Реологические свойства сбивных кондитерских масс

    Введение

    Не  секрет, что самыми любимыми лакомствами  для большинства населения являются зефир, пастила, суфле и другие сбивные  кондитерские изделия, включая комбинированные  конфеты типа сэндвич с суфлейными и мармеладными слоями 

    Однако  эта группа изделий относится  к наиболее сложным видам по причине  высоких требований к структуре  продукта, вкусовым качествам и срокам хранения. Создание и закрепление  мелкопористой пышной структуры  у зефира требует не только умелого  взаимодействия технологов и рабочих, жесткого соблюдения технологических  параметров, но и во многом определяются удачным подбором ингредиентов (пектина, агара, яичного белка) и их стабильностью по качеству.

    Зефир должен быть легким и воздушным, в  переводе с греческого зефир означает ветер. Получают его следующим образом. Дисперсионная среда, как правило, представлена золем. Золь – это сбитая смесь сиропа, белка и вещества, способного переходить в гелеобразное состояние (агар, пектин, желатин). В процессе сбивания в дисперсную среду вводятся пузырьки воздуха. В результате сбивания получается ячеисто-пленочная дисперсная система, образованная большим количеством пузырьков воздуха, разделенных тонкими пленками дисперсной среды. Система чрезвычайно неустойчива, и под давлением воздуха пленки лопаются, пузырьки объединяются, и пена оседает.

    Дисперсность  воздушных пузырьков во многом зависит  от вида пенообразователя. По мере стабилизации системы получается губчатая структура. Это и есть зефир, который мы привыкли видеть.

       В настоящее время становится особенно актуальна проблема качества зефира в связи с появлением новых видов продукта с начинкой и отсадкой зефира на печенье, а также с созданием сбивных кондитерских масс под давлением для получения более пышной структуры.

    Рассматриваемые массы характеризуются тем, что в их состав кроме сахара, патоки, фруктового пюре, агара, пектина и других компонентов входят пенообразующие вещества (преимущественно яичные белки). Изделия из них обладают пенообразной структурой, упрочненной студнеобразователями.

    Пены, как известно, являются ячеисто-пленчатыми дисперсными системами, образованными большим количеством пузырьков газа, разделенных тонкими пленками жидкости. В пенообразных кондитерских массах дисперсной фазой является воздух, а дисперсионной средой - сахаро-фруктово-белковый золь, способный переходить в гель. Пены в отличие от эмульсий - структурированные системы. Но под влиянием поверхностного натяжения и стекания жидкости пленки пены становятся более тонкими и самопроизвольно лопаются, пузырьки воздуха объединяются, пена коалесцирует. Для получения пены из растворов необходима затрата энергии для преодоления силы поверхностного натяжения сахаро-паточного раствора или яблочно-сахарной смеси.

    В кондитерской промышленности во многих случаях для введения в массы воздуха применяется сбивание. Для облегчения процесса сбивания и получения более устойчивых пен вводят поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхностях раздела фаз, понижают их поверхностное натяжение. Поверхностно-активные вещества, применяемые в кондитерской промышленности для изготовления пенообразных изделий, обычно называют пенообразователями. Наиболее распространенным пенообразователем в кондитерском производстве является белок куриных яиц.

    1 Реологические  свойства сбивных кондитерских масс

    1.1

       В разделе представлены особенности пенообразования сбивных кондитерских масс с различным соотношением рецептурных компонентов и их структурно-реологические свойства. Рассмотрена возможность расширения ассортимента пастило-мармеладных изделий с измененным углеводным составом за счет применения комплекса фруктозы и полидекстрозы.

       В настоящее время специалисты  кондитерской промышленности решают ряд  важных задач, касающихся расширения ассортимента продукции, повышения биологической ценности, снижения калорийности изделий, создания изделий функционального назначения. Одним из путей решения этих задач является применение новых видов сырья. Рынок ингредиентов для кондитерского производства постоянно развивается и обновляется. При выборе и использовании ингредиентов обращается внимание на возможность придания готовому продукту дополнительных полезных свойств. Особое внимание привлекают ингредиенты снижающие калорийность, т. к. разработка низкокалорийных кондитерских изделий стала активно развивающимся направлением в отрасли. Как новый ингредиент хорошо зарекомендовала себя полидекстроза. Благодаря своей высокоразветвленной структуре по технологическим свойствам полидекстроза очень похожа на сахарозу и успешно заменяет ее во многих рецептурах [1]. При этом энергетическая ценность полидекстрозы в 4 раза меньше сахарозы и она имеет низкий гликемический индекс. В последнее время интерес у технологов к полидекстрозе возрос из-за ее полифункциональности. Помимо влагоудерживающих, антикристаллизационных, стабилизирующих свойств полидекстроза проявляет свойства резистентных олигосахаридов и резистентных полисахаридов и обладает еще и физиологическими свойствами: протекторными, пребиотическими. Объединенный комитет экспертов по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ отнес полидекстрозу к добавкам, для которых не устанавливается допустимая суточная дозировка (ADI "net specified") [1, 2].

