннего давления, необходимого для обеспечения качества продукта, можно определить необходимую прочность укупорки для заданного размера упаковки, или, в альтернативном варианте, можно определить размер упаковки, позволяющий удерживать давление, при заданной прочности упаковки из доступных упаковочных материалов. Этот способ также был использован для определения внутреннего давления, которое может выдержать упаковка при заданном размере и прочности крышки из доступных упаковочных материалов.

Один из вариантов реализации настоящего изобретения показан на фиг. 2 - 7с. На фиг. 2 показана одна конфигурация упаковки настоящего изобретения с гибкой крышкой 12, имеющей внутренний периметр 14 и внешний край 16, между которыми расположена фланец с шириной укупорки 15. Положение максимальной позиции нагрузки 18 относительно укупорки можно определить с помощью любых средств, известных специалистам в этой области, и она изменяется в зависимости от формы упаковки и типа используемой укупорки. На фиг. 3 показан вид сверху укупорки для реализации изобретения на фиг. 2. В положении максимальной нагрузки 18 первая плоскость 24, показанная на фиг. 5, определяется плоскостью крышки 12 (в предположении, что крышка лежит в одной плоскости) и содержит точку приложения максимальной нагрузки 18. Линия Y-Y", показанная на фиг. 5, проведена в тангенциальном направлении через конец внутреннего периметра 14 и находится в плоскости 24. Вторая плоскость 22 перпендикулярна плоскости 24, и линия Y-Y" находится также в плоскости 22, как это показано на фиг. 4. Линия X-X"проходит через точку приложения максимальной нагрузки 18, перпендикулярна первой плоскости и проходит через вторую плоскость. Линия Z-Z" проведена перпендикулярно плоскости 22 и проходит через позицию 18.

Площадь проекции в этом варианте реализации изобретения лежит в плоскости 24 и ограничена внутренним периметром 14, как это показано в заштрихованной области фиг. 6. Именно эта площадь проекции определяет в конечном счете способность упаковки выдерживать давление.

Под действием давления гибкая крышка выпучивается наружу. В условиях избыточного давления максимальная нагрузка в упаковке приходится вокруг внутреннего периметра 14, и поскольку это окружность, нагрузка в основном распределяется равномерно. Как видно из фиг. 2, положение максимальной нагрузки 18 находится на внутреннем периметре 14. На фиг. 6 показано, что внутренний периметр укупорки 14 находится в плоскости площади проекции 12 (A_p). В этой ситуации:



где d - внутренний диаметр упаковки.

Вектор направлен перпендикулярно плоскости 24 и должен уравновешиваться силами давления на площади проекции упаковки, т.е.:



Нагрузка равномерно распределена по периметру укупорки:



В каждой точке на периметре нагрузка направлена тангенциально к крышке

и равномерно распределена как

Из векторного анализа получаем



где - - угол между

Затем распределенную нагрузку можно представить как:



Фланец 15 может лежать в плоскости 24 или может выходить под углом из этой плоскости. Угол определяет эту угловую позицию относительно линии Z-Z", см. фиг. 7с. Когда = 0, фланец и ширина укупорки лежат в плоскости 24, т. е. в плоскости площади проекции. - сила отрыва, прилагаемая к укупорке и перпендикулярная к ширине укупорки. Угол - угол между направлением силы отрыва и направлением результирующей нагрузки Угол между и линией Z-Z" равен 90^o - . Распределенная сила отрыва (коэффициент нагрузки отрыва укупорки) равна:



Когда стремится к 90^o, коэффициент нагрузки отрыва стремится к нулю. Когда стремится к 0^o, коэффициент нагрузки отрыва стремится к максимальному значению, где Прочность укупорки на отрыв (S_p) должна быть равна или больше чтобы укупорка оставалась на месте.

В упрощенном случае предполагается, что = 0, = 0 и = 0. В этом случае максимальный коэффициент нагрузки по отрыву равен



Зная можно легко определить коэффициент нагрузки по сдвигу. Коэффициент распределенной нагрузки по сдвигу можно приближенно определить для кругового поперечного сечения как:



Таким образом,



где w - ширина укупорки.

Другой вариант реализации настоящего изобретения показан на фиг. 8а-8с. Система состоит из гибких мешочков, содержащих заквашенное тесто. В этом случае упаковка с избыточным давлением, образуемая из гибких материалов, принимает цилиндрическую форму. Нагрузку на укупорку для длинных упаковок можно приближенно оценить, пренебрегая концами цилиндра и анализируя центральную часть, где нагрузка является максимальной.

Для иллюстрации на фиг. 8а показана оребренная укупорка 25, проходящая в продольном направлении вдоль упаковки, и внутреннее давление P_i, создаваемое тестом, которое содержится внутри упаковки. Положение максимальной нагрузки 18 относительно укупорки в этой конфигурации находится на внутреннем крае укупорки, и нагрузка распределена равномерно вдоль ее длины. Специалистам в этой области известно, что неровности и отклонения укупорки приводят к неравномерности нагрузки, но в целях проектирования нагрузка считается равномерной.

