«Е. И. МУРАТОВА, П. М. СМОЛИХИНА РЕОЛОГИЯ КОНДИТЕРСКИХ МАСС Рекомендовано Научно-техническим советом университета в качестве монографии Тамбов Издательство ФГБОУ ВПО ТГТУ 2013 1 УДК 663.916.2; 664.681/144 ББК Л8/9 36.86 ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

Е. И. МУРАТОВА, П. М. СМОЛИХИНА

РЕОЛОГИЯ

КОНДИТЕРСКИХ

МАСС

Рекомендовано

Научно-техническим советом университета в качестве монографии Тамбов Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ»

2013 1 УДК 663.916.2; 664.681/144 ББК Л8/9 36.86 Д24 Р е це н зе н т ы:

Доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Г. О. Магомедов Доктор химических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный университет им. Г. Р. Державина»

Л. Е. Цыганкова Муратова, Е. И.

Д24 Реология кондитерских масс : монография / Е. И. Муратова, П. М. Смолихина. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. – 188 с. – 500 экз.

ISBN 978-5-8265-1242- Рассмотрены общие подходы к описанию реологического поведения кондитерских масс. Представлены результаты исследований структурно-механических характеристик сахаристых и мучных кондитерских изделий. Приведены примеры использования методов математического моделирования для прогнозирования реологических свойств полуфабрикатов и готовых изделий. Раскрыты технологические аспекты использования результатов реологических исследований. Показано значение методов реологии в комплексной оценке потребительских характеристик кондитерских изделий.

Предназначена для специалистов кондитерской отрасли, профессорско-преподавательского состава, аспирантов и магистрантов, специализирующихся в области технологии кондитерских изделий.

УДК 663.916.2; 664.681/ ББК Л8/9 36. © Федеральное государственное бюджетное ISBN 978-5-8265-1242- образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»),

ВВЕДЕНИЕ

Производство высококачественной конкурентоспособной продукции на современных кондитерских предприятиях должно осуществляться с учётом реологических свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех этапах переработки и хранения. Реологические характеристики относятся к важнейшим физико-химическим показателям, определяющим качество кондитерских масс и особенности различных технологических процессов их переработки.

Переработка кондитерских масс сопровождается сложными химическими, физико-химическими, теплофизическими и механическими процессами, изучение которых позволяет организовать эффективный и объективный реологический контроль и управление технологическими циклами производства. Реологические показатели сырья и полуфабрикатов необходимо учитывать при создании конструкций новых машин и модернизации существующих, для обоснования оптимальных режимов работы оборудования и выбора оптимальных способов производства, а также использовать в качестве контролируемых параметров при создании автоматизированных систем управления машинами, агрегатами, технологическими линиями.

При разработке новых видов изделий с заранее заданными свойствами и составом для обеспечения протекания процессов и оптимизации работы оборудования необходимы знание и контроль не только технологических параметров, но и реологических характеристик сырья и полуфабрикатов. Получение кондитерских изделий связано с переработкой связнодисперсных систем и формированием коагуляционных, смешанных и конденсационно-кристаллизационных структур.

Реология позволяет управлять структурно-механическими свойствами и качеством продуктов путём внесения добавок, изменения режимов и способов механической и технологической обработки.

Монография посвящена рассмотрению современных аспектов реологии сырья, полуфабрикатов и готовых изделий кондитерского производства и состоит из шести разделов.

В первом разделе приведена характеристика кондитерских масс как дисперсных систем и объектов реологии; рассмотрены модели, используемые для описания реологического поведения кондитерских масс; приведены методы и приборы для проведения реологических исследований сырья, полуфабрикатов и готовых кондитерских изделий.

Во втором разделе представлены структурно-механические характеристики сырья кондитерских производств и описаны особенности реологического поведения сыпучих и упруговязкопластичных материалов.

В третьем разделе приведён обзор исследований, посвящённый изучению реологических характеристик желейных, помадных и сбивных конфетных масс и структурно-механических характеристик конфет, изготовленных на их основе. Представлены результаты исследований авторов, посвящённые изучению влияния рецептурного состава и режимных параметров приготовления конфетных масс, формования и структурообразования на реологические характеристики полуфабрикатов и структурно-механические характеристики готовых изделий.

В четвёртом разделе приведён обзор исследований, посвящённый изучению реологических свойств кондитерского теста и структурномеханических характеристик мучных кондитерских изделий. Представлено описание влияния технологических добавок на реологические свойства и структурно-механические характеристики вафельных листов и пряников.

В пятом разделе описано применение методов математического моделирования для прогнозирования реологических свойств кондитерских масс. Приведены примеры постановки и решения задач получения полуфабрикатов и готовых изделий с заданными структурномеханическими характеристиками.

В шестом разделе рассмотрены технологические аспекты использования результатов реологических исследований для обоснования способов и режимов темперирования, формования конфетных масс и выстойки корпусов конфет. Представлены результаты инструментальной оценки органолептических характеристик кондитерских изделий с использованием современных реометров. Показаны особенности изменения структурно-механических характеристик кондитерских изделий при хранении.

В заключении сформулированы основные задачи дальнейших исследований реологического поведения кондитерских масс.

В приложениях приведены методики, используемые для определения реологических констант, и листинг программы компьютерного моделирования реологических свойств желейных студней.

Авторы выражают благодарность директору по качеству ОАО «Кондитерская фирма «ТАКФ» Н. В. Донских за содействие в проведении лабораторных анализов и производственных экспериментов, кандидату технических наук Д. В. Леонову за конструктивное сотрудничество при проведении реологических исследований желейных и помадных полуфабрикатов; доктору технических наук, профессору С. И. Дворецкому за консультации по использованию методов математического моделирования для прогнозирования структурно-механических свойств кондитерских изделий и кандидату технических наук, доценту С. Г. Толстых за помощь в разработке программ для описания реологического поведения кондитерских масс.

ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОПИСАНИЮ РЕОЛОГИЧЕСКОГО

ПОВЕДЕНИЯ КОНДИТЕРСКИХ МАСС

Описание реологического поведения кондитерских масс должно базироваться как на общих положениях реологии, так и на учёте особенностей коллоидно-химических свойств сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. Для получения теоретически обоснованных и практически значимых результатов необходимо правильно выбирать методы проведения экспериментальных исследований, соответствующие условиям переработки кондитерских масс, и реологические модели для описания полученных зависимостей.

1.1. КОНДИТЕРСКИЕ ИЗДЕЛИЯ И ПОЛУФАБРИКАТЫ

КАК ОБЪЕКТЫ РЕОЛОГИИ

Кондитерские изделия являются сложными многокомпонентными системами, в состав которых входят твёрдые, жидкие и газообразные вещества – для их создания используется разнообразное по химическому составу и свойствам сырьё (сахар, молочные продукты, мука, жиры и другие рецептурные ингредиенты). От их соотношения, концентрации сухих веществ и особенностей структурообразования во многом зависит консистенция конечного продукта, а также её промежуточное состояние: полутвёрдое и полужидкое (кремообразное).

Объектами инженерной реологии являются дисперсные системы, состоящие из двух и более фаз. Под фазой понимается совокупность гомогенных частей системы, ограниченных от других частей физическими поверхностями раздела. Непрерывная фаза является дисперсионной средой, а раздробленная фаза из частиц, не контактирующих друг с другом, – дисперсной [20]. В зависимости от размера частиц дисперсной фазы различают высокодисперсные и грубодисперсные системы. В таблице 1.1 приведена классификация кондитерских изделий как дисперсных систем в соответствии с агрегатным состоянием дисперсной фазы и дисперсионной среды [38].

Один и тот же продукт в зависимости от условий технологического процесса может быть отнесён к разным системам. Так, например, шоколадная масса при темперировании представляет собой вязкую, способную к течению массу, которая после формования и охлаждения может представлять собой твёрдое кристаллическое или пористое тело.

Механическое воздействие при переработке сырья и полуфабрикатов также может вызвать переход из одного вида дисперсий в другой. В качестве примера можно привести процесс образования кондитерских пен при сбивании белков. Высыхание сбивной массы при хранении приводит к образованию хрупкого пористого тела.

Особенностью дисперсных систем кондитерского производства являются высокая концентрация дисперсной фазы в жидкой или газовой дисперсионных средах и сильно развитая межфазная поверхность.

1.1. Классификация пищевых дисперсных систем Дисперсионная Дисперсная Название В таких системах самопроизвольно возникают пространственные структуры, тип которых определяется видом контактов между частицами дисперсных фаз (табл. 1.2) [38]. Между твёрдыми телами и истинно вязкими жидкостями в природе существуют огромное многообразие тел промежуточного характера. К таким телам относятся все кондитерские массы, обладающие комплексом структурномеханических (реологических) свойств: вязкостью, упругостью, пластичностью, релаксацией напряжений. Эти свойства обусловливают способность кондитерских масс сопротивляться деформации под действием внешних сил при технологической обработке и являются общими и характерными свойствами, определяющими возможность их переработки.

1.2. Классификация сырья, полуфабрикатов и готовых изделий по текстурным признакам и реологическим свойствам Твёрдые, Шоколад, печенье, Предел прочности, пластичные пастила, конфеты модуль упругости, Вязкопластичные Сахарное, песоч- Вязкость, адгезия, ное, сдобное, пря- предельное напряженичное тесто, кон- ние сдвига (пластифетные массы, жи- ческая прочность) Жидкообразные Сахарные сиропы, Вязкость, коэффицивафельное, биск- ент поверхностного Порошкообразные Сахар-песок, мука, Угол естественного По классификации П. А. Ребиндера все пространственные структуры разделяются на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные. В коагуляционных структурах взаимодействие частиц осуществляется непосредственно или через прослойки жидкой дисперсионной среды. Для таких структур характерны тиксотропия, высокая пластичность и низкая прочность. При образовании коагуляционных структур существенную роль играют поверхностно-активные вещества (ПАВ) и растворённые в воде белки, которые выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов образуемых систем и могут существенно изменять их структурно-механические характеристики [20, 106].

Конденсационно-кристаллизационные структуры образуются при спекании, прессовании частиц дисперсной фазы или при выделении новой фазы из пересыщенных растворов и расплавов. Такие структуры обладают высокой прочностью, отсутствием тиксотропии и необратимым характером разрушения.

В процессах структурообразования возможно возникновение структур смешанного типа, образуемых коагуляционными и истинными фазовыми контактами между частицами твёрдой фазы.

В процессе производства кондитерских изделий структура системы изменяется от структурированной жидкости до твёрдого тела. При разработке новых видов изделий с заранее заданными свойствами и составом для обеспечения протекания технологических процессов и оптимизации работы оборудования необходимы знание и контроль не только технологических параметров, но и реологических характеристик сырья полуфабрикатов.