       Кондитерские  изделия на основе пенообразных масс - зефир, пастила, сбивные лукумы, сбивные конфетные массы, состоят из значительной доли воздушной фазы, обладают высокой степенью ее дисперсности. Объемная концентрация воздушной фазы повышает вкусовые качества кондитерских изделий, обеспечивает их легкую усвояемость, улучшает структуру, внешний вид изделий [3, 4]. В связи с уменьшением плотности продукта заметно уменьшается его сладость. Изделия пенообразной структуры, по сравнению с другими кондитерскими изделиями, характеризуются более низкой энергетической ценно стью и дополнительно физиологическими лечебно-профилактическими свойствами, благодаря пектинсодержащему сырью, входящему в их состав [4, 5].

       В современных условиях актуальным является проблема снижения сахароёмкости кондитерских изделий при сохранении их консистенции, т. к. сахар во многих изделиях является не только вкусовым наполнителем, но и структурообразующим компонентом [4].

       Объектом  исследований были сбивные кондитерские массы - высококонцентрированные системы с пространственной пенообразной структурой. Из-за сильно развитой поверхности раздела фаз пены являются термодинамически неустойчивыми системами и стремятся к самопроизвольному разрушению структуры. В сбивных кондитерских массах жидкие пленки, разделяющие пузырьки газа, образуют в совокупности сахаро-белково-фруктовый золь, способный переходить в гель. Благодаря механическим свойствам адсорбционной пленки структура пенообразных кондитерских изделий может сохраняться длительное время. Качество изделий пенообразной структуры обуславливается рецептурными факторами - присутствием и соотношением различных видов сырья, концентрацией пенообразователя и его природой, общей концентрацией сухих веществ в рецептурной смеси и технологическими параметрами: температурой, продолжительностью сбивания, а также способом получения массы, рН среды и другими факторами [6].

       Ранее проведенные экспериментальные исследования позволили установить соотношение фруктозы и полидекстрозы для пенообразных кондитерских масс, которое рассчитывалось исходя из их коэффициентов сладости так, чтобы изделия имели привычные для потребителя структуру и вкусовые свойства [7, 8].

       Целью исследования было изучение структурно-реологических свойств пенообразных кондитерских изделий с комплексом сахарозаменителей из фруктозы и полидекстрозы. При разработке рецептуры новых видов сбивных кондитерских изделий с использованием данного комплекса стремились сохранить основные характеристики контрольных образцов зефира "Бело-розовый" и сбивной массы "Суфле". Сбивание рецептурных смесей проводилось на экспериментальной установке диспергационным способом [2]. Подготовка пектиновой и белковой смесей, клеевого сиропа осуществлялась традиционным способом, заменяя при этом сахар на комплекс из фруктозы и полидекстрозы.

       Для изучения процесса пенообразования  определяли основные качественные показатели пенообразных масс. Физико-химические, реологические изменения, происходящие в процессе приготовления сбивных масс, в значительной степени зависят от свойств пектиновой смеси, так как они определяются свойствами углеводсодержащего сырья и отражают те изменения, которые претерпевает пектин в процессе набухания и растворения. Реологические свойства пектиновой смеси влияют на дальнейшие стадии технологического процесса, особенно на процесс пенообразования, студнеобразования и свойства готовой продукции - плотность, объемную концентрацию воздуха, дисперсность.

       Изучение  вязкостных свойств пектиновых смесей для зефира (рис. 1) и сбивных масс (рис. 2) показало, что замена рецептурного количества сахара на фруктозу и полидекстрозу, незначительно влияет на изменение вязкости исследуемых систем.  
 
 
 
 
 
 
 

       Рис.1. Вязкость пектиновой смеси для зефирной массы:

1. – на сахарозе, 2 – на фруктозе, 3 – на фруктозе с полидекстрозой.

       Рис.2. Вязкость пектиновой смеси для сбивных  масс:

1. – на сахарозе, 2 – на фруктозе, 3 – на фруктозе с полидекстрозой.