Чтобы определить площадь проекции в этой конфигурации, проводится ось радиальной симметрии X-X". Из положения максимальной нагрузки 18 проводится линия Z-Z", которая пересекается перпендикулярно с осью X-X". Линия Z-Z" и ось X-X" определяют плоскость 26. Перпендикулярно плоскости 26 определяется вторая плоскость 27, в которой лежит максимальная нагрузка 18. Площадь проекции определяется площадью в плоскости 27, ограниченной периметром упаковки, показанной на фиг. 8b.

Используя представленный здесь способ, площадь проекции равна произведению длины (l) на диаметр (d). Таким образом

A_p= l d

и

В этом варианте реализации, как показано на фиг. 8с, т.е. они имеют одинаковую величину и направление, и угол между ними равен 0^o, a = 0. В результате



Сила распределяется между двумя длинными сторонами цилиндра, где находится материал упаковки, но не ее торцов. Не предполагается никаких концевых эффектов.

Поскольку действуют в одном направлении, и они нормализованы по длине, на которой действует то



Поэтому для упаковки в виде цилиндрической сумочки, чтобы предотвратить разрыв укупорки при использовании, прочность укупорки S_p должна быть больше



Таким образом, давление и, в свою очередь, качество продукта, связаны с размером упаковки (в данном случае d), а также с прочностью укупорки на отрыв.

Поскольку здесь нет сдвиговой нагрузки, и нужно учитывать только прочность на отрыв.

В описанных выше примерах реализации изобретения показаны аппроксимации, которые можно использовать, чтобы связать качество продукта и давление с размером упаковки и геометрической формой укупорки для упаковок с избыточным давлением. Аналогичный расчет можно провести с помощью таких методов, как метод конечных элементов или подобных методов, посредством которых прогнозируются коэффициенты нагрузки и способность упаковки выдерживать давление.

Из описанных выше расчетов по прочности укупорки на отрыв и прочности укупорки на сдвиг при заданном давлении можно определить тип, размер и конфигурацию подходящих укупорок. Тем самым достигается значительная гибкость в видах систем упаковки, подходящих для использования в настоящем изобретении.

На практике наиболее предпочтительными типами упаковок, используемых для охлажденного теста, являются упаковки в виде конической чаши или сумочки-мешочка. Упаковки в форме чаши могут герметизироваться гибкими или жесткими крышками. Мешочки могут изготавливаться из гибких материалов. Специалистам в этой области известно, что упаковочные материалы должны выбираться в соответствии с их прочностью и применимостью для использования с различными составами теста. Предпочтительно, чтобы способность материала выдерживать внутреннее давление была не меньше, чем прочность укупорки. Один из методов определения прочности материала описан в ASTM D882, Annex А1, "Determination of Tensile Energy To Break" (Определение энергии растяжения на разрыв).

Можно разработать всевозможные конфигурации упаковок для пищи с использованием способа настоящего изобретения. Например, для упаковки можно использовать емкости в виде чаши, мешочка, коробки или поддона. Кроме того, эта система упаковки также применима к любому типу укупорок, как, например, перекрывающие укупорки, имеющие распределенную нагрузку, где укупорка находится под воздействием сдвиговой нагрузки, а прочность укупорки определяется областью перекрытия и прочностью материала. Изобретение также применимо к укупоркам в форме ребра, где имеется локализованная нагрузка и прочность укупорки ограничена самой укупоркой и силами отрыва. Еще одним примером укупорки является скрепляемая оребренная укупорка, где имеется распределенная нагрузка и прочность укупорки определяется сочетанием прочности на отрыв и на сдвиг самой укупорки.

Изобретение также относится к жестким емкостям, имеющим форму чаши, жесткие и нежесткие верхние поверхности, закрепляемые вокруг края определенной формы. Системы упаковки, разработанные в соответствии с настоящим изобретением, могут использовать любое количество гибких или жестких подложек. В качестве материалов могут использовать металлы и металлические сплавы, природные или синтетические полимеры, целлюлоза, - все это может использоваться в чистом виде или в комплексе. Используемые материалы могут обладать термостойкостью, позволяющей выпекать продукт из теста после открытия упаковки и возможного удаления крышки. К примерам материалов можно отнести пластиковый листовой материал, бумагу, картон, металлическую фольгу, металлические формы для выпекания и пластиковое сырье, полиэфирные пленки, пергамент для выпекания, полиэфирный или бумажный картон, полиэфирамид и многие другие материалы. Материал упаковки может состоять из любого числа других полимерных составов, смесей и таких материалов, как полимеры, полученные из хлористого винила, этилена, пропилен винилацетата, бутена, бутадиена, нейлона, карбоната, алкен терефталата, акриловой кислоты, эфиров акриловой кислоты, бутилкаучука, производных целлюлозы, изопрена, мочевины, уретана, аминовых смол, имидов, крахмалов, производных крахмала и их смесей.