В настоящее время активно развиваются методы оценки структуры и консистенции кондитерских изделий. Консистенция, определяемая типом структуры и механическими свойствами, является одной из наиболее сложных сенсорных характеристик пищевых продуктов. Эти характеристики оценивают с помощью органолептических показателей, которые часто субъективны и далеки от совершенства, при этом не всегда учитываются важнейшие физические свойства продукта. Балловый метод органолептической оценки не отвечает требованиям современного кондитерского производства, поскольку оценка структуры кондитерских изделий осуществляется весьма условно и не может быть достоверно количественно описана. Данный метод лишает технологов возможности прогнозирования структурно-механических свойств готовой продукции, что в условиях современного рынка существенно осложняет проектирование новых видов продукции, не позволяя своевременно реагировать на изменения в предпочтениях потребителей.

Для учёта этих недостатков при контроле качества кондитерских полуфабрикатов и готовой продукции необходима разработка подхода комплексной оценки с совмещением инструментальных методов и органолептических показателей качества.

В последнее время различные кондитерские продукты были исследованы реологическими методами. Наиболее сложная проблема, которая возникает при испытаниях кондитерских продуктов, связана с их неоднородностью, а также варьированием состава и реологических свойств в очень широких пределах. Однако огромное их разнообразие не позволяет предложить какие-либо универсальные рекомендации относительно выбора способа оценки реологических характеристик этих материалов [20].

1.2. МОДЕЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ КОНДИТЕРСКИХ МАСС

При рассмотрении результатов исследования реологических свойств структурированных систем можно выделить два характерных типа полных реологических кривых для систем [108]:

– с жидкообразной структурой, у которых течение начинается вслед за приложением напряжения (рис. 1.1);

– с твердообразной структурой, течение которых начинается только после некоторого предельного напряжения (рис. 1.2).

Полные реологические кривые характерны для течения относительно разбавленных растворов полимеров, поверхностных слоёв ПАВ, некоторых тиксотропных дисперсий. В таких системах образуются жидкообразные структуры. При постоянном напряжении сдвига, время действия которого больше периода релаксации, устанавливается стационарное течение. При небольшом напряжении сдвига система течёт без разрушения структуры с высокой вязкостью 0 (участок 0 – s на рис. 1.2). Отмеченное на оси значение s, называемое статическим напряжением сдвига, является критическим напряжением, которое необходимо для разрушения структуры, образовавшейся в системе в статических условиях. При этом первом критическом напряжении сдвига начинается частичное обратимое разрушение структуры.

При напряжении sk разрушение структуры завершается. Следовательно, sk – то критическое напряжение сдвига, которое необходимо для полного разрушения структуры, образовавшейся в стационарных условиях. Если бы в системе не восстанавливалась обратимо тиксотропная структура, то при > sk система обладала бы свойствами истинной ньютоновской жидкости [108].

и вязкости (б) жидкообразной структурированной системы Рис. 1.2. Полные реологические кривые (а) и вязкости (б) Однако для течения жидкой структурированной системы часть работы будет расходоваться на разрушение этой тиксотропно восстанавливающейся структуры, а m – напряжение, после которого жидкость приобретает свойства ньютоновской жидкости, т.е. то критическое максимальное напряжение, необходимое для полного разрушения структуры, образовавшейся в статических условиях и восстанавливающейся в динамических. Все критические значения напряжения сдвига можно выявить только на полной реологической кривой. При выражении полной реологической кривой в координатах «–» можно достаточно чётко выделить s и m, т.е. критические значения напряжения начала и завершения разрушения структуры. Можно отметить два значения вязкости: в области напряжений (0 – s) – вязкость, эффективная для жидкости с неразрушенной структурой, и в области > m – вязкость ньютоновской жидкости с полностью разрушенной структурой. В промежуточной области напряжений (s – m) вязкость монотонно уменьшается от величины 0 до m [108].

При достижении критического статического напряжения сдвига s, необходимого для разрушения твердообразной структуры, образовавшейся в статических условиях, система начинает необратимо деформироваться, и наблюдается пластическое течение с переменной вязкостью вплоть до напряжений d, после чего пластическое течение происходит с постоянным динамическим (тиксотропным) восстановлением структуры. Этот участок кривой описывают уравнением Бингама и говорят о бингамовской вязкости дисперсной системы min.

На участке sk – d эффективная (кажущаяся) вязкость изменяется в очень широких пределах, иногда различие составляет два и более порядка. Участок реологической кривой с постоянной вязкостью max характерен для так называемой шведовской жидкости, которая характеризуется пластично-вязким течением. Уравнение Шведова для описания этого участка имеет вид где – пластическая эффективная (шведовская) вязкость. Участок напряжений d – m характеризуется уравнением Бингама в форме:

где – напряжение сдвига, Па; 0 – предельное напряжение сдвига, Па;

– вязкость, Па·с; пл – пластическая (бингамовская) вязкость, Па·с;

– скорость деформации, с–1.

Построение полных реологических кривых течения позволяет определить ряд постоянных для описания структурно-механических свойств дисперсных систем [67, 108].

В области от s до m эффективная вязкость зависит от доли обратимо (тиксотропно) восстанавливающихся связей между частицами и эта зависимость для жидкообразных структур имеет вид Уравнение (1.3) предложил П. А. Ребиндер.

Для твердообразных структур это уравнение будет иметь вид Как показал М. Кросс, для жидкообразных структур степень восстановления структуры где K = ki / k0 – постоянная относительной скорости разрушения структуры; ki, k0 – постоянные скорости разрушения при градиенте скорости и = 0 соответственно.

Уравнение (1.3) с учётом уравнения (1.5) можно привести к линейной форме, если использовать величину, обратную вязкости, т.е. 1 /, называемую текучестью:

40...60 Вязкопластичная масса, способная к течению 25...40 Образование кристаллической корочки на поверхности с сохранением высоковязкой массы Так, вязкость масс на APC 105 выше, чем на Classic CS 401 в среднем на 13%, а на Unipectin PG DS на 58%. При этом для всех рассмотренных пектинов при увеличении концентрации на 0,5% вязкость возрастает в среднем на 0,12 Пас.

В массах на Унипектине PG DS разрушение структуры наблюдается в интервале 20...40 с–1, при использовании пектинов Classic этот интервал сужается до 20...30 c–1. Значения вязкости желейных масс для разных видов и концентраций пектинов представлены в табл. 3.5.

Такие различия в реологических свойствах масс могут быть связаны с величиной молекулярной массы и заряда пектиновых молекул.

Известно, что при прочих равных условиях вязкость растворов пектинов возрастает с увеличением молекулярной массы и количества свободных карбоксильных групп [29].

Для подтверждения данного факта исследовали вязкость 2%-ных пектиновых растворов в дистиллированной воде (табл. 3.6).

Анализ данных табл. 3.6 показывает, что по вязкости растворов исследуемые пектины расположены в порядке: Classic CS 401 > > Unipectin PG DS > APC 105. Таким образом, полученные данные подтверждают выдвинутое предположение, а более высокая вязкость масс на пектине APC 105 может быть связана с более низкой степенью этерификации, обуславливающей его меньшую растворимость и особенностями микроструктуры цепей полисахарида (содержанием галактоуроновой кислоты, типом распределения свободных и этерифицированных карбоксильных групп и др.), однако в связи со сложностью строения пектиновых веществ этот вопрос требует отдельного более глубокого исследования и не рассматривается в данной работе.

Установлено, что внесение добавок крапивы приводит к резкому возрастанию вязкости и предельного напряжения сдвига желейной массы, однако степень их влияния различна (рис. 3.10, табл. 3.7). Внесение аскорбиновой кислоты (до 0,2%) не оказывает заметного влияния на реологические свойства желейных масс.

При использовании порошков повышение вязкости массы связано в первую очередь с двумя причинами: появлением в однородной системе дисперсных частиц, размеры которых значительно превышают размеры 3.6. Значения вязкости растворов пектина и степень этерификации Марка пектина Эффективная вязкость, мПас Степень этерификации, % Рис. 3.10. Кривые вязкости (а) и течения (б) желейных масс 1 – контроль; 2 – с добавлением 0,5% концентрированного водного экстракта; 3 – с добавлением 1% спиртового экстракта;

5 – с добавлением 0,5% гидратированного порошка 0,14...0,20 мм;

6 – с добавлением 0,5% гидратированного порошка 0,20...0,25 мм водный экстракт порошок (0,14...0,20 мм) порошок (0,20...0,25 мм) агрегатов пектиновых макромолекул, за счёт чего перемещение этих частиц будет затруднено; поглощением влаги частицами порошка в процессе набухания, что приводит к возрастанию концентрации студнеобразователя и массовой доли растворимых сухих веществ в системе.

Коэффициенты уравнений Бингама представленных графических зависимостей приведены в табл. 3.7.

Существенное влияние на степень увеличения вязкости оказывает размер частиц порошка и форма внесения. Так, сухой порошок увеличивает вязкость в 2,0 – 2,6 раза (отмечены трудности с равномерным распределением частиц порошка в вязкой желейной массе), гидратированный – в 2,2 – 3,0 раза, а гидратированноый порошок с размером частиц 0,20...0,25 мм – в 2,9 – 4,1 раза.

Более сильное влияние гидратированных порошков может быть связанно, помимо описанных выше явлений, с восстановлением полимерных структур порошка в процессе его гидратации, диссоциацией органических и аминокислот, которые способны участвовать в процессе студнеобразования, что приводит к упрочнению структуры масс, соответственно, и к возрастанию вязкости [86].

Возрастание вязкости масс с увеличением размеров частиц порошка, с одной стороны, объясняется увеличением размеров механических примесей, а с другой – тем, что при более глубоком измельчении растительного сырья происходит частичное механическое разрушение структур полисахаридов и, соответственно, снижается степень их влияния на формирование пространственного каркаса.

Влияние экстрактов на реологические характеристики желейных масс менее выражено и определяется, в первую очередь, природой экстрагента, концентрацией и составом экстрактивных веществ.

При использовании 70% спиртового экстракта в связи с малой концентрацией экстрактивных веществ (~8...12%) повышение вязкости желейных масс в 1,7 – 2,3 раза, по-видимому, обусловлено влиянием этанола на взаимодействие пектиновых молекул.

Добавление 0,5% концентрированного водного экстракта увеличивает вязкость массы в 1,5 – 2,0 раза. Так как экстрагентом в данном случае является вода, можно сделать вывод, что такое воздействие связано с присутствием в составе экстракта углеводов (моно-, полисахаридов и пектиновых веществ), органических кислот, аминокислот и солей поливалентных металлов.

Для исследования влияния конкретных химических групп веществ, входящих в состав экстрактов крапивы, на образование пространственных структур проведены исследования зависимости вязкости 2% пектиновых растворов с экстрактами крапивы, сахарозой и аскорбиновой кислотой.

