1.5.6. Структурообразователи в производстве мороженого
Формирование структуры мороженого начинается уже при изготовлении смеси. Именно в этот период очень важно правильно подобрать стабилизирующие компоненты для мороженого.
В связи с постоянным увеличением ассортимента импортного мороженого для отечественных производителей на первое место встает вопрос качества продукции. Среди факторов, определяющих качество мороженого (рецептура, качество сырья, оборудование, условия хранения и транспортирования) важная роль принадлежит структурообразователям — веществам, позволяющим обеспечить мороженому высокие потребительские и структурно-механические свойства. Используемые в производстве мороженого структурообразователи должны отвечать следующим требованиям: обладать хорошими эмульгирующими и пенообразующими свойствами; стабилизировать пену и жировую эмульсию: образовывать гладкую структуру: замедлять рост кристаллов льда и таяние мороженого; предотвращать разрушение структуры при длительном хранении.
Первый этап создания мороженого — получение устойчивой эмульсии типа масло/вода. Известно, что молочный белок — прекрасный эмульгатор, и то количество белка, которое присутствует в мороженом, достаточно для создания такой эмульсии. Датская фирма «Палсгаард» производит комплексные добавки, содержащие все необходимые ингредиенты для создания высококачественного мороженого. Особенностью таких добавок является то, что их получают не простым механическим смешиванием нескольких компонентов. а созданием интегрированных смесей, обеспечивающих равномерное распределение в них каждого вещества. Создание высокодисперсной эмульсии могут выполнять такие структурообразователи, как альгинат натрия, карбоксиметилцеллюлоза. Однако при создании высококачественного мороженого важно присутствие в нем свободного жира. В отличие от других эмульгаторов моно — и дигле — цириды обладают способностью «протыкать» протеиновые мембраны. Через образующиеся в мембранах отверстия выходит свободный жир. Именно этот жир и создает ощущение «сливочности» и «жирности» в мороженом. С точки зрения органолептической оценки допускается содержание в мороженом свободного жира не более 30%. Дальнейшее увеличение свободного жира приводит к его коатесцен — ции, что проявляется в таком пороке, как крупитчатость, а при содержании в мороженом свободного жира менее 10% получить хорошую взбиваемость и высокие вкусовые качества не удается. Свободный жир, помимо вкусовых ощущений, обеспечивает также стабилизацию воздушной системы, образующейся при фризеровании смеси. Частицы свободного жира окружают воздушные пузырьки и препятствуют их разрушению. В свою очередь устойчивость воздушного геля обусловливает низкую температуру плавления и наилучшие структурно-механические свойства мороженого. Следует отметить, что присутствие моно — и диглицеридов необходимо при производстве только жирного мороженого.
Стабилизаторы улучшают консистенцию мороженого, снижают скорость таяния при комнатной температуре, замедляют рост кристаллов льда, увеличивают вязкость и взбиваемость, повышают дисперсность воздушных пузырьков. Наилучшими связывающими способностями обладают агар, альгинат натрия и метилцеллюлоза (у желатина и картофельного крахмата связывающая способность значительно ниже). Важно также отметить, что при одинаковых дозировках альгинат натрия обеспечивает размеры кристаллов льда в 2 раза меньшие, чем желатин, и в десятки раз меньшие, чем крахмат. Наряду с альгинатом натрия используются также каррагинаты, выполняющие функции за1устителя, улучшающие внешний вид и консистенцию готового продукта. Установлено, что совместное использование каррагинана с другими гидроколлоидами придает системе высокие функционально-технологические свойства, улучшает структуру мороженого. Например, смешивание йота-каррагинана и камеди семян рожкового дерева увеличивает адгезионную способность коллоидного продукта, снижает степень синерезиса.
В результате фризерования в мороженом образуется еще одна среда — пена. Устойчивость пен. как и эмульсий, обеспечивается стабилизаторами, поэтому при выборе добавок для мороженого необходимо учитывать их пенообразующие свойства. На устойчивость пен, помимо таких факторов, как температура и рН, влияет вязкость среды. Повышение вязкости всегда увеличивает устойчивость пены. Однако не все загустители, образующие высоковязкие растворы, являются хорошими стабилизаторами: например, агар — хороший студнеобразователь. но неэффективный стабилизатор эмульсий.
Крахмал широко используется в производстве мороженого, обладает низкими эмульгирующими и пенообразуюшими свойствами. Введение в крахмал карбоксиметильных групп улучшает его структурообразующие свойства.
Фирма «Палсгаард» в качестве загустителей используют гидроколлоиды из семян — растительные структурообразователи полиса — харидной основы, такие, как мука бобов рожкового дерева, гуаровая мука.