В общем случае изобретение можно использовать с заквашенным и охлажденным густым или жидким тестом. Жидкое или густое тесто, к которому можно применить настоящее изобретение, включает составы, полученные из таких составляющих зерна, как мука, ростки и отруби из пшеницы, овса, ржи, сорго, ячмень, рис, просо, кукуруза и многих других. Обычно густое тесто содержит от 40 до 70 весовых процентов муки. В свою очередь, жидкое тесто содержит от 10 до 40 весовых процентов муки. Густое тесто содержит от 20 до 40 весовых процентов воды, а жидкое тесто содержит от 20 до 70 весовых процентов воды.

Составы с жидким и густым тестом, к которым применимо это изобретение, также обычно содержат заквашивающее вещество, которым могут быть либо дрожжи, либо компоненты химического заквашивания. Для густого теста настоящего изобретения можно применять такие компоненты заквашивания, как воздух, пар, дрожжи, а также пекарские порошки. Пекарские порошки, такие, как бикарбонат натрия, а также бикарбонат натрия в сочетании с пищевыми кислотами для выпекания также являются полезными заквашивающими средствами согласно настоящему изобретению. К пищевым кислотам, используемым для химического заквашивания и различных составов теста, относятся первичный кислый фосфат кальция моногидрат, сульфат-алюминий натрия, кислый пирофосфат натрия, фосфат-алюминий натрия, дикальцийфосфат, глюконо-дельта лактон, кислый виннокислый калий, а также их смеси. Одну или несколько кислот для выпекания можно сочетать с бикарбонатом натрия, образуя химически заквашивающее вещество.

Предпочтительно густое или жидкое тесто применительно к настоящему изобретению содержит от 0.1% до 5% заквашивающего вещества или компонентов заквашивающей системы.

Кроме заквашивающих веществ, густое или жидкое тесто согласно настоящему изобретению может также содержать любое число других компонентов, используемых специалистами в этой области, включая сахар, соль, эмульгаторы, красители, ароматизаторы и другие компоненты.

В контексте этого изобретения термины "стабильность" и "стабильность в течение срока хранения" означают, что рассматриваемый продукт не подвергается никаким изменениям, которые приводят к тому, что продукт становится неприменимым для предусматриваемой цели. В контексте пищевых продуктов "стабильность" и "стабильность в течение срока хранения" означают, что продукт не подвергается воздействию каких-либо факторов, которые могут нарушить органолептические свойства данного пищевого продукта.

Система упаковки настоящего изобретения способна выдерживать внутреннее равновесное давление. Предпочтительно значения внутреннего равновесного давления должны быть меньше 35 psig и, более предпочтительно, меньше 25 psig для периодов, превышающих 3 недели, а предпочтительно превышающих 3 месяца, и, более предпочтительно, превышающих 6 месяцев, при температурах охлаждения в диапазоне от 32^oF до 55^oF (от 0^oC до 12,8^oC).

Продукты из теста настоящего изобретения при выпекании способны достигать удельных объемов в диапазоне от 1 см³/г до 10 см³/г, а предпочтительно от 3 см³/г до 7 см³/г и, более предпочтительно, от 3,5 см³/г до 6,5 см³/г. Для выпекания продукта из теста, используемого в системе упаковки настоящего изобретения, могут быть использованы любые способы, известные специалистам в данной области.

Примеры

Следующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают сферу действия настоящего изобретения.

Пример 1

В этом примере герметизация выполнялась с помощью укупорочной машины Wave Sealer фирмы James River Со. при использовании способов патентов США 5164208, выданного 17 ноября 1992г., и 5240133, выданного 31 августа 1993г. Оба патента выданы на имя Thomas, Jr. Упаковки и крышки от фирмы James River Co. герметизировались при различных условиях укупорки на укупорочной машины Wave Sealer (также от фирмы James River Co.). Эти образцы были затем соединены с помощью перегородки непосредственно под фланцем. Перегородка была закреплена на месте с помощью зажима, чтобы из под нее не выходил воздух. К ней был подсоединен воздухопровод с регулятором давления и датчиком давления к входу через иглу от шприца. Датчик давления был подсоединен к источнику питания напряжением 5В и затем к диаграммному самописцу Soltec. Игла от шприца была пропущена через перегородку сбоку чаши, и давление медленно повышали, пока не была нарушена укупорка. Данные с ленточного самописца были оцифрованы и преобразованы в электронную таблицу на компьютере. Приводятся расчеты для этих образцов (см.табл.A).

В контексте данного эксперимента используемые термины имеют следующий смысл:

Давление укупорки: величина давления, прилагаемого верхней частью укупорочной головки во время контакта с чашей. Укупорочная головка является нагреваемой частью укупорочной машины, которая выполняет формирование укупорки.