Вязкость раствора пектина при скорости сдвига 50 с–1 составляет 0,08±0,00048 Пас, введение 0,5% спиртового экстракта приводит к возрастанию вязкости системы до 0,1±0,00048 Пас, что подтверждает способность этанола оказывать дегидратирующее действие на пектиновые молекулы, тем самым обуславливая упрочнение структуры массы. Введение 0,5% концентрированного водного экстракта приводит к двукратному увеличению вязкости (0,168±0,00056 Пас).

Так как известно, что химического взаимодействия сахаров и органических кислот с молекулами пектина не происходит, можно считать, что влияние углеводов и кислот, присутствующих в составе экстракта, незначительно, что подтверждается экспериментальными данными. При внесении в раствор пектина 0,15% сахарозы и 0,01% аскорбиновой кислоты вязкость системы остаётся приблизительно на том же уровне.

Исследованиями [127] подтверждено, что поливалентные катионы металлов с пектином в кислой среде образуют многоядерные комплексы, способствующие образованию пектиновой сетки в системе пектин–сахар–кислота. Таким образом, обобщая полученные экспериментальные и известные литературные данные, можно сделать вывод, что при внесении концентрированного экстракта, содержащего растворимые соли поливалентных металлов (Ca, Mg и Fe), происходит дополнительное сшивание пектиновых цепочек через ионы кальция, так как активность его наиболее высока. При этом снижение рН среды, ускоряющее данный процесс, обеспечивается переходом в раствор органических кислот, представленных в крапиве. Полученное в нашем случае практически двукратное увеличение вязкости раствора пектина и желейной массы полностью согласуется с известными результатами и объясняется увеличением молекулярной массы пектина в 2 раза [42].

Исследование влияния температуры на реологические свойства желейных масс. В связи с тем, что в производственных условиях при конкретной рецептуре регулирование большинства технологических процессов практически может осуществляться только изменением температурного режима, было проведено исследование влияния температуры на реологические свойства желейной массы.

Известно, что с понижением температуры вязкость растворов полимеров увеличивается. Это может быть связано либо с образованием новых межмолекулярных связей, либо с увеличением числа связей, которые нужно преодолеть при элементарном акте течения [18, 83].

По скорости нарастания вязкости и изменению значений вязкости разрушенной и неразрушенной структур можно судить о приближении к предельной температуре формования масс (температуре садки), которая может в значительной мере отличаться для различных видов пектина. Установление предельной температуры является важной технологической задачей, так как при механическом воздействии (темперирование, формование и др.) на массы при более низкой температуре происходит разрыв их сплошности вследствие необратимого разрушения пектинового каркаса, что приводит к снижению его пластической прочности, ухудшению органолептических показателей, неравномерному распределению массы в крахмальных формах и др.

Анализ температурных зависимостей вязкости желейных масс свидетельствуют о том, что упрочнение их структуры начинается при 85...90 °C (рис. 3.11). При достижении 70...75 °C происходит интенсивный (12-кратный) рост вязкости, что свидетельствует о приближении к студнеобразному состоянию.

, Па·с Рис. 3.11. Кривые вязкости (а, в, д) и течения (б, г, е) желейных масс с 1,5%-ным содержанием пектинов при температурах:

Unipectin Classic APC Для желейных масс на основе Classic CS 401 и APC 105 при снижении температуры ниже 75 °C наблюдается изменение характера кривых течения (значительное рассогласование с уравнением Бингама, а в случае с CS 401 и снижение напряжения сдвига с ростом скорости деформации), что свидетельствует о переходе масс в студнеобразное состояние и нарушении их сплошности в процессе деформации (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Кривые вязкости (а, в, д) и течения (б, г, е) желейных масс с 1,5%-ным содержанием пектинов при температурах:

Предельное напряжение сдвига желейных масс возрастает с уменьшением температуры в интервале 90...100 °C. При дальнейшем охлаждении (85...90 °C) наблюдается обратная зависимость, что свидетельствует об изменении структуры массы – отдельные молекулы пектина и их агрегаты переориентируются в пространстве, наблюдается тенденция к параллельному расположению нитей и сокращению расстояния между ними, в результате чего происходит одновременное упрочнение первичной и вторичной коагуляционных структур (рис. 3.13), приводящее к образованию студня.

Сделанное предположение подтверждается дальнейшим возрастанием предельного напряжения сдвига в интервале 75...80 °C и нарушением сплошности масс при 70...75 °C. При обобщении полученных данных установлены температуры начала процессов, начала желирования и студнеобразования желейных масс (табл. 3.9).

Таким образом, установлено, что в рассмотренных желейных массах сшивание отдельных участков пектиновых молекул в единый пространственный каркас начинается при охлаждении ниже 85...90 °C с последующим его упрочнением и переходом массы в студнеобразное состояние.

Рис. 3.13. Схема упрочнения вторичной коагуляционной структуры:

1 – частица дисперсной фазы; 2 – сольватная оболочка; 3 – дисперсионная среда 3.9. Температуры начала процессов желирования и студнеобразования желейных масс с 1,5%-ным содержанием пектина Температура начала желирования, °C Температура начала студнеобразования, °C При этом предельные температуры формования исследуемых масс уменьшаются в направлении Classic CS 401 > APC 105 > Unipectin PG DS. Установленные температуры 75...85 °C выше средних температур садки, характерных для масс на основе медленно- и среднежелирующих пектинов 60...79 °C, что может быть связано с различиями в химическом составе сырья, рецептурных соотношениях, технологиях изготовления и технологических характеристиках (массовая доля СВ, рН и др.) желейных масс, исследованных в данной работе и описываемых производителями пектинов.

Вид, концентрация пектина и температура воздуха оказывают значительное влияние на процесс студнеобразования желейных масс, поэтому для определения режимов процесса выстойки исследовали изменение пластической прочности и температуры желейных студней на основе рассматриваемых пектинов в процессе выстойки (рис. 3.14, 3.15) Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что продолжительность студнеобразования желейных масс при температуре воздуха в процессе выстойки 25 °С составляет 50...60 мин (до достижения температуры внутри корпусов конфет 36...38 °С), после чего дальнейшего повышения пластической прочности либо не наблюдается, либо скорость его незначительна.

Завершение процесса студнеобразования в данном интервале температур может быть связано с приближением к температурной области конформационного перехода клубок–спираль и потерей растворимости пектиновыми молекулами [86]. Процесс перехода растянут во времени, так как между областью начала спирализации молекул и областью потери растворимости существует температурный интервал, величина которого зависит от строения пектиновых молекул, что и обуславливает некоторое незначительное упрочнение структуры в отдельных случаях при дальнейшем остывании (кривые 2, рис. 3.14, б и в).

Рис. 3.14. Изменение пластической прочности желейных студней Рис. 3.15. Изменение температуры корпусов конфет в процессе выстойки Температура 36...38 °С корпуса конфет достигается при режиме выстойки: 22,5 °С за 35...40 мин; 18,5 °С за 28...31 мин; 8 °С за 24...

26 мин (рис. 3.16). Зависимость времени выстойки от температуры воздуха при значениях последней ниже 18,5 °С имеет линейный характер, а при её повышении наблюдается излом кривой и продолжительность выстойки резко возрастает (рис. 3.17).

Рис. 3.16. Зависимость продолжительности выстойки от температуры охлаждающего воздуха (линейный участок: y = 0,476x + 22,19;

Установлено, что изменение концентрации пектина в интервале 1...2% не оказывает влияния на продолжительность процесса студнеобразования, а при увеличении концентрации на 0,5% пластическая прочность студней возрастает в среднем на 17,5 кПа.

Наименее прочные студни ожидаемо образуются на основе пектина APC 105, что связано с более низким значением СЭ данной марки пектина, поэтому при прочих равных условиях для достижения требуемой величины прочности потребуется большая концентрация APC 105.

Поведение других рассмотренных пектинов не столь однозначно.

При малых концентрациях (1%) прочность студней на основе Classic CS 401 наивысшая, что также согласуется с его наибольшей молекулярной массой и СЭ. Однако по мере повышения концентрации (1,5%) прочность студней на его основе и на Unipectin PG DS становятся практически равны, а при увеличении до 2% ниже, чем на Unipectin PG DS.

Характер изменения пластической прочности может быть связан с особенностями структуры полученных студней. Известно, что прочность студней возрастает по мере уменьшения расстояния между нитями пространственного каркаса и повышения равномерности размеров и распределения ячеек структуры [137, 139].

Таким образом, можно сделать вывод, что по мере увеличения концентрации пектина марки Unipectin PG DS происходит образование более равномерной, упорядоченной структуры пектинового каркаса с наименьшим расстоянием между узлами сетки, т.е. большей степенью сшивания полимера, что полностью согласуется с рассмотренными ранее данными по вязкости желейных масс.

В более вязкой массе на основе Classic CS 401 переориентация макромолекул и их агрегатов затруднена, поэтому формирование упорядоченного пространственного каркаса в данном случае не успевает завершиться полностью до момента потери растворимости пектиновыми молекулами, что и обуславливает более слабое нарастание прочности по мере увеличения концентрации пектина.

Анализ экспериментальных исследований влияния функциональных ингредиентов на процесс студнеобразования желейных масс показал, что использование порошка и концентрированного водного экстракта листьев крапивы приводит к снижению пластической прочности студней на 22 и 40% соответственно (рис. 3.17).

Такое влияние порошков на структурно-механические свойства желейных студней можно объяснить комплексом причин. Во-первых, повышающаяся вязкость желейных масс при их введении затрудняет переориентацию пектиновых макромолекул и их агрегатов. Во-вторых, частицы порошков размером 0,14...0,20 мм значительно превышают размеры «отверстий» (пор) пектиновой сетки (150...700 нм2) [137, 139] и в процессе формирования каркаса студня приводят к образованию локальных расширений и сужений сетки (рис. 3.18).

В комплексе описанные явления приводят к образованию неравномерного пространственного каркаса со значительным разбросом в размерах пор равномерных и неравномерных участков каркаса, тем самым снижая общую прочность студня. При этом исследованиями установлено, что гидратированные порошки могут повышать прочность мармеладного студня и этот эффект снижается по мере уменьшения концентрации. Очевидно, что существенную роль при этом будет иметь дисперсность порошков, вид растительного сырья и способы подготовки, поэтому данный вопрос требует более полных всесторонних исследований [87, 116].

, кПа Рис. 3.17. Изменение пластической прочности студней в процессе выстойки корпусов конфет при температуре воздуха 25 °С:

1 – контроль; 2 – с добавлением 0,5% гидратированного порошка 0,14...0,2 мм;

3 – с добавлением 1% спиртового экстракта; 4 – с добавлением 0,5% концентрированного водного экстракта Рис. 3.18. Схематичное изображение сетки каркаса пектинового студня без добавок (а) и с добавлением порошка крапивы (б):

1 – нити пектиновых молекул; 2 – частицы порошков; 3 – поры Снижение прочности студня при использовании концентрированного водного экстракта связано, в первую очередь, с увеличением молекулярной массы пектина при взаимодействии с ионами кальция и, соответственно, со смещением оптимума студнеобразующей активности.

