201309230900熱轉換 (heat transfer) ------ 麵包在烤箱裏頭受熱的原理



烤箱裏頭經常發生很多有趣的事情。。。。。

舉例而言,只要麵糰靠得太近這種現象經常發生。。。。。麵包kiss 。。。。

我們對於烤箱内熱轉換如果能夠進一步了解,或許就可以解決很多麵包師傅頭疼的事情。。。。。

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烘烤的目的主要是把烤箱的熱能用正確的方法傳送給麵包。。。。

正確的溫度、正確的烘烤時間長度、正確的陳列方式、正確的表面處理、正確的蒸汽排放。。。。

了解這些原理,您也可以是一位世界級的烘焙師傅(  world-class  baker)。。。。

首先我們了解熱轉換的一些基本原理  :

熱轉換的途徑:

     熱轉換的途徑很多,主要有四類

    (1)熱傳導(thermal conduction): 直接由物質對物質進行熱轉換。

    (2)熱對流( thermal convection):借由媒介物質(例如水、空氣。。等)的流動提供熱轉換。

    (3)熱輻射(thermal radiation):熱能以輻射的方式傳送能量。

    (4)相位改變 ( phase changes) : 利用物質的四种形態 固體、液體、氣體、電漿 的相位變化釋出或吸收能量,例如打麵糰的時候放入冰塊,每克冰塊熔解時吸收80卡的能量。

        [ 原文為 Heat transfer is classified into various mechanisms, such as thermal conduction, thermal convection, thermal radiation, and transfer of energy by phase changes. (資料來源 :維基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_transfer)] 

( 資料來源  http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_transfer )

[相位變化的説明圖片,wiki ]

我用底下這一張圖片説明就很清楚了。

    麵包着床的部分熱能直接以傳導的方式傳送能量,上頭的石英燈管並沒有直接接觸麵包熱能用輻射的方式傳送,另外,烤箱裏頭的空氣不是靜止的,因爲烤箱的每一個位置溫度高低不同,因此,内部的空氣形成對流的狀況,這些流動的空氣以對流的方式傳送能量。

   我們烤麵包時噴進去的水珠,則扮演相位改變(水變成蒸汽每克吸熱539卡)的角色,協助調節熱能的轉換。

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   爲什麽兩個麵包靠得太近會發生 kiss 的現象呢?

   

 解釋這種現象發生的原因是流體力學裏頭提到的伯努力原理 ( Bernoulli's principle

 [ 流體速度越快,壓力越小 ] 

資料來源 :http://en.wikipedia.org/wiki/File:VenturiFlow.png


圖片裏頭 Flow 表示 流體的速度 下方的 U 形管内,各位可以看到左邊的水位比較高,空氣流過上方的管子,寬的地方流速慢,窄的地方流速快,流速快的地方壓力小,流速慢的地方壓力大,所以U型管的左邊水位高於右邊水位。

同樣的道理,在烤箱裏的麵包也有這種情況發生:


氣流有兩個麵包的側面流過時,就像實驗裏頭細的管子,兩側之間流速快,壓力小,麵包發酵完成後,内部的氣泡回望壓力小的地方蹦出,就造成了 kiss 的現象。

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有時候,我們烤土司的時候也會出現以下這種情形,上頭下凹呈V字形,或是兩側内灣。。。

 

圖中土司内部藍色的部分,代表麵糰尚未完全烤熟(麵糰尚未固化),密度較高,離開爐子冷卻以後,受重力影響往下沉,拉動上方左右兩邊,形成V字形。

這樣的原因主要原因是内部中心點以及上表皮尚未固化產生的結果。

我們會直覺想到把上下火的溫度同時調高,但這樣做是比較危險的,因爲外皮會很快上色甚至焦化,表皮便得很厚,内部依然未固化,正確的做法是把溫度降低延長拷貝時間,使表皮進行梅耶反應,而非焦化,内部又有足夠的時間進行熱傳導,上皮也有足夠的時間透過上火的輻射能量完成熱轉換固化上皮。

另外兩側内灣的現象,

這種現象,是由於上下火都太高了,表面固化甚至焦化 (記住,我們希望的表皮是梅耶反應產生的顔色與風味),但是中心點尚未古話,受重力往下拉時,因爲上層已經固化,所以平行往下擠壓產生内灣的現象。

内灣的現象也會出現在並排的土司烤模距離太近,受伯努力原理提到的對流問題,使兩側為完成固化的作用而内灣。如下圖所示:

解決的方案還是在於調整上下火以及烤模間距,延長烤焙時間。

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一些無糖無油無奶無蛋的麵包,着床的部分因爲是傳導我們總會把下火溫度下降,擔心底部會焦化變黑變苦。。