Давление стяжного кольца: величина давления, прилагаемого стяжным кольцом укупорочной головки. Стяжное кольцо входит в контакт до вхождения в контакт укупорочной головки. Назначение стяжного кольца - фиксация края крышки и чаши перед контактом с укупорочной головкой.

Температура укупорки: температура, при которой устанавливается укупорочная головка.

Время укупорки (выдержка): длительность времени контакта укупорочной головки с чашей.

При повышении давления в этих упаковках происходит несколько предсказуемых структурных изменений. Фольга на крае крышки начинает вспучиваться и необратимо деформируется при повышении давления, а дно упаковки становится округлым и также деформируется при повышении давления.

Пример 2

Тесто было приготовлено по следующему рецепту, %:

Мука - 51,87

Вода - 31,82

Vital Wheat Gluten (клейковина пшеницы) - 3,07

Шортенинг (комбижир) - 2

Ароматизатор - 2,70

Сахароза - 2

Глюкоза (декстроза) - 2

Глюконо-дельта лактон - 1,592

Соль - 0,99

Инкапсулированная сода - 1,373

Моноглицерид диацетивинной кислоты - 0,4

Ксантановое гумми (Xanthan Gum) - 0,154

Полипропиленовые чаши с внутренним объемом 200 кубических сантиметров диаметром 307 (внешний диаметр 37/16 дюйма) были заполнены тремя порциями теста с различными весами (180 г, 140 г и 100 г). Из пятнадцати упаковок по 180 г через небольшое игольчатое отверстие выпускался воздух для иглы под фланцем крышки. Эти упаковки были герметизированы при нормальных условиях внешней среды. Девять упаковок по 180 г были герметизированы при нормальных условиях внешней среды без выпуска воздуха. Девять упаковок по 180 г были продуты CO₂ перед герметизацией, и еще девять были продуты перед герметизацией азотом. Из пятнадцати упаковок по 140 г выпускался воздух, как и выше. Эти упаковки были герметизированы при нормальных условиях внешней среды. Еще пятнадцать упаковок по 140 г были продуты CO₂ перед герметизацией. Образцы по 100 г содержали дополнительное тесто. Во всех упаковках была выполнена расстойка теста, прежде чем поместить на хранение при 45^oF (7,2^oC). После расстойки несколько упаковок, продутых CO₂ и азотом, были проанализированы на содержание кислорода с помощью газовой хроматографии. Эти три вида были проанализированы через 0 недель, 1 неделю и 5 недель на давление, удельный объем при выпекании, клеточную структуру, а также были подвергнуты рентгеновскому анализу для определения степени расширения теста и объема свободного пространства вверху упаковки. Продукт выпекался в течение 25 мин при 375^oF (190,6^oC) либо в чаше (как в форме), либо путем удаления из чаши и выпекания на противне. В табл. 1 указаны показатели давления и удельного объема, в табл. 2 - содержание кислорода для упаковки с продувкой газом.

Такова была концентрация газа в верхнем пространстве упаковки для пяти случайно выбранных емкостей, которые были продуты и проверены с помощью газовой хроматографии после расстойки теста.

Внутреннее давление вызвало выпучивание крышки и округление дна упаковок. Упаковки с образцами 100 г не выпучивались. Цвет теста был нормальным. При открытии упаковок, из которых выпускался воздух, не было громкого звука. При открытии упаковок, из которых не выпускался воздух, происходил хлопок (звук изменялся в зависимости от давления). Выпеченный продукт имел хорошую ячеистую структуру и форму. Не было замечено никаких крупных пустот. Выпекание в чаше не давало таких высоких удельных объемов, как на противне.

Следующие результаты были получены по упаковкам с нарушением укупорки во время хранения при температуре 45^oF (7,2^oC) (см. табл. 3).

Удельный объем выпеченного продукта для данного эксперимента изменялся в диапазоне от ~ 3,6 до 6,5 см³/г. В основном образцы весом 140 г (с выпуском воздуха, продувкой CO₂) дали наилучшие удельные объемы. Данные также показывают, что наиболее высокие удельные объемы сырого теста дали более высокий удельный объем готового продукта. Поскольку более высокий удельный объем теста является функцией веса упаковки (при одинаковом объеме упаковки), эти данные согласуются. Более низкий диапазон удельных объемов был обычно связан с более высоким давлением, а также с низким удельным объемом теста в упаковках. Максимальное давление в упаковках, выдержавших испытания, составило 14.38 psig (вес 180 г, без выпуска воздуха). В упаковках весом 180 г (без выпуска воздуха, CO₂, N₂) наблюдалось наиболее высокое давление, после чего следовали упаковки весом 180 г с выпуском воздуха. Продувка (заполнение) газом оказалась в основном неэффективной в этом эксперименте. Рентгеновское исследование упаковок показало, что тесто в упаковках 180 г и 140 г с выпуском воздуха расширилось, заполнив весь объем. Образцы без выпуска воздуха не смогли полностью расшириться из-за наличия газа в верхнем пространстве. Образцы весом 100 г не смогли расшириться для заполнения всего объема и "просели". Оказалось, что удельный объем несколько возрастает по мере увеличения срока хранения. Это увеличение было наиболее заметно в группе весом 140 г с выпуском воздуха. Упаковки весом 180 г показали наиболее высокую частоту повреждений при хранении. Из таблицы данных видно, что количество самоповреждений упаковок с выпуском воздуха и без выпуска воздуха оказалось одинаковым (в обоих случаях 5). Но поскольку общее количество упаковок с выпуском воздуха было в два раза больше, чем без выпуска воздуха, процент поврежденных упаковок оказался выше для группы без выпуска воздуха.