Внесение спиртового экстракта приводит к увеличению прочности студня на начальной стадии выстойки и постепенному её выравниванию до значений прочности образцов, изготовленных по традиционной рецептуре, к концу процесса. Данный эффект связан с дегидратирующими свойствами этанола и практически полным его испарением на завершающей стадии процесса.

Внесение аскорбиновой кислоты (до 0,2%) не оказывает значительного влияния на течение процесса студнеобразования.

По результатам исследований установлено, что спиртовой и концентрированный водный экстракты крапивы целесообразно вносить в количестве до 5% к общей желейной массе. При дальнейшем увеличении содержания добавок до 7% по массе в случае со спиртовым экстрактом отмечено ухудшение структуры студня. Студень становится менее прочным и упругим, увеличивается доля необратимых деформаций.

При увеличении содержания порошков до 2% структура студня становится неравномерной, появляются включения агрегатов частиц порошков. При этом следует обратить особое внимание на дисперсность добавок, так как при использовании порошков с размером частиц более 0,2 мм текстура студня становится неоднородной.

Таким образом, варьированием рН желейной массы, концентрацией экстракта и студнеобразователя можно добиться получения студней заданной прочности.

3.3. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СБИВНЫХ МАСС И

СБИВНЫХ КОНФЕТ

Сбивные конфетные массы представляют собой кондитерские пены, обладающие нежной кремообразной консистенцией, их получают сбиванием пенообразователей с агаро-сахаро-паточным сиропом с добавлением в пенообразную массу вкусовых и ароматических веществ [3].

Сбивные изделия сочетают свойства пены и студня, имеют пышную пористую структуру.

Пены – это дисперсные системы, состоящие из двух фаз – газовой и жидкой. Газовой фазой является воздух в виде равномерно распределённых пузырьков, которые разделены тонкими прослойками агаросахаро-паточной массы с включением различных вкусовых и ароматизирующих компонентов. Для получения устойчивой высокодисперсной пены используют стабилизатор пены и пенообразователь. Они облегчают вспенивание и препятствуют слипанию пузырьков воздуха.

Пенообразователем для сбивных конфетных масс чаще всего является яичный белок, стабилизатором – агар [39, 114].

В зависимости от особенностей технологического процесса различают сбивные конфетные массы лёгкого типа и их разновидности (плотностью менее 1000 кг/м3): кремово-сбивные, молочно-сбивные, орехово-сбивные и фруктово-сбивные и массы тяжёлого типа (плотностью более 1000 кг/м3).

Пены представляют собой ячеисто-плёночную систему, в которой отдельные пузырьки связаны друг с другом разделяющими их плёнками в общий каркас. Плотная упаковка пузырьков достигается при определённом соотношении объёмов жидкой и газовой фаз, от этих же условий зависит геометрическая форма газовых пузырьков.

По Ребиндеру пены относятся к структурированным системам, но являются термодинамически неустойчивыми, так как имеют сильно развитую поверхность раздела фаз [106].

При пенообразовании часть работы идёт на увеличение свободной поверхностной энергии системы, общий запас свободной энергии стремится уменьшиться [34, 39]. В связи с этим процессы в пенах имеют тенденцию к коалесценции, связанной с сокращением поверхности. Устойчивое состояние системы соответствует полной коалесценции, т.е. расслоению системы с превращением в две объёмные фазы с минимальной поверхностью раздела. Поэтому для придания устойчивости пены необходимо присутствие в жидкости поверхностноактивных веществ – пенообразователей.

В качестве пенообразователя используются яичный белок, белок молока и кровяной альбумин. Наиболее популярен яичный белок, для которого характерна высокая пенообразующая способность (600% в течение 1,5…3,0 мин).

Белки – амфотерные полиэлектролиты. Суммарный заряд белковой молекулы определяется соотношением в ней кислых и основных радикалов аминокислот и величиной их констант диссоциации, значения которых колеблются в широких пределах.

Каждый белок при каком-то определённом значении рН будет иметь суммарный электрический заряд, равный нулю. Такое состояние белка и величина рН, его обусловливающая, называется изоэлектрической точкой. В этой точке белок имеет наименьшую растворимость в воде, белковые растворы обладают минимальной устойчивостью и минимальным осмотическим давлением [39].

Поскольку белок является более сильной кислотой, чем основание, то его изоэлектрическая точка соответствует рН ниже 7. Для достижения изоэлектрической точки в растворе белка должно содержаться некоторое количество кислоты, подавляющее избыточную ионизацию кислотных групп. Так как в изоэлектрической точке число взаимодействующих основных и кислотных групп в молекуле одинаково, то гибкая молекула белка в этом состоянии свёртывается в клубок. На форму макромолекул влияет не только изменение рН среды, но и введение в раствор индифферентного электролита. Очевидно, эти факторы должны влиять и на те свойства раствора, которые зависят от формы растворённых макромолекул, например вязкость. При добавлении электролиотв происходит сдвиг изоэлектрической точки, одновременно с этим смещается и максимум пенообразования [34, 39].

Устойчивость пен определяется кинетическим, структурно-механическим и термодинамическим факторами. Устойчивость пены связана со стеканием жидкости под влиянием силы тяжести и всасыванием жидкости в участки плёнки, обладающие большей толщиной. В местах, где соединяются плёнки пены, образуются углы, в которых жидкость имеет вогнутую поверхность. Объём и форма образованных таким образом каналов (Гиббса–Плато) (рис. 3.19) зависят от кратности пены.

С увеличением кратности форма пузырьков изменяется от шаровидной до формы пятигранника. Соответственно в местах контакта плёнок таких пузырьков будут изменяться объём и форма каналов.

При кратности пены n > 40 допускают цилиндрическую форму каналов. Плёнка находится в равновесии с окружающим её каналом, когда капиллярное давление равно расклинивающему давлению.

Одной из важнейших характеристик пены является её дисперсность, которая определяет многие свойства и процессы, протекающие в ней, а также технологические качества пены [39]. Кинетика изменения дисперсности отражает скорость внутреннего разрушения структуры пены в результате коалесценции.

Быстрота разрушения пены, когда давление в нижних слоях пены превысит внешнее давление и начинается вытекание жидкости, определяется гидродинамическими характеристиками пены (размером и формой каналов, вязкостью жидкой фазы и т.д.) и интенсивностью внутреннего разрушения структуры. Скорость вытекания жидкости из пены (синерезис) зависит от кратности пены, типа и концентрации пенообразователя, концентрации электролита и других добавок, вязкости жидкой фазы, температуры пены, присутствия в жидкой фазе твёрдых частиц [39].

Авторами проведены исследования влияния вводимых добавок на свойства белковой пены. Выявлено, что пенообразующая способность (ПОС) яичного альбумина при использовании овощного порошка в количестве более Рис. 3.19. Поперечное сечение 30% активно снижается (рис. 3.20).

ПОС, % Рис. 3.20. Зависимость пенообразующей способности белка от продолжительности сбивания при добавлении морковного порошка:

Это связано с увеличением поверхностного натяжения и уменьшением поверхностной активности молекул, что приводит к повышению вязкости системы и затрудняет пенообразование. Кроме того, изменение пенообразующей способности связано с мицеллообразованием, поскольку при достижении критической концентрации мицеллообразования происходит завершение формирования адсорбционного слоя, который в этот момент приобретает максимальную механическую прочность. Если увеличивать концентрацию поверхностно-активных веществ в растворе (выше значения критической концентрации мицеллообразования), скорость диффузии молекул в поверхностный слой уменьшается, чем и объясняется снижение пенообразующей способности.

Стабильность пены (СП), напротив, повышается (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Изменение стабильности пены в зависимости Рис. 3.22. Микроструктура пены (увеличение 100):

а – в виде пузырьков (контроль); б – в виде объёмных многогранников (добавление морковного порошка в количестве 30% к яичному альбумину) Качество пены характеризуется её устойчивостью. При малой концентрации дисперсной фазы образуются пузырьки сферической формы, способные к взаимному перемещению, образуется седиментационная неустойчивость. Полиэдрические пены образуют каркас в результате адсорбции молекул в тонком слое жидкости оболочки пены, который придает ей агрегативную устойчивость (рис. 3.22).

В результате изменения поверхностного натяжения на границе раздела фаз замедляется отток жидкости из пены и её утончение, что приводит к увеличению времени жизни пены. Адсорбционный слой полисахаридов изменяет структуру поверхности границы фаз и определяет механическую прочность границы этой структуры [34].

При получении сбивных полуфабрикатов пенная масса смешивается с горячим агаро-сахаро-паточным сиропом, чем достигается фиксирование образованной пены и придание ей необходимой механической прочности. После смешивания температура всей массы повышается, адсорбированный в плёнках яичный белок коагулирует, образуя прочные плёнки. При остывании происходит желирование агарового раствора и формирование студнеобразного каркаса, окружающего воздушные пузырьки.

Вязкость сбивной массы (при прочих равных условиях) зависит от плотности, которая является характеристикой насыщенности массы воздухом. Чем ниже плотность массы, тем больше в ней воздуха, тем выше вязкость. Вязкость и температура массы взаимосвязаны между собой, поэтому о вязкости часто судят по температуре. Сбивные массы имеют неустойчивую структуру, поэтому при механическом воздействии происходит частичное или полное её разрушение. В связи с этим при ведении технологических процессов необходимо следить за тем, чтобы полученная структура сбивной массы не была разрушена, поэтому формование чаще всего осуществляют методом размазки с последующей резкой.

Кремово-сбивные массы обладают меньшей пластичностью, чем массы типа «Суфле», так как введение смеси сгущённого молока и сливочного масла (кондитерского жира) приводит к повышению плотности массы, жир выступает в роли пеногасителя и снижает прочность конфетной массы. Однако для обеих масс применения различных способов формования изделий возможно при наличии определённых вязкопластичных свойств, позволяющих обеспечить чёткую форму.

Обзор исследований, посвящённый изучению реологических характеристик сбивных масс и структурно-механических характеристик студней, приведён в табл. 3.10.

Для обоснования выбора формы функциональной добавки, определения предельных температур формования сбивной конфетной массы были проведены исследования влияния рецептурных ингредиентов и режимных параметров на напряжение сдвига и вязкость массы.

Использование в рецептурах конфетных масс овощных порошков приводит к увеличению эффективной вязкости (рис. 3.23, табл. 3.11), что связано с включением частиц, значительно превосходящих по размерам агрегаты частиц, образующих сбивной студень.