其實不用太擔心,無糖的麵包,比較不用擔心蔗糖焦化的問題,上色的原理主要還是梅耶反應。。。。

也因爲沒有添加蔗糖,風味擁有更多層次。。。。

例如這一爐拖鞋麵包,我下火用了 230 度 C,16 分鐘以後,底部依然不會焦化。。。



原因除了不添加蔗糖以外,還有一個重要的因素就是含水量超過80%。。。

水的汽化熱高達539卡。。。

我們可以從份運用物質相位變化(phase changes) 的原理,調整麵糰上色的時間,讓糰心有足夠的時間取得需要的熱量,又不致於讓底部或是表皮焦化。。。


我把上火降得很低,大約在 170 度 C 左右,同時入爐時和第6分鐘,我分別噴入兩次足夠的蒸汽。。。

目的在於延緩 表面的粘稠度(viscosity)上升太快,提早越過 setback 的時段 .

當然,這樣的設計内含了一些個人對於麵包詮釋的因素。。。

目的在於使内部在氣孔的薄膜固化之前有足夠的時間膨脹。。。,

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有時候烤麵包會出現底部兩側皺褶的現象。。。我們俗稱 穿裙子。。。。

 

這樣的現象,主要還是因爲上皮固化太早,内部中心點尚未固化,受重力影響,平行下拉所形成的。。。

直覺的反應是把下火升高,我的建議是把上火下降,延長烤焙時間。。。。。

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巨大麵包 (2 公斤以上,在歐洲以往的還有重達8公斤以上的麵包)。。。。



這個麵包大約3.2 公斤重,長度大約70公分,高度大約12公分。。。。。。

而且必須承受核桃、杏仁角、芝麻、葵瓜子。。。。等等,因此必須有高承重的能力。。。

我們不希望下底太厚、角化。。。。上皮不要硬厚。。。糰心柔軟。。。。堅果酥脆。。。



這是 Miche spelt  , 重量大約2公斤,普瓦蘭的miche
標準重量是4 磅,接近2公斤。。。。]


 

 

 

 

這一型的麵包,不宜使用高溫,一般溫度在180度左右,烤焙時間延長到50--70  分鐘。。。。。

最後5分鐘,斟酌情形調整上火,取得我們希望的上皮顔色。。。。

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個頭高的麵包,例如  panettone ....

由於這一型的麵包,上皮比較接近上火,高度又高達8-12公分以上,所以我們採用低溫長時間 140/180 時間長達35 分鐘。。。最後5分鐘斟酌調整上火,取得我們期望的表皮顔色。。。

下火採用180度C的原因在於panettone含蔗糖,蔗糖焦化的溫度在170 度C,我們設定低溫避免下底焦化速度太快。。。

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這是店裏的新寵 filone ( 飛龍)。。。。

 

有時候看起來很漂亮,但是内部出現很大的孔洞。。。。

 

這是因爲入爐前表皮割得太深,導致麵糰向外傾裂,拉扯出來的氣孔。。。。

不是整形手法的問題。。。

解決的方案是割刀淺一些,下火不要太高。。。。

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後記:

還有很多狀況,先談到這裡。。。

這一篇文章提供一些基本的方法,我們可以借由這些方法調整麵包烘焙的時間溫度等。。。

除了我們自己調整以外,購買一部好的烤箱也是很重要的。。。。。。

烤箱的設計是一門很複雜的學問,。。。

小部分的烤箱公司經常把金錢花在行銷、參展。。。。

然後把行銷的成本轉嫁給麵包店,我們用很高的費用,有時候買到一台很差的烤箱。。。

這是很糟糕的,如果一層烤箱要價20万,麵包師傅可能要作20,000個麵包才能夠買一部烤箱。。。

這一篇文章只提到烤箱内部四种熱轉換的因素。。。

事實上烤箱的設計還包括很多。。。

例如噴出來的是水汽還是蒸汽。。。。發酵完成25度C上下的麵糰,送進烤箱如果立即噴出100度C的蒸汽,表皮會是什麽樣的結果。。。

熱流損,是一個綠色環保的標記,除了隔熱棉以外,金屬的材質選用很重要,就像蓋石窯一樣,採用高溫的耐熱磚,縂覺得耐熱係數越高越好,其實,耐熱越高含鋁量越大,散熱越快,熱流損也就越大。。。。

所以烤箱有時候不當採用高單價的材質製作箱體,反而會增加熱流損。。。

烤箱還有很多很多問題值得探討。。。

我認爲認真負責的烤箱公司,只要做好研發,每一位客戶都是你的廣告招牌。。。。


 

 

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