Пример 3

Упаковки теста для булочек к обеду были продуты CO₂ и герметизированы с помощью крышек и укупорочной машины Wave Seal, описанных в примере 2, при следующих условиях:

Температура укупорки: 535^oF;

Давление укупорки: 40 psig;

Давление стяжки: 20 psig,

Время укупорки (выдержка): 0,7 с

Прочность укупорки (см.табл.Б)

Гомополимерные полипропиленовые чаши без приповерхностного слоя ~ 21 psig

Гомополимерные полипропиленовые чаши с приповерхностным слоем ~ 26,5 psig

Чаши были выдержаны (для отстойки теста) в течение ~ 90 мин и помещены на хранение при 45^oF (7,2^oC). Продукт был упакован в чаше объемом 90 см³ порциями 45, 55 и 65 г теста.

Перед выпеканием было проверено содержание кислорода с помощью анализатора Systec Oxygen. Содержание кислорода во всех чашах составило ниже 0,2% (см. прилагаемые данные). Продукт выпекался при температуре 330^oF (165,6^oC) в течение 27 мин в чаше (как в форме). Продукту давали остыть, и затем был измерен удельный объем выпеченного продукта с помощью метода "замещения рапсовыми семенами".

Используемые чаши представляли собой гомополимерные полипропиленовые чаши 76 мм с приповерхностным слоем (фирма James River Co.). Оценка продукта происходила через семь дней после упаковки (см.табл. В)

Показания давления снимались с помощью волоконно-оптической системы Metricor. Давление снималось через дно чаши. Во время измерения давления не наблюдалось никакого газа, и верхнее пространство оставалось незаполненным после открытия чаши. При открытии было слышно небольшое "шипение" при выходе газа.

Неравномерный нагрев укупорочной головки на укупорочной машине вызвал неравномерную укупорку чаш вокруг периметра.

Варьируя время укупорки (время выдержки), температуру и давление укупорки, удалось выявить условия, дающие приемлемую прочность при минимальной неоднородности укупорки. На укупорке были все же видны зона сильной волнистости и зона более слабой волнистости, а также некоторое образование двойной волны в зоне сильной волнистости. Повреждение материала крышки за счет выдавливания материала чаши сводилось к минимуму при этих условиях.

Чтобы обеспечить легкое открывание, отрывной язычок на крышке должен располагаться на боковой стороне чаши, когда он помещается на основу укупорки.

Условия:

Температура укупорки: - 535^oF

Давление укупорки: - 40 psig

Давление стяжки: - 20 psig

Время укупорки (выдержка): - 0,7 с

Прочность укупорки:

Гомополимерные полипропиленовые чаши без приповерхностного слоя ~ 21 psig

Гомополимерные полипропиленовые чаши с приповерхностным слоем ~ 26,5 psig

Продувка газом выполнялась следующим образом. Гофрированный картон выравнивался горловым кольцом на основе укупорки. Газ вводился в небольшие отверстия через найлоновую трубку. Трубка помещалась достаточно далеко от стопорного кольца чаши, чтобы ее нельзя было повредить стяжным кольцом на укупорочной головке.

Кусок материала крышки укупорки размером 5,5"" х 4,5"" прикреплялся к картону, поверх трубки для газа и чаши с помощью двусторонней ленты (лента прикреплялась к картону). Конец крышки, удаленный от линии хода газа, оставался незакрепленным, чтобы газ мог выходить после продувки чаши. Газ проходил сверху чаши, спереди, назад, воздух в чаше продувался CO₂, который проходил сверху, и замещался CO₂ в соответствии с принципом Вентури. Затем включалась укупорочная головка, которая герметизировала чашу.

Параметры продувки газом:

Давление газа: - ~ 4 psig на регуляторе

Время продувки: - ~ 20 с

Газ для продувки: - CO₂

Крышка: 5,5"" x 4,5"" из материала для волновой упаковки

Во время верификации уровни O₂ составляли от 0,27% до 0,58% после продувки пустой чаши.

Уровни содержания кислорода проверялись с помощью анализатора Toray Oxygen через небольшую иглу от шприца, вставленную в перегородку в материале крышки. Проверка на упакованных продуктах с продувкой показывала уровни порядка 0,0001%.