Кроме того, овощные порошки, обладающие высокой водосвязывающей способностью, набухая, образуют пространственную сетку с прочными межмолекулярными связями, что вызывает уменьшение толщины прослоек дисперсионной среды и увеличение силы сопротивления [85].

Существенное влияние на степень увеличения вязкости оказывает форма внесения порошка. Так, добавление сухого порошка от 2 до 10% в сбивную массу увеличивает вязкость в 3 – 10 раз, гидратированного – в 3,5 – 11,0 раз. Такое влияние гидратированных порошков связанно с восстановлением полимерных структур порошка в процессе его гидратации и набухания, диссоциацией органических и аминокислот, которые способны участвовать в процессе студнеобразования, что приводит к упрочнению структуры масс и, соответственно, возрастанию вязкости (рис. 3.24, табл. 3.12).

В связи с тем, что температура является главным режимным параметром при регулировании технологического процесса, исследовали её влияние на реологические характеристики исследуемых конфетных масс.

Температура структурообразования конфетных масс является главным фактором для определения режимов формования. О предельной температуре формования можно судить по изменению значений вязкости, при которых происходит разрушение структуры.

3.10. Обзор исследований, посвящённый изучению реологических характеристик сбивных масс и Задачи исследования Методы исследования Результаты исследования Изучение влияния ингре- Гелеобразующую способность Разработана новая технология зефи- О. Ю. Студенникова [117] диентов полисахаридной оценивали по увеличению вязко- ра с применением сухой пшеничной природы и технологиче- сти суспензии, прошедшей тер- клейковины, обеспечивающей увеских факторов на показа- мическую обработку и термоста- личение прочности пенно-гелевых тели качества пенных и тирование. Вязкость белковых и систем на 15,6%. Определено значегелевых систем белково-полисахаридных суспен- ние гель-точки сухой пшеничной II+). Прочность белковых и белково-полисахаридных гелей определяли по предельному напряжению сдвига на пенетрометре Исследование пенообра- Величину пенообразующей спо- Выявлены оптимальные параметры А. В. Головачева [19] зующих свойств молоч- собности рассчитывали как от- сбивания молочной сыворотки и ных продуктов: молочной ношение увеличения объёма сме- белково-сывороточного концентрата:

сыворотки и белково- си после сбивания к объёму сме- концентрация – 20%; температура Задачи исследования Методы исследования Результаты исследования Изучение изменения свойств Органолептическая оценка Исследовано изменение консистен- З. Т. Бухтоярова, пастилы профилактическо- консистенции. Влажность оп- ции и влагосодержания образцов, М. Ю. Тамова, го назначения при хранении ределяли по ГОСТ 5900–73 приготовленных на яблочно-алыче- Г. М. Зайко [14] Исследование процесса Качество взбивания определяли Определены факторы, влияющие на А. Ю. Просевзбивания и на основе по- по пенообразующим свойст- качество газонасыщения, рассмотре- ков [105] лученных данных опреде- вам – степени взбитости, плот- но влияние коэффициента заполнения ление рациональных пара- ности и устойчивости пены аппарата, частоты вращения ротора, раметры эмульсатора, для обеспечения направленного выхода на оптимальный режим по показателям качества готового продукта Подбор ингредиентов для Органолептическая оценка Установлено, что введение инверта- Н. К. Сергеева Исследование влияния по- Органолептическая оценка Выявлено, что замена сахара на Е. Г. Полунин лидекстрозы и бетаина на структуры. Определение актив- полидекстрозу приводит к синере- [101] потребительские характери- ности воды на приборе Hydro- зису. Совместное применение полидекстрозы и бетаина обеспечивает Разработка белковых полу- Не указаны Установлено, что сбивные полуфаб- Т. И. Овсюк, фабрикатов на пектине Определение параметров Характеристики сдвига опреде- Отмечено, что при проектировании Ю. Ф. Белоформования для сбивных лены на ротационном вискози- формующей машины необходимо крылов [11] конфетных масс Изучение адгезионных Структурно-механические ха- Изучено влияние рецептурных ин- П. М. Смолисвойств конфетных масс рактеристики корпусов конфет гредиентов и режимов формования хина, для обоснования способов определяли на текстурном ана- на адгезионные характеристики Е. И. Муратова Рис. 3.23. Кривые вязкости (а) и течения (б) сбивных масс 1 – контроль; 2, 3, 4 – с добавлением 2%, 5% и 10% овощного порошка 3.11. Коэффициенты уравнения Оствальда де Виля аппроксимации, Па·с Рис. 3.24. Кривые вязкости (а) и течения (б) сбивных масс гидратированного овощного порошка соответственно 3.12. Коэффициенты уравнения Оствальда де Виля Коэффициенты уравнения Контроль Коэффициент достоверности аппроксимации Коэффициент консистенции K, входящий в уравнение Оствальда де Виля, наиболее чувствителен, по сравнению с индексом течения n, к изменению температуры материала, что подтверждает зависимость реологических свойств конфетных масс от температурных режимов технологического процесса [135].

Это особенно важно при осуществлении процесса формования, успешность которого зависит от совокупности факторов. При низких температурах происходит ускорение процесса структурообразования и при механическом воздействии происходит необратимое разрушение каркаса: нарушение сплошности студня, снижение его пластической прочности; разрушение структуры пены в результате коалесценции газовых пузырьков с получением неравномерной структуры. В результате возрастает вероятность возникновения брака, возможность изменения физико-химических и структурно-механических показателей конфет как при производстве, так и в процессе хранения.

Анализ температурных зависимостей сбивных масс (рис 3.25, табл. 3.13) показывает, что упрочнение структуры сбивной массы Рис. 3.25. Кривые вязкости (а) и течения (б) сбивных масс при температурах:

3.13. Коэффициенты уравнения Оствальда де Виля Коэффициент достоверности аппроксимации начинается при 35...40 °C. С понижением температуры уменьшается давление внутри пузырьков и растворимость ПАВ, увеличивается поверхностное натяжение.

Предельное напряжение сдвига увеличивается в 3 раза при изменении температуры с 55...50 до 35...40 °C вследствие ослабления тепловых колебаний адсорбированных молекул и увеличения механической прочности поверхностного слоя, образованного молекулами ПАВ. Сбивная масса имеет способность к течению, связи между частицами после их разрушения успевают вновь восстановиться. Структура массы ещё не разрушается, наблюдается лишь перемещение частиц относительно друг друга.

При достижении 30...35 °C происходит увеличение скорости структурообразования массы, замедляется способность к течению, связи между частицами не восстанавливаются и образуются отдельные агрегаты частиц.

Пластическая прочность корпусов конфет является основным показателем в качестве формоудерживающей способности, а по изменению прочности можно судить о течении процесса студнеобразования.

Скорость процесса студнеобразования имеет большое значение для выбора режимов формования и выстойки конфетных масс (рис. 3.26).

Возможное снижение пластической прочности сбивных конфет в результате уменьшения рецептурного количества сахара и, как следствие, снижения вязкости жидкости в плёнках и стабильности пены компенсируется добавлением овощных порошков. Так, гидратированный порошок увеличивает прочность в 2 раза, сухой – в 8 раз.

Прочность студней возрастает благодаря совместному действию агаровых молекул и пектиновых веществ, содержащихся в овощных порошках в большом количестве. При использовании гидратированного порошка прочность сбивной массы увеличивается вследствие дополнительного заполнения пространственного каркаса, окружающего пузырьки, набухшими волокнами овощного порошка. Структурообразование происходит в течение 40 мин после отливки при температуре, кПа Рис. 3.26. Изменение пластической прочности сбивных студней 1 – контроль; 2 – с добавлением 5% гидратированного овощного порошка; 3 – с добавлением 5% сухого овощного порошка 20...22 °С, но большое количество набухших полисахаридов делают массу водянистой и склонной к синерезису.

При наличии избыточной влаги установление гидростатического равновесия невозможно. Под действием силы тяжести происходит вытекание сиропа из пены, давление в каналах понижается, соответственно повышается капиллярное и расклинивающее давление, что ускоряет коалесценцию пузырьков и разрушение столба пены [39].

В образцах, полученных с сухим порошком, синерезиса удаётся избежать за счёт сужения каналов, увеличения шероховатости их стенок и образования локальных «затворов» из частиц, не прилипших к пузырькам [39]. Однако присутствие твёрдых частиц может оказывать и противоположное влияние: на них может происходить адсорбция поверхностно-активных веществ, что понижает их концентрацию в растворе. Это приводит к повышению поверхностного натяжения раствора и понижению дисперсности пены, в результате чего возможно увеличение скорости синерезиса.

Волокна овощного порошка распределяются в каналах системы, образованных в местах контакта плёнок жидкой фазы, разделяющих газовые пузырьки (рис. 3.27).

Полисахариды адсорбируется в плёнках воздушных пузырьков пены и способствует увеличению их прочности. Набухание Рис. 3.27. Микроструктура сбивной массы (увеличение 100):

а – контроль; б – с добавлением 5% овощного порошка пектиновых веществ и полисахаридов происходит за счёт жидкости, находящейся в сбивной массе, что способствует гидростатическому равновесию системы.

3.4. ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВ

КОНФЕТНЫХ МАСС

Адгезия пищевых масс зависит от многих факторов, основными из которых можно считать энергию образующихся на границе раздела связей и количество этих связей; величину остаточных напряжений, действующих в соединении на границе раздела; состояние границы раздела и структуру межфазных слоёв [35].

Адгезия кондитерских пищевых масс является особенно сложной, так как они являются структурированными системами. Адгезия как поверхностное явление связана с реологическими параметрами, характеризующими объёмные свойства кондитерских масс. Эта связь прослеживается в формировании площади контакта и адгезии, а также в процессе нарушения адгезионного взаимодействия [35].

Исследование адгезионных свойств конфетных масс позволяет оценить возможность использования различных методов формования для изготовления корпусов конфет.

Во всех механических и термомеханических процессах пищевых производств происходит контактное взаимодействие обрабатываемого материала с поверхностью рабочих органов машин, устройств и аппаратов. Поэтому учёт поверхностных свойств пищевых материалов необходим при изучении и совершенствовании многих технологических процессов [67].

Так, при формовании помадных, желейных и сбивных масс отливкой адгезионные явления отрицательно сказываются на конечной стадии процесса – отделении корпусов конфет от форм, поэтому адгезионное напряжение должно быть минимальным.

3.14. Зависимость прочности адгезии от температуры Адгезия помадной массы определяется свойствами самого продукта, его влажностью и температурой, а также от поверхности контакта [35]. Так, прочность адгезии для помадной массы «Русский узор»

при давлении контакта 17,2 кПа и длительности контакта 30 с в зависимости от температуры представлена в табл. 3.14.