Ю. А. Оленев исследовал следующие стабилизаторы: крахмал картофельный и кукурузный, желатин, атьгинат. агароид. казеинат натрия, мука пшеничная, карбоксимегилцеллюлоза, пектин свекловичный; по эффективности пенообразования они выстраиваются в следующий ряд: альпшат, агароид, мука пшеничная, желатин. По эмульгирующей способности этот ряд выглядит следующим образом: карбоксиметилцеллюлоза, альпшат, агароид, мука пшеничная.
Растворы альгината натрия, по сравнению с растворами других стабилизаторов, требуют меньшего градиента сдвига падения вязкости раствора, что очень важно при прохождении смеси через пастеризаторы и гомогенизаторы. При гомогенизации эмульгатора некоторые стабилизаторы и протеины молока адсорбируются на мембранах капелек масла и создают новые мембраны, которые эффективно предотвращают объединение масляных шариков и флокуляцию. Альгинат управляет концентрацией ионов кальция вокруг масляных капелек, которые, в свою очередь, управляют стабильностью эмульсии. Следует отметить, что альгинат натрия обладает хорошей сорбирующей способностью по отношению к токсичным солям тяжелых металлов и радионуклидам.
Альгинат натрия попадает в организм с пищей и образует в желудочно-кишечном тракте нерастворимые соединения с ионами тяжелых металлов и радионуклидами, выводя их из организма. При этом альгинат натрия не нарушает баланса жизненно важных элементов в организме (натрий/калий/кальций), обладает высокой избирательностью сорбции, не снижая концентрации витаминов, белка, железа в организме.
Фирма «Келко» (Великобритания) предлагает стабилизатор азь — гинад МЯЬ, состоящей из альгината натрия и карбоксиметиллцел — люлозы. На основании проведенных исследований было доказано, что атьгинат натрия предотвращает появление кристаллов льда в мороженом после закатки. Мороженое получается с хорошими, мягкими вкусовыми качествами, не обладает сушащим горло эффектом, приобретает стойкий аромат сливочного мороженого. Помимо этого мороженое с альгинадом MRE медленно тает, не содержит комков, пустот и имеет ровную плотную консистенцию, в процессе хранения не образуется снежистость структуры мороженого. Стабилизационная система альгинад MRE имеет хорошие связующие свойства: связывает около 95% влаги и удерживает ее длительное время. При изготовлении мороженого эскимо улучшается прилипаемость шоколадной глазури, т. е. адгезия.
Комплексные стабилизаторы-эмульгаторы (КСЭ) фирма «Квест» (Нидерланды) предназначены для использования в производстве различных видов мороженого. Используемые в составе КСЭ гидроколлоиды (гуаровая камедь, каррагинан, камедь рожкового дерева, альгинат натрия, агары, карбоксиметилцеллюлоза) по происхождению является полисахаридами. Такие комбинации гидроколлоидов обеспечивают не только стабильность смеси, но значительно улучшают показатели скорости таяния мороженого. В мороженом, приготовленном из хорошо гомогенизированной смеси, размер жировых шариков не превышает 2 мкм, кристаллов льда от 10 до 75 мкм, воздушных пузырьков от 10 до 150 мкм. Проведенные реологические исследования во ВНИХИ показали, что при одном и том же градиенте сдвига на срез (Па) эффективная вязкость гелей с каррагинаном выше, чем у желатина и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, соответственно, в 6 и 2 раза. Для повышения пенообразующей способности в смесях мороженого при использовании каррагинана важно наличие белка. Именно белки способны понижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз раствор стабилизатора/воздух и тем самым способствовать стабилизации воздушной фазы в мороженом. Пена, образуемая белками, характеризуется механической неустойчивостью, поэтому для ее стабилизации необходимо использовать гидроколлоиды.
Исследования, проведенные Н. Ш. Кулиевым и К. Х. Мажидо — вым, подтверждают целесообразность использования в качестве стабилизаторов при производстве мягкого мороженого яблочного и морковного пюре. Сопоставимый анализ влагосорбционной способности измельченных яблок и моркови, а также крахмала картофельного желирующего (ККЖ) с яблочным соком позволяет сделать заключение о том, что по сорбционным характеристикам исследуемые фруктово-овощные стабилизаторы близки к свойствам традиционно используемого ККЖ с яблочным соком.
Анатиз научно-технической литературы показал, что до настоящего времени отечественные изготовители мороженого не сумели оценить технические преимущества глюкозы и глюкозных сиропов.