Подготовка упаковок с химически заквашенным тестом для булочек для обеда в чашах 76 мм.

Для этого эксперимента были использованы полипропиленовые чаши 76 мм (3 унции). Эти чаши имели защитный приповерхностный слой от газа (газовый барьер) и не имели выпуска воздуха. Перед упаковкой через дно шести чаш было просверлено отверстие. Это было сделано для установки датчиков давления, позволяющих следить за давлением в период хранения.

Процедура подготовки теста

Компоненты теста были взвешены в соответствии с рецептом. Тесто было перемешано с помощью тестомеса Hobart в барабане Mcduffy. На первой стадии компоненты перемешивались на скорости 1 в течение 1,5 мин и скорости 2 в течение 1,5 мин. Полученное тесто было порезано на порции внутри тестомеса, и были добавлены компоненты второй стадии. Тесто затем перемешивалось на скорости 1 в течение 30 с и на скорости 2 в течение 3,5 мин.

После перемешивания тесто было раскатано на тестовальцовочной машине Rondo. Толщина теста варьировалась в диапазоне 12-18 мм в зависимости от необходимого веса упаковки. Тесто было порезано на круглые порции с помощью цилиндрического ручного штампа из нержавеющей стали для вырубки теста. Вес упаковок составлял 45, 55 и 65 г.

После упаковки 76 мм чаши были продуты CO₂ в течение 25 с и затем герметизированы с помощью настольной укупорочной машины. Тесту дали отстояться (подняться) в течение ~ 90 мин при температуре окружающего воздуха, и затем упаковки поместили на хранение при температуре 45^oF (7,2^oC). Чаши с датчиками давления были обработаны таким же образом.

Оценка продукта

Оценка давления была выполнена через 1 неделю после упаковки. Продукт был подвергнут рентгеновскому анализу, чтобы определить, имеется ли верхнее свободное пространство, измерить давление, концентрацию газа в верхнем пространстве и удельный объем выпекаемого продукта.

Давление

Давление продуктов определялось с помощью датчиков давления в шести чашах. Для измерения давления в этом датчике используется плоская активная поверхность, которая находится в контакте с исследуемой областью. Давление, действующее на плоскую поверхность, вызывает изменения электрического сигнала на датчике. Этот сигнал записывается на ленточный самописец или поступает в систему сбора данных и путем математического применения калибровочного коэффициента датчика к полученному показанию дает величину давления.

Кроме слежения за давлением с помощью датчиков, показания давления также снимались перед выпеканием. Это осуществлялось с помощью волоконно-оптической системы измерения давления Metricor. В этой системе используется волоконно-оптический зонд, который передает тонкий луч света от светодиодного источника (СИД). Этот луч передается на зонд, входит в контакт с небольшой диафрагмой на конце зонда и затем отражается обратно на датчик. Под действием различных давлений диафрагма отклоняется внутрь на различные расстояния. Это отклонение вызывает смещение в спектре отраженного света. Это смещение спектра зависит от давления. Система Metricor рассчитывает давление по смещению спектра и выводит его на дисплей в цифровом виде. Зонд вставлялся в упаковку через отверстие, выполненное на дне упаковки.

Газ в верхнем пространстве упаковки

В верхнем пространстве упаковки определялась концентрация кислорода. Чтобы избежать вредного воздействия на тесто, концентрация кислорода в верхнем пространстве должна быть ниже 1%. Это было проверено с помощью анализатора Systec Oxygen. Резиновая перегородка была помещена на крышку чаши, и зонд (игла) Systec был введен в верхнее пространство. В этой системе имеется всасывающий насос, который берет пробу газа верхнего пространства упаковки для определения процента содержания кислорода.

Выпекание продукта

Продукт выпекался непосредственно в чашах (как в формах) после удаления крышки. Выпекание происходило при температуре 330^oF (165,6^oC) в обычной печи в течение 27 мин. После выпекания продукт вынимали из формы и перед измерением удельного объема давали ему остыть в течение одного 1 ч.

Удельный объем выпеченного продукта

Удельный объем выпеченного продукта равен частному от деления объема продукта на вес продукта и выражается в см³/г. Объем продукта измеряется путем его помещения в калиброванную коробку, вмещающую определенный объем семян рапса. Коробку закрывают и затем заполняют семенами рапса. Получив объем, который заняли эти семена, можно определить объем продукта. Этот объем затем делят на вес продукта, чтобы получить удельный объем продукта после выпекания.

Булочки для обеда.