Рост адгезии объясняется снижением вязкости продукта и увеличением площади истинного контакта в результате заполнения выемов шероховатой поверхности.

Зависимость адгезии кондитерских масс от температуры определяется не только абсолютным значением этой температуры, но и разностью температур самой массы и подложки. При изменении температуры поверхности, с которой соприкасается масса, изменяется температура той части массы, которая непосредственно соприкасается с твёрдой поверхностью. Взаимное влияние температуры подложки и структурированной помадной массы представлено в табл. 3.15 [36].

Рост температуры помадной массы в большей степени оказывает влияние на прочность адгезии, чем температура подложки. Абсолютные значения прочности адгезии для относительно холодной (0 °С) подложки больше, чем для конфетной массы при низкой температуре (2 °С) [35].

3.15. Взаимовлияние температуры подложки и помадной массы Прочность адгезии помадной массы при температуре стальной поверхности (Сталь 15) 20 °С в зависимости от температуры полуфабриката Прочность адгезии помадной массы при температуре полуфабриката 70 °С в зависимости от температуры поверхности Влияние температуры на адгезионную прочность можно представить в обобщённом виде. На основе полученных экспериментальных данных по адгезии молочной помадной массы в зависимости от температуры массы и поверхности предложена эмпирическая формула.

С помощью этой формулы можно рассчитать прочность адгезии помады к стальной поверхности в зависимости от скорости отрыва vотр:

где tп, tм – температура поверхности и кондитерской массы, °С; vотр – скорость отрыва, м/с.

Формула (3.3) справедлива для помадных конфетных масс при скорости отрыва 130 мм/с, когда температура поверхности изменяется от 0 до 70 °С. Расхождение между расчётными, полученными по формуле, и экспериментальными данными не превышают 10%. В большинстве случаев на практике предпочтительнее снижение адгезии, чем её увеличение [36].

Прочность адгезии для помадной массы с добавлением порошка мелиссы представлена на рис. 3.28.

Добавление порошка снижает адгезию помады к нержавеющей стали. С уменьшением дисперсности порошка уменьшается значение адгезионной прочности.

При производстве желейных конфет исследование адгезионных явлений позволит оценить возможность использования различных методов формования для изготовления корпусов конфет. Так, при формовании желейных масс отливкой в формы (крахмальные, силиконовые и др.) Рис. 3.28. Адгезионное напряжение помадной массы к нержавеющей стали:

1 – контроль; с добавлением 0,5% порошка мелиссы:

адгезионные явления отрицательно сказываются на конечной стадии процесса – отделении корпусов конфет от форм, поэтому адгезионное напряжение должно быть минимальным.

По результатам анализа экспериментальных исследований установлено, что адгезионное напряжение желейного студня без добавок составляет 1,18 кПа и уменьшается при внесении добавок крапивы (рис. 3.29).

Наибольшее снижение отмечено при использовании порошков.

Сухой и гидратированный порошки (0,14...0,20 мм) в концентрации 0,5% снижают адгезионное напряжение на 55 и 66% соответственно.

Внесение 0,5% экстрактов позволяет снизить адгезионное напряжение на 32% при использовании спиртового и на 26% при использовании концентрированного экстракта.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование в рецептурных композициях полуфабрикатов крапивы способствует сокращению потерь на стадиях формования, выстойки и облегчает процессы очистки конфетных корпусов.

По результатам анализа экспериментальных исследований установлено, что адгезионное напряжение желейного студня без добавок составляет 1,18 кПа и уменьшается при внесении овощного порошка (рис. 3.30).

Рис. 3.29. Адгезионное напряжение желейного студня к нержавеющей стали:

1 – контроль; 2 – с добавлением 0,5% порошка 0,14...0,20 мм;

3 – с добавлением 0,5% гидратированного порошка 0,14...0,20 мм;

4 – с добавлением 1,0% спиртового экстракта; 5 – с добавлением Рис. 3.30. Адгезионное напряжение желейного студня к нержавеющей стали:

1 – контроль; 2 – с добавлением 2,5% сухого порошка на стадии темперирования; 3 – с добавлением 2,5% гидратированного порошка на стадии темперирования; 4 – с добавлением 3% тыквенного порошка Сухой и гидратированный порошки в концентрации 0,5%, внесённые на стадии темперирования, снижают адгезионное напряжение на 55 и 66% соответственно. Добавление 3% порошка на стадии приготовления сиропа снижает адгезионное напряжение на 70%.

Для сбивных масс прослеживается аналогичное влияние овощного порошка – при использовании и в сухом, и в гидратированном виде адгезионное напряжение сбивного студня уменьшается более чем втрое (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Адгезионное напряжение сбивного студня к нержавеющей стали:

1 – контроль; 2 – с добавлением 10% сухого порошка; 3 – с добавлением 10% гидратированного порошка; 4 – с добавлением 10% сухого порошка Значительное снижение адгезионного напряжения к нержавеющей стали сбивных студней с добавлением порошков связано с уменьшением площади контакта за счёт увеличения шероховатости поверхности образцов, а также влагоудерживающей способностью овощных порошков.

При формировании адгезионного соединения конфетных масс в комбинированном корпусе в контакт вступают высоковязкие массы.

В этом случае для описания процесса формирования контакта важнейшее значение приобретают реологические характеристики адгезива и условия формирования контакта [9, 23].

На характер адгезионного взаимодействия оказывают влияние процессы, протекающие на границе субстрат–адгезив. Формирование адгезионного контакта упругопластических масс происходит в три стадии: образование площади номинального контакта, формирование площади фактического контакта, протекание вторичных процессов [35].

При формировании площади номинального контакта происходят макрореологические процессы, зависящие от способности структурированной массы течь и подвергаться деформации. Формирование площади фактического контакта связано с микрореологией, помимо процессов, протекающих на первой стадии, в зоне контакта происходит диффузия адгезива в микропоры субстрата. Структурообразование в процессе выстойки характеризуют третью стадию [35].

Образование адгезионного контакта происходит в результате формования кондитерских изделий, при этом выбор способа формования зависит от реологических свойств полуфабрикатов.

Формование комбинированных желейно-сбивных конфет можно производить методами ко-экструзии, размазки с последующей резкой, отливки.

Практика формования методом ко-экструзии показала, что для каждого отдельного производства необходима разработка новых технологий с учётом конструктивных особенностей формующего оборудования. При этом необходимо, чтобы кондитерские массы для комбинированных слоёв обладали тиксотропными свойствами и были близки по реологическим характеристикам [81].

Формование конфет отливкой и размазкой позволяет минимизировать механическое воздействие на формуемые конфетные массы, что не разрушает их структуру и снижает величину остаточных напряжений, действующих на границе раздела фаз. Метод размазки позволяет получать многослойные изделия, но в процессе резки возможны нарушения структур, смещения слоёв в результате деформации.

Формование желейно-сбивных конфет осуществляли методами размазки с последующей резкой и отливки. При обосновании последовательности формования слоёв исходили из реологических свойств конфетных масс.

Как правило, в многослойных изделиях более плотные и тяжёлые массы используются в качестве нижнего слоя. Сбивная масса обладает воздушной пористой структурой и меньшей плотностью по сравнению с желейной. Однако её высокая вязкость, а также недостаточно продолжительное время пребывания в пластическом состоянии приводит к тому, что в адгезионном соединении на границе раздела образуются поры и пустоты, в результате чего уменьшается фактическая площадь контакта [35]. При этом происходит образование недостаточно прочных адгезионных связей между слоями, а в случае резки пласта при воздействии дискового ножа гладкие поверхности обоих студней легко отделяются друг от друга и формование корпусов осуществить практически невозможно (рис. 3.32).

Продолжительность достижения максимального (молекулярного) контакта можно уменьшить интенсификацией затекания адгезива в микровпадины на поверхности субстрата и вытеснения из них воздуха, а также повышением подвижности молекул адгезива. Поэтому важным условием при выборе последовательности формуемых слоёв является обоснование температурного режима, позволяющего повысить прочность адгезионного контакта.

Возможность регулирования реологических свойств желейных масс при изменении температурного режима стадии формования является определяющим при выборе желейного слоя в качестве верхнего.

С увеличением температуры вязкость желейных масс нелинейно снижается в среднем при увеличении температуры на 1 °С на 0,01 Па·с.

При низкой вязкости жидкий адгезив хорошо смачивает поверхность с максимальным заполнением микропор на поверхности, при этом происходит формирование адгезионного Рис. 3.32. Адгезионное разрушение при формовании комбинированных корпусов методом размазки и резки полученных методом отливки в крахмальные формы (рис. 3.33).

Одним из эффективных способов повышения адгезионной прочности является подготовка и модификация субстрата.

Так, положительно влияет на увеличение адгезионной прочности снижение внутренних напряжений за счёт введения Рис. 3.33. Смешанное разрушение наполнителей и оптимизации адгезионного соединения при температурно-временного ре- формовании комбинированных жима формирования адгезионного соединения [13].

Введение овощных порошков позволяет изменить свойства межфазной границы и увеличить поверхность межфазного контакта. Исследования показали, что при испытании контрольных образцов происходит, как правило, адгезионный или смешанный разрыв, а при испытании образцов с добавлением овощных порошков – преимущественно когезионный.

При введении овощных порошков в сбивной слой в количестве менее 2% данные адгезионной прочности между слоями корпуса не существенно отличаются от показателей, полученных для комбинированных корпусов без добавок. Использование порошков в сбивной слой в количестве более 10 масс. % приводит к чрезмерной развитости микрорельефа, что отрицательно сказывается на достижении площади максимального контакта: при большом числе связей уменьшается подвижность макромолекул в граничном слое, повышаются внутренние напряжения, изменяется структура поверхностного слоя, что приводит к возникновению дефектных областей, являющихся центрами, на которых начинается разрушение адгезионных соединений. Проведённые исследования показали, что максимальная адгезия между слоями конфетных масс достигается при введении овощного порошка в сбивной слой в количестве 5...10 мас. %, в желейный – не более 3%.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что внесение морковного порошка в сбивную массу позволяет увеличить площадь контакта адгезив–субстрат и повысить прочность адгезионного соединения за счёт образования шероховатой поверхности сбивной массы и максимального заполнения микродефектов желейной массой.

Кроме того, постоянство структурно-механических свойств сбивной массы в результате укрепления каркаса пены грубыми волокнами морковного порошка обеспечивает формоудерживающую способность сбивного слоя и позволяет выполнить операцию отливки желейной массы плотностью 1350 кг/м3 через 45...60 мин после формования. Обладающие высокой водосвязывающей способностью овощные порошки адсорбируют влагу с поверхности конфетных масс, что улучшает их сцепление с комбинируемым слоем.

Добавление порошков в желейную массу снижает прочность студня и позволяет изменить адгезионное напряжение на его поверхности, что положительно сказывается на качестве адгезионного контакта со сбивной массой.