       Характер кривых течения говорит о псевдопластичности пектиновых смесей. С увеличением градиента скорости сдвига эффективная вязкость их уменьшается. При малых скоростях сдвига пектиновые смеси для зефирных и сбивных масс обладают текучестью и способностью к восстановлению. С увеличением скорости деформации, набухшие частички пектина разворачиваются и постепенно ориентируются своими осями вдоль направления потока.

       Хаотичное движение частиц меняется на упорядоченное, что ведет к уменьшению вязкости смеси. Закономерность течения пектиновой смеси для сбивной массы аналогична характеру изменения вязкости смеси для зефирной, однако значительная разность вязкостных свойств этих масс предопределена соотношением рецептурных компонентов (табл. 1).

      Таблица 1 – Соотношение рецептурных компонентов

      Большая массовая доля рецептурного количества пектина, а также яблочное пюре, дополнительно  содержащее пектиновые вещества, пищевые  волокна, обуславливают высокую вязкость зефирной массы. Вероятно, происходит агрегирование гидрофильных молекул пектина, образование длинных и мощных нитей, что придает массе эластичность, снижает ее текучесть. Разрушение структуры пектиновых смесей для зефира происходит при скорости сдвига Dr = 6,2 с^-1, а для сбивной массы при Dr = 4 с^-1. Наименьшей вязкостью обладают пектиновые смеси на фруктозе. Растворы полидекстрозы обладают несколько большей вязкостью по сравнению с растворами сахарозы. Полидекстроза связывает воду, снижает ее активность и препятствует потере влаги, поэтому замена части фруктозы на полидекстрозу приводит к повышению вязкости пектиновых смесей (рис. 1, 2). На всех кривых течения условно можно отметить три зоны течения исследуемых систем:

• зона начала течения с наибольшей эффективной вязкостью (Dr = 1-9 с^-1 - пектиновые смеси для зефирных масс, Dr = 1-1,8 с^-1 - пектиновые смеси для сбивных масс);
• зона лавинного разрушения структуры (Dr = 916,2 с^-1 - пектиновые смеси для зефирных масс, Dr = 1,8-4 с^-1 - пектиновые смеси для сбивных масс);
• зона ньютоновского течения с постоянной вязкостью предельно разрушенной структуры (Dr > 16,2 с^-1 - пектиновые смеси для зефирных масс, Dr > 4 с^-1 - пектиновые смеси для сбивных масс).

      Рекомендуемые скорости механического воздействия  на эти системы не должны превышать  указанные значения, при которых  происходит разрушение структуры. Процесс  пенообразования представляет собой  насыщение воздухом подготовленной смеси рецептурных компонентов  при интенсивном перемешивании, во время которого воздух захватывается и дробится на мелкие пузырьки. Постепенно образуется густая пена, представляющая собой двухфазную систему газ-жидкость, где дисперсной фазой является воздух, а дисперсионной средой - раствор сахара, патоки, кислоты и студнеобразователя [9]. Из-за сильно развитой поверхности раздела фаз пены являются неустойчивыми системами и стремятся к самопроизвольному разрушению. Белок, входящий в рецептуру пенообразных кондитерских масс способствует повышению устойчивости и стабилизации пен. Его пенообразуюшая способность зависит от многих факторов, одним из которых является содержание в растворе углеводов [10]. Исследование влияния углеводной составляющей на пенообразующую способность белка показало, что замена сахарозы на фруктозу способствует увеличению объема пены, но ее устойчивость снижается (рис. 3).

        Рис.3.Диаграмма  пенообразующей способности (а) и пеноустойчивости (б) белка: 1 – с сахарозой, 2 – с фруктозой, 3 – с фруктозой и полидекстрозой. 

      Очевидно, это обусловлено тем, что воздушные пузырьки, под действием силы поверхностного натяжения, стремятся слиться и образовать более крупные, а дисперсность воздушной фазы значительно уменьшается. Полидекстроза, повышая механическую прочность поверхностной пленки, окружающей воздушные пузырьки, препятствует ее разрушению, снижая пенообразующую способность и повышая устойчивость пены (рис. 3).

       Пена, образованная белком с комплексом из фруктозы и полидекстрозы, отличается большей устойчивостью и дисперсностью воздушных пузырьков, их более равномерным распределением. В начальный период сбивания одновременно протекают процессы образования и деления пузырьков, система интенсивно насыщается воздухом. Это приводит к резкому увеличению объемной концентрации воздуха и снижению плотности массы (рис. 4, 5). Достигнув максимального значения, объемная концентрация воздуха незначительное время остается постоянной, после чего постепенно уменьшается. Дальше происходит интенсивное деление пузырьков воздуха и их разрушение.