Ингредиенты - %

1-я стадия перемешивания

Мука - 50,97

Вода - 28,89

Ароматизатор - 2,671

Шортенинг (комбижир) - 3

Смесь^* - 4,84

Моноглицерид - 0,15

2-я стадия перемешивания

Инкапсулированная сода - 1,086

Глюконо-дельта лактон - 1,231

Соль - 1,162

Сахароза - 4

Глюкоза (декстроза) - 2

Всего - 100

^* Смесь: - %

Мука - 45,3

Ксантановое гумми (Xanthan Gum) - 1,28

Клейковина (глютен) - 53,45

Процедуры обработки:

Растапливание шортенинга

Использование 30% льда в воде

Перемешивание:

1-я стадия: 1,5 мин скорость 1; 1,5 мин скорость 2

2-я стадия: заквашивание; 0,5 мин скорость 1; 3,5 мин высокая скорость

Фаринограф = 1000 BU

Экстенсограф = 150 +/- 30

Температура теста = 62+/- 1-2^oF (16,7+/- 0.5-1^oC)

Пример 4

Химически заквашенное тесто для булочек для обеда было помещено в 76 мм чаши без приповерхностного слоя (фирмы James River Co.). Из некоторых чаш выпускался воздух через небольшое игольчатое отверстие под фланцем крышки. Другие чаши перед герметизацией были продуты газом (CO₂).

Продукт был упакован порциями по 65 г в чаши объемом 90 см³. Во время производства продукт был раскатан, затем порезан на порции круглым штампом для бисквитов и затем уложен в формы вручную.

Чаши 76 мм без приповерхностного слоя 3 унции.

Крышки: слоистые крышки фирмы Dayton (см.табл.4)

Химически заквашенные хлебные палочки были помещены в полужесткий поддон с ячейками, покрытый отрывающейся пленкой. Были получены следующие результаты:

Хлебные палочки: химическая закваска, 25 г, отрывающаяся пленка W.R. Grace cryovac; день упаковки 1; день выпекания 36 (см. табл. 5)

Показания давления были сняты через 7 дней после упаковки. Перед выпеканием тоже были получены значения давления. Показания давления снимались с помощью волоконно-оптической системы Metricol. Давление измерялось через низ поддона. Продукт, продуваемый CO₂, проверяли на содержание O₂ через перегородку на крышке с помощью анализатора Systec Oxygen.

Продукт выпекался 5.9.95 при температуре 330^oF (165,6^o) в течение 25 мин. Продукт удалялся из поддона перед выпеканием. После остывания были получены значения удельных объемов выпеченных продуктов с использованием метода семян рапса.

Пример 5

Подготовка упаковок

Для этого эксперимента были использованы два типа упаковок. Первый тип - полипропиленовая чаша диаметром 307, используемая в сочетании с укупорочной машиной. Второй тип упаковки - комбинированная банка с металлическими концами, обычно используемая для нашего продукта. Комбинированная банка использовалась как контрольный образец в этом эксперименте.

Чаша диаметром 307 использовалась в двух версиях - с выпуском воздуха и без выпуска воздуха. В чашах с выпуском воздуха создавалось небольшое игольчатое отверстие под фланцем чаши. Это позволяло выходить газам верхнего пространства, которые образовывались во время отстойки теста. Чаши диаметром 307 имели внутренний объем ~ 200 мл. Для этого эксперимента также потребовались чаши объемом 153 мл и 118 мл. Это было осуществлено путем добавления жидкого парафина в чаши, который, остывая, образовывал фальш-дно. Комбинированные банки срезались на токарном станке до нужной высоты, что давало тот же объем, как и для чаш диаметром 307 (200 мл, 153 мл, 118 мл).

Процедура приготовления теста

Компоненты теста были взвешены в соответствии с рецептом. Тесто было перемешано порциями по 50 фунтов (22700 г) с помощью горизонтального плоского смесителя Day. На первой стадии компоненты перемешивались на скорости 1 в течение 30 с (36 об/мин) и на скорости 2 в течение 5 мин (72 об/мин). Полученное тесто было порезано на порции внутри тестомеса, и были добавлены заквашивающая кислота (глюконо-дельта лактон) и инкапсулированная сода. Тесто затем перемешивалось на скорости 1 в течение 30 с и на скорости 2 в течение 3 мин.

Для приготовления теста были использованы различные уровни заквашивающих веществ. Для порций теста использовались примерные количества заквашивающих веществ, показанные в примере 3 (указанные ниже в таблице как уровень заквашивания 1), 5/6 от этого количества каждого заквашивающего вещества и 2/3 от этого количества каждого заквашивающего вещества.

Например, при подготовке теста, обозначенного как "2/3", 2/3 количества соды, как в 1, комбинировалось с 2/3 количества кислоты, как в 1.

После перемешивания тесто было раскатано на тестовальцовочной машине Rondo. Толщина теста варьировалась в диапазоне 12-18 мм в зависимости от необходимого веса упаковки. Тесто было порезано на круглые порции с помощью цилиндрического ручного штампа из нержавеющей стали для вырубки теста. Вес упаковок составлял 100, 135 и 170 г. Упаковки по 100 г были получены из одного куска теста, а веса 135 г и 170 г были получены из двух кусков теста, составляющих приблизительно 1/2 суммарного веса упаковки.