Введение добавок в конфетные массы, изменяя их физикохимические свойства, вызывает явление контракции, при этом прочность адгезионных контактов возрастает более чем на 30% по сравнению с контрольными образцами (рис. 3.34, 3.35).

Рис. 3.34. Зависимость прочности адгезионных контактов от глубины отрыва при содержании порошков в сбивной массе и температуре 1 – 5%, 105 °С; 2 – 5%, 95 °С; 3 – без порошков, 95 °С; 4 – без порошков, 105 °С а, кПа Рис. 3.36. Прочность адгезионных контактов в зависимости от массового соотношения слоёв корпуса желейный:сбивной, %:

Характерной особенностью прочности адгезионных соединений является её зависимость от толщины слоя адгезива. Как правило, с уменьшением толщины слоя адгезива прочность адгезионного соединения возрастает [21, 23, 104].

Комбинированные корпуса готовили с соотношением сбивного и желейного слоёв (30...70%):(70...30%) при высоте корпуса 16 мм. При уменьшении толщины желейного слоя прочность адгезионного взаимодействия повышается на 6,0...7,5 кПа (рис. 3.36).

Эта зависимость может быть объяснена масштабным фактором.

Согласно статистической теории прочности твёрдых тел, значительно меньшая для многих материалов реальная прочность по отношению к теоретической объясняется дефектностью реальных тел [21]. Поэтому прочность образцов небольших размеров оказывается выше прочности более массивных, в которых вероятность наличия дефектов больше.

Другой причиной зависимости прочности адгезионного соединения от толщины слоя адгезива могут быть внутренние напряжения [99]. Суммарный эффект действия напряжений, приводящий к ослаблению адгезионной связи, оказывается выше в случае более толстых слоёв адгезивов.

Таким образом, изменение адгезионного взаимодействия кондитерских полуфабрикатов и поверхности частей оборудования между массами в сложных изделиях, возможно за счёт модификации свойств кондитерских масс и рациональной технологии: изменения влажности, состава, введения некоторых добавок, соблюдения технологических режимов и времени контакта кондитерских масс между собой или с поверхностью оборудования.

РЕОЛОГИЯ МУЧНЫХ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Мучные кондитерские изделия отличаются от сахаристых тем, что в их состав входит мука. В зависимости от рецептуры и способа приготовления кондитерское тесто может быть жидким, вязкопластичным или упруговязкопластичным. К основным реологическим свойствам теста относятся вязкость, упругость и прочность. Указанные показатели формируют структурно-механические характеристики готовых изделий, например, для вафель – хрусткость, для пряников – мягкость, затяжистость.

4.1. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНДИТЕРСКОГО ТЕСТА

Пряничное тесто пластично-вязкое, хорошо воспринимает и сохраняет свою форму, тесто образуется в условиях ограниченного набухания коллоидов муки, поэтому продолжительность замеса теста должна быть минимальной и температура ниже, чем температура теста, например, обладающего упруговязкопластичными свойствами.

Кондитерское пряничное тесто как и все тестообразные массы является структурированной дисперсной системой и состоит из трёх фаз:

твёрдой, жидкой и газообразной. Твёрдую фазу представляют лиофильные коллоиды муки – водонерастворимые белковые комплексы и крахмал пшеничной муки.

Жидкая фаза представляет собой многокомпонентный водный раствор веществ, предусмотренных рецептурой теста (инвертный сироп, вода, раствор сахара, патоки, соли, гидрокарбоната натрия, карбоната аммония, и др.). Соотношение между твёрдой и жидкой фазами зависит от вида теста, его влажности, количества и качества клейковины.

Газообразную фазу составляет воздух, который захватывается при замесе теста, диспергируется и удерживается в тесте. Кроме того, воздух входит с мукой, водой и другими видами сырья и полуфабрикатов. Газообразная фаза может достигать в тесте 10%.

Степень разрыхления теста зависит от реологических свойств теста и от равномерного распределения в тесте химических разрыхлителей. Особенно увеличивается пористость и объём заготовок из пластичного пряничного теста.

Прежде всего, свойства теста определяются качеством муки, качеством и количеством клейковины. В производстве пряников применяется пшеничная мука со средней или слабой клейковиной [39].

Вторым по значению компонентом теста является сахар в виде сахара-песка или сахарной пудры. Сахар оказывает влияние на тесто благодаря своим дегидратирующим свойствам. В водном растворе молекулы сахара покрываются гидратными оболочками. При температуре 20 °С молекулы сахарозы связывают и удерживают 8 – 12 молекул воды. Оболочки увеличивают молекулярный объём, снижая скорость диффузии и осмотическое набухание белков. С увеличением количества сахара снижается количество свободной воды в жидкой фазе теста и ограничивается набухание коллоидов муки.

Изменяя физико-химические свойства теста, сахар влияет на его структуру и реологические свойства. Тесто становится мягким, вязким, пластичным. При высоком содержании сахара повышается адгезия теста к рабочим поверхностям машин (прокатывающим, формующим, к стальной ленте печной камеры). При выпечке тестовые заготовки расплываются.

На качество теста оказывает влияние размер частиц сахара. Для получения пластичного теста с малым содержанием воды следует применять сахарную пудру. Это обеспечивает растворимость в воде всего количества сахара. В противном случае качество изделий ухудшается из-за присутствия на поверхности нерастворимых кристаллов.

Высокое содержание сахара и отсутствие в рецептуре жира делают изделия чрезмерно твёрдыми.

Степень набухания коллоидов муки регулируют жиры, но механизм их действия иной. Жиры, адсорбируясь на поверхности коллоидных частиц, ослабляют взаимную связь между частицами, препятствуют проникновению влаги, увеличивая содержание жидкой фазы теста. Тесто становится более пластичным. Чем тоньше плёнки жира и чем больше их в тесте, тем более пористую и хрупкую структуру имеют получаемые изделия. Поэтому целесообразно использовать жиры в пластичном состоянии или вводить в тесто в виде тонкодиспергированной эмульсии [45]. Преимущество имеют жиры, сохраняющие пластичность в широком интервале температур. Это достигается сочетанием твёрдых и жидких жиров с различными температурами плавления. Жидкое растительное масло выделяется из изделий.

В рецептуру пряничного теста в небольшом количестве входит инвертный сироп или патока, с которыми вносятся гигроскопичные редуцирующие вещества, повышающие намокаемость изделий. С повышением количества патоки возрастает влажность и липкость теста.

Для разрыхления пряничного теста применяется химический способ разрыхления, так как высокое содержание сахара и жира угнетающе действуют на дрожжи. В зависимости от вида изделия рецептурами предусмотрено использование гидрокарбоната натрия (0,4...0,7%) и карбоната аммония (0,5...0,8 %). Допускается варьирование количества разрыхлителей в зависимости от качества муки.

Соль повышает температуру клейстеризации крахмала. При небольших дозах соль увеличивает набухание белков муки, улучшает свойства теста, повышает его прочность.

В зависимости от технологии приготовления пряничные изделия подразделяются на заварные (с заваркой муки) и сырцовые (без заварки муки), пряники с начинкой и без неё.

Структурно-механические свойства пряников дают наиболее полное представление о существенных аспектах их качества – консистенции и структуре.

Вафельное тесто является слабоструктурированной дисперсной системой, представляющей суспензию частичек муки, покрытых гидратными оболочками в водной жидкой фазе. Тесто должно иметь жидкую консистенцию и минимальную вязкость, позволяющую равномерно и быстро растекаться на поверхности вафельных форм, предназначенных для выпечки. Введение в рецептуру компонентов, обладающих поверхностной активностью (яйцепродуктов, фосфолипидов, моноглицеридов), способствует стабилизации вафельного теста, снижению его вязкости и получению изделий со специфическими хрустящими свойствами. В процессе выпечки вафельных листов большую роль играют вносимые в тесто разрыхлители. При производстве вафель используются химические разрыхлители, в частности гидрокарбонат натрия, который при температуре разлагается с выделением диоксида углерода, что создаёт пористую структуру.

Обзор исследований, посвящённый изучению реологических характеристик мучных полуфабрикатов и готовых изделий, приведён в табл. 4.1.

Анализ информационных источников по технологии производства вафель показал, что для улучшения реологических свойств вафельного теста и структурно-механических характеристик вафельного листа требуется корректировка рецептур вафельного теста и использование различных пищевых добавок: ферментных препаратов, органических кислот, нетрадиционных видов сырья, лецитина, пищевых волокон. При этом вид и количество вводимой добавки зависит от состава муки, используемой в производстве.

4.1. Обзор реологических исследований мучных полуфабрикатов и готовых изделий Задачи исследования Методы исследования Результаты исследования Авторы, источник Разработка и исследование Общепринятые структурно- Определена рациональная дози- О. А. Сергеева [112] полуфабрикатов и кондитер- механические методы иссле- ровка при замене сахарной пудры ских изделий с применением дования продуктом экструдирования из Исследование влияния СО2- Не указаны Установлено, что внесение СО2- И. Н. Безуглая [10] пряничного теста свойства теста, приготавливаемого для заварных и сырцовых пряничных изделий. Определены Задачи исследования Методы исследования Результаты исследования Авторы, источник Исследование реологических, Исследование реологических Доказано, что замена 30% пше- И. Я. Аминева [2] структурно-механических характеристик вафельного ничной муки овсяной позволяет свойств полуфабрикатов и теста и начинки проводили на добиться стабильной вязкости ваструктурно-механических приборах «Реотест-2» и фельного теста на протяжении всего начинке: введение 3,0%-ного солодового экстракта не изменяет структурно-механические свойства начинки. Внесение солодового экстракта более 3% приводит к уменьшению адгезионных свойств начинки Выявление влияния стевиози- Определение реологических Отмечено значительное повышение Н. А. Тарасенко [119] да, неосветлённых свеклович- характеристик полуфабрика- степени структурообразования наных волокон и сухой молочной тов и готовых изделий прово- чинки по сравнению с контрольным Изучение влияния порошкооб- Измерения пластической Установлено продолжительность Д. Н. Евсюков [32] разного плавленого сыра на прочности проводили на ко- структурообразования начинки и структурно-механические ническом пластометре определена её пластическая прочсвойства жировой начинки ность. Получена математическая Повышение биологической Органолептическая оценка Установлено, что при увеличении Г. В. Иванова, обезжиренного незначительно вследствие упрочнения структуры теста. Полная замена муки или сахара на облепиховый шрот отрицательно сказывается на качестве готовых изделий Изучение влияния заменителей Хрупкость характеризовали с Определены оптимальные комби- В. С. Попов, сахара на реологические свой- помощью показателя относи- нации заменителей сахара, а так- О. А. Тимошенко, ства вафельного теста и гото- тельной деформации, опреде- же их общее содержание к массе В. Н. Красильников боре, согласно авторской ме- ских свойств теста и структурно-методике как отношение преде- ханических характеристик готовых Задачи исследования Методы исследования Результаты исследования Авторы, источник Получение мучных кондитер- Не указаны Установлено, что добавление СО2- И. Б. Красина [49] Исследование влияния порош- Эффективную вязкость тестаУстановлено, что при внесении доба- А. С. Джабоева ков мушмулы на структурно- определяли на ротационном вок вязкопластичные и упругие свой- [27] механические характеристики вискозиметре «Реотест-2», ства мякиша бисквитных полуфабрибисквитного теста и готовых пористость – с помощью катов возрастают по сравнению с конполуфабрикатов прибора для определения тролем, уменьшаются показатели депористости бисквитногоформационных характеристик Исследование влияния свойств Реологические свойства Установлено влияние поверхностного Т. С. Вайншенкер модифицированных жиров на теста исследовали на при- натяжения, плотности, температуры [16] В большинстве известных рецептур вафельного теста применяются яйцепродукты, но их поверхностная активность проявляется только при значительном количестве (свыше 90 кг на тонну полуфабриката).