После упаковки чаши диаметром 307 были герметизированы с помощью настольной укупорочной машины, а контрольные банки диаметром 214 были закрыты закаточной машиной. Тесту дали отстояться (подняться) в течение ~ 90 мин при температуре окружающего воздуха, и затем упаковки поместили на хранение при температуре 45^oF (7,2^oC).

Оценка продукта

Оценка была выполнена через 1 неделю, 2 недели и 4 недели после упаковки. Продукт был подвергнут рентгеновскому анализу, чтобы определить, имеется ли верхнее свободное пространство, измерить давление, объем продукта (для чаш диаметром 307) и удельный объем выпекаемого продукта.

Давление

Давление продуктов определялось с помощью датчика давления для чаш диаметром 307 и прибором Coyne для контрольных банок диаметром 214. В датчике используется плоская активная поверхность, которая находится в контакте с исследуемой областью. Давление, действующее на плоскую поверхность, вызывает изменения электрического сигнала на датчике. Этот сигнал записывается на ленточный самописец или поступает в систему сбора данных и путем математического применения калибровочного коэффициента датчика к полученному показанию дает величину давления.

Для чаш диаметром 307 были получены значения давления с помощью этого датчика давления. Для чаш без верхнего свободного пространства в дне чаши было просверлено отверстие, и затем через это отверстие вставлялся датчик давления. Для чаш, в которых имелось верхнее свободное пространство, на крышку помещалась резиновая перегородка и через нее в верхнее пространство помещалась игла шприца, прикрепленная к соединительному фитингу и датчику давления. Тем самым газ верхнего пространства находился в контакте с поверхностью датчика, что позволяло получать показания давления.

Прибор Coyne - устройство, которое было разработано для получения значений давления комбинированных банок по отклонению дна банки от ее исходного положения. Если банка находится под давлением, ее металлическое дно отклоняется (выпучивается) в зависимости от величины внутреннего давления. Величина внутреннего давления связана с величиной силы, которая требуется, чтобы дно банки снова стало плоским. Устройство имеет три небольших контакта, которые помещены линейно на головку, которая затем подсоединяется к датчику силы. Банка помещается на это устройство и головка с контактами центрируется на дне банки. Имеется рычаг, который нажимают, пока все три контакта не коснутся дна банки. Когда центр и хотя бы один из контактов касаются металлического дна банки, цепь замыкается и загорается индикаторная лампа, указывая на то, что дно банки вернулось в исходное положение. Исходя из величины силы, которая была приложена, когда включился индикатор, определяется величина давления внутри банки.

Объем упаковки

Объем упаковок диаметром 307 использовался для определения фактического внутреннего объема чаши. Чаша и крышка изготовлены из гибких материалов, и воздействие давления на эти материалы приводит к выпучиванию и растяжению материалов. В результате фактический внутренний объем чаши с избыточным внутренним давлением оказывается больше ее первоначального внутреннего объема.

Фактический объем чаш определялся с помощью экспериментального исследования плавучести чаш в воде. Плавучесть чаши равна количеству воды, вытесненной чашей, минус вес теста и материалов чаши. Поэтому, экспериментально определяя плавучесть чаши и вес материалов, можно определить количество воды, вытесненной чашей. Количество воды, вытесненное чашей, равно суммарному объему чаши. Из этого суммарного объема вычитается объем, занимаемый материалом чаши и крышки, что дает внутренний объем чаши.

Экспериментально измеренная плавучесть была определена с помощью весов, помещенных над ведром с водой. Над весами был прикреплен нагель так? что каждый из концов нагеля свешивался с каждой стороны весов. Заранее взвешенная сеточная клетка была подвешена к нагелю (прикрепленная с каждой стороны). Клетка была погружена в воду. Весы теперь показывали вес погруженной в воду клетки. Когда чаша была погружена в воду и всплыла в клетке, весы показали вес клетки минус плавучесть чаши. Разность между показанием только для клетки и показанием для клетки и чаши равна плавучести чаши. Эта плавучесть использовалась для определения суммарного объема упаковки (см. расчеты, табл. 6).

Объем комбинированной банки существенно не изменяется под действием давления, поэтому можно использовать начальный объем банки.

Выпекание продукта

Продукт был удален из чаш и помещен на противни. Продукт проверяли на изменение цвета и внешний вид. Затем продукт выпекался при температуре 380^oF (193.3^oС) в течение 25 мин. После выпекания продукту дали остыть в течение 1 ч перед измерением удельного объема.

Удельный объем выпеченного продукта

Удельный объем выпеченного продукта равен частному от деления объема продукта на вес продукта и выражается в см/г. Объем продукта измеряется путем его помещения в калиброванную коробку, вмещающую определенный объем семян рапса. Коробку закрывают и затем заполняют семенами рапса. Получив объем, который заняли эти семена, можно определить объем продукта. Этот объем затем делят на вес продукта, чтобы получить удельный объем выпеченного продукта. В табл. 6 указаны показатели внутреннего давления и удельного объема.