Кроме того, данный компонент является экономически затратным для производителя, поэтому представляет интерес использования комплексных улучшителей муки, обладающих высокой эффективностью и снижающих себестоимость готовых изделий [65].

Чтобы вафельное тесто обладало требуемыми реологическими свойствами, а вафельные листы имели заданную структуру, при замесе теста необходимо максимально ограничить набухание белков муки.

Технологические свойства муки, которые характеризуют возможность получения из неё вафельных листов высокого качества, определяются, прежде всего, количеством и качеством клейковины. Анализ изменения качества вафельного теста из муки с различным содержанием сырой клейковины показывает, что при содержании сырой клейковины более 25% вафельное тесто имеет большую вязкость и густую консистенцию из-за сильного набухания клейковинных белков. Это затрудняет перекачивание теста насосом и равномерное распределение теста на поверхности формы, что неблагоприятно влияет на качество готовых изделий, поскольку при повышении содержания клейковины в муке заметно возрастает прочность вафельных листов и они теряют хрустящие свойства. Таким образом, высокое содержание клейковинных белков в муке для производства вафельного листа нежелательно.

В то же время слишком низкое содержание клейковины в муке также отрицательно сказывается на качестве готовых изделий, так как содержание клейковины в исходной муке определяет белковую ценность и обусловливает вкус и аромат вафельных листов [50].

Основными белковыми фракциями клейковины являются глютенин и глиадин. Молекулярная масса глютенина превосходит молекулярную массу глиадина, что во многом обусловливает различия в их структурно-механических свойствах: выделенный из муки гидратированный глютенин представляет собой резинообразную упругую массу, а глиадин – сильно растяжимую, вязкотекучую, липкую, неупругую массу. Для вафельного производства наиболее ценной фракцией является глиадин: именно его наличие и свойства определяют текучесть теста.

Обычно клейковину муки оценивают не только с количественной, но и с качественной стороны, определяя степень её растяжимости, упругости и эластичности. Однако эти свойства клейковины отражают главным образом свойства глютениновой фракции, оказывающей отрицательное влияние на формирование структуры вафельного теста и готовых изделий [30, 66].

Исходя из вышеизложенного, следует, что наилучшие результаты можно получить при использовании муки, содержащей не более 25% клейковины. Но следует иметь в виду, что хотя мука с содержанием клейковины более 25% нежелательна, так как тесто приобретает вязкую консистенцию и вафельные листы получаются жёсткими, она вполне пригодна при соблюдении правильных технологических режимов замеса теста и внесении добавок, влияющих на реологические свойства теста.

Добавление ферментных препаратов серии «Альфамальт LQ» заметно влияет на вязкость теста. Внесение протеаз способствует расщеплению белка клейковины и препятствует коагуляции протеина. Тесто получается без комочков и не забивает форсунок при заливке в формы для выпечки. Энзиматические препараты благотворно влияют на вязкость вафельного теста даже при пониженном содержании воды, что обеспечивает снижение энергозатрат на перекачку теста и удаление влаги при выпечке. Готовые вафельные листы получаются однородными и менее ломкими [126].

Большое значение имеет разработка новых липидсодержащих биологически активных добавок, позволяющих сохранить хрустящие свойства вафель в течение всего срока хранения. Практический интерес для мучной кондитерской промышленности представляют подсолнечные активированные фосфолипиды, в частности, полученная на их основе путём обезжиривания БАД Витол, которую можно использовать в качестве улучшителя теста при производстве вафельных листов. Были проведены эксперименты по замене яичного желтка на БАД Витол. Установлено, что новый вид вафель имеет показатели качества, соответствующие требованиям ГОСТ, как для свежевыработанных вафель, так и для образцов в процессе хранения. Следует отметить, что их срок хранения может быть увеличен до 2 месяцев без ухудшения качества [17].

В качестве стабилизирующих эмульсий используют лецитины и фосфатидные концентраты, моно- и диглицериды жирных кислот, другие сложные эфиры, фосфаты, создают и стабилизируют эмульсию, вследствие этого сохраняется консистенция исходного продукта и продлевается его свежесть. Кроме того, внесение лецитина улучшает отделение вафель от форм, убирает карамелизацию вафельниц, снижает расход жиров, придаёт продукции золотистый цвет, улучшает блеск и хруст вафель, делает поверхность продукции гладкой, снижает набухание листов [2, 30].

Целью исследований авторов являлось совершенствование технологии производства вафель на основе результатов изучения влияния технологических добавок на реологические свойства вафельного теста (табл. 4.2).

4.2. Влияние технологических добавок на вязкость вафельного теста Исследуемые Количество, С добавлением С добавлением С добавлением С добавлением С добавлением С добавлением С добавлением На основании приведённых данных получены зависимости вязкости вафельного теста, изготовленного по разным рецептурам, от продолжительности выстойки теста (рис. 4.1).

Использование лимонной кислоты уменьшает вязкость вафельного теста с течением времени и по сравнению с контрольным образцом, у которого вязкость с продолжительностью выстойки увеличивается.

Это происходит из-за того, что при взаимодействии разрыхлителя – соды происходит следующая реакция:

NAHCO 3 + R COOH (кислота) = R COONa + H 2 O + CO 2. (4.1) Рис. 4.1. Зависимость изменения вязкости теста от продолжительности выстойки для образцов с различным содержанием лимонной кислоты:

Таким образом, при разложении гидрокарбоната натрия выделяется диоксид углерода, что делает вафельное тесто менее вязким.

При внесении углеаммонийной соли (рис. 4.2) вязкость вафельного теста уменьшается.

Наиболее существенно на снижение вязкости влияет добавление ферментного препарата Альфамальт LQ15080 (рис. 4.3).

Снижение вязкости объясняется тем, что внесение протеаз способствует расщеплению белка клейковины и препятствует коагуляции протеина, что благотворно влияет на вязкость вафельного теста даже при пониженном содержании воды. Готовые вафельные листы получаются однородными и менее ломкими.

, Па·с Рис. 4.2. Зависимость изменения вязкости теста от продолжительности выстойки для образцов с различным содержанием углеаммонийной соли:

Рис. 4.3. Зависимость изменения вязкости теста от продолжительности выстойки для образцов с различным содержанием ферментного препарата:

Введение в базовую рецептуру крахмала и пищевых волокон приводит к увеличению вязкости за счёт увеличения количества сухих веществ, внесённых в виде нерастворимых волокон и крахмала. Следует отметить, что вафельное тесто обладало более стабильными реологическими свойствами и его вязкость практически не изменялась во времени.

Для повышения биологической ценности, получения требуемой консистенции и обеспечения стабильности реологических свойств вафельного теста возможно использование муки различного качества [2].

Влияние различного количества овсяной муки на свойства вафельного теста исследовали на основе базовой рецептуры с заменой пшеничной муки овсяной в количестве 10, 20, 30 и 40%.

Концентрация овсяной муки выбиралась по совокупности технологических свойств полуфабрикатов и функциональных свойств готовых изделий. Чем выше содержание овсяной муки в изделиях, тем выше его биологическая ценность. Влияние количества овсяной муки на реологические показатели теста приведены в табл. 4.3.

4.3. Результаты измерения вязкости вафельного теста Исследуемые после образцы замеса Контрольный, Па·с Рис. 4.4. Влияние количества вносимой овсяной муки Из рисунка 4.4 видно, что вязкость теста увеличивается пропорционально количеству вносимой овсяной муки. При внесении 40% овсяной муки происходит заметное увеличение вязкости во времени расхода теста, тогда как вязкость контрольного замеса, а также образцов теста с 10 и 20% овсяной муки стабильна во времени. Замена 30 и 40% пшеничной муки овсяной выводит значение вязкости вафельного тесте за рабочий диапазон (1,6...1,8 Пас) и возможна только при использовании технологических добавок, понижающих вязкость теста.

Для стабилизации реологических свойств вафельного теста с добавлением 30% овсяной муки исследовано влияние лимонной кислоты, углеаммонийной соли и ферментного препарата Альфамальт LQ на вязкость полуфабриката (табл. 4.4).

При добавлении лимонной кислоты происходит выделение диоксида углерода, углеаммонийной соли – аммиака, которые делают вафельное тесто менее вязким, но не выводят значения вязкости в желаемый интервал. Увеличение дозировок вносимых добавок для снижения вязкости приводит к заметному ухудшению органолептических показателей вафельных листов.

Добавление ферментного препарата Альфамальт LQ15080 приводит к гидролизу белка клейковины, препятствуя коагуляции протеина и снижению вязкости теста. Для снижения вязкости вафельного теста рекомендуется использовать ферментный препарат в концентрации 0,03 кг на 100 кг муки.

При реализации предложенной рецептуры на производстве рекомендуется использовать тесто в течение 15 мин после замеса, когда показатель вязкости является наиболее желательным для дозирования теста на формы для выпечки.

4.4. Результаты измерения вязкости вафельного теста Исследуемые Количество, % после 5 мин 10 мин 15 мин 20 мин 25 мин 30 мин образцы Кривые течения вафельного теста адекватно описываются уравнением Гершеля–Балкли. Установлено, что предельное напряжение сдвига для всех образцов теста близко к нулю, что связано с жидкой консистенцией вафельного теста. Наибольшие значения предельного напряжения сдвига наблюдаются у образцов теста с добавлением 40% овсяной муки. Индекс течения у всех образцов меньше 1, что характеризует вафельное тесто как неньютоновскую псевдопластичную систему.

Окончательные выводы о корректировке рецептур вафельного теста можно сделать только после изучения структурно-механических и органолептических оценок вафельных листов.

4.2. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ВАФЕЛЬНЫХ ЛИСТОВ