Известно, что сахароза и сахариды, входящие в состав сахари — досодержаших компонентов, по-разному влияют на криоскопиче — скую температуру смесей мороженого: чем меньше молекулярная масса, тем более низкой будет криоскопическая температура смеси. В производстве мороженого важно как можно больше выморозить влаги в процессе фризерования. Оптимальной считается доля вымороженной влаги 50% в традиционных видах мороженого. При низких температурах в результате вымораживания воды сахароза существует в перенасыщенных растворах. Возникает опасность ее кристаллизации, что приводит к дополнительной кристаллизации влаги и нарушению структуры продукта. Многие сахаридосодержащие продукты, в том числе и фирмы «Амилум Групп» (Бельгия), из-за особого строения своей молекулы препятствует кристаллизационным процессам. Так, применение «Меритозы-200», содержащей 99.8% глюкозы, в определенных количествах дает возможность увеличить массовую долю невымороженой влаги и способствовать тем самым созданию в мороженом более мягкой структуры, что важно в период формирования (фасования) мороженого и его длительного хранения.
В работе Ю. А. Оленева отмечается, что в связи с перенасыщенностью раствора сахарозы в мороженом на молочной основе, особенно при температурах -25^-30 °С существует реальная возможность образования ее кристаллов, однако на практике этого не происходит из-за высокой вязкости раствора. Наибольшая вероятность кристаллизации сахарозы — в плодово-ягодном мороженом. В связи с этим подтверждается целесообразность превращения части сахарозы в инвертный сахар.
Зарубежные исследователи установили, что при использовании сахари дос о держащих компонентов не следует изменять криоскопи — ческую температуру смесей более чем на 0,5 °С и отдавать предпочтение совместному использованию сахарозы и сахаридосодержащих компонентов.
При производстве мороженого в России используют растительные жиры зарубежного производства. Важным аспектом применения растительного масла торговой марки «Акобленд Микс» является перспектива производства мороженого с пониженным содержанием холестерина. «Акобленд Микс» представляет собой 100% деодорированный растительный жир, содержащий лауриновую кислоту. Температура его плавления 32 °С. По данным Института питания РАМН, замена 8-9% молочного жира из 10% на «Акобленд Микс» приводит к снижению содержания холестерина на 17,5-20 мг в 100 г мороженого, кроме того, улучшается качество жирового компонента мороженого в результате увеличения соотношения ненасыщенных и насыщенных жирных кислот.
Выпускается сливочное мороженое с каротином в шоколадной глазури, одна порция которого способна удовлетворить суточную потребность человека в витамине А.
Рядом европейских стран большое внимание уделяется экологической чистоте исходных продуктов, идущих на производство мороженого. Разрабатываются новые сорта экологически чистого мороженого, проводятся исследования по замене сахара медом, с использованием липового, цветочного, рапсового меда, собранного в экологически чистых районах. Ароматические вещества должны быть натурального происхождения, не иметь химических примесей.
Британские исследователи установили, что входящие в мороженое ингредиенты влияют на содержание серотонина и тем самым нейтрализуют пагубное воздействие стрессов на человека.
Особый интерес, с точки зрения анализа долгожительства, представляет содержание триптофана в пище. Эксперимент&шьная проверка дефицитных по триптофану диет показала, что у животных снижается уровень серотонина во многих отделах головного мозга, происходит задержка процессов роста, развития и старения, увеличивается продолжительность жизни. Подобный эффект авторы связывают с недостатком триптофана в качестве предшественника серотонина. Вместо с тем, количество серотонина в мозговой ткани может быть снижено не только при дефиците триптофана в пище, но и при нормальном его содержании на фоне повышения содержания в пище незаменимых аминокислот, таких, как лейцин, изолейцин, тирозин, фенилаланин.
В мороженом молочный жир находится в виде мельчайших жировых шариков, окруженных липопротеиновыми оболочками. Белки оболочек жировых шариков отличаются повышенным содержанием таких незаменимых аминокислот, как аргинин, фенилаланин. треонин. Благодаря тонкодисперсному состоянию жира, облегчается его усвояемость, что увеличивает пищевую ценность мороженого.
Некоторые исследователи даже рискуют прослеживать прямые зависимости между средней продолжительностью жизни и потреблением мороженого на душу населения. Так, в 1995 г. при потреблении 1,5 кг мороженого на душу населения продолжительность жизни снизилась до 65 лет у женщин и 58 лет у мужчин. В 1997-98 гг. когда потребление мороженого выросло до 1.95 кг, продолжительность жизни увеличилась на 1-3 года.
Анализируя приведенные материалы, можно сделать следующие выводы:
1) На формирование структуры и качественной характеристики — консистенции мороженого влияют не только технологические процессы и условия их проведения, но и содержание в смеси мороженого влаги, жира, лактозы, воздуха и стабилизатора. Различные соотношения этих компонентов в мороженом и выбор режимов технологической обработки позволяют регулировать консистенцию продукта. оцениваемую структурно-механическими характеристиками (СМХ) на каждом этапе его производства.
2) На величину СМХ в первую очередь будет влиять количество влаги и формы ее связи. Например, в процессах холодильной обработки и хранения продукта влага в значительной степени обусловливает качественные характеристики мороженого, такие как вкус, структура и консистенция. Соотношения количества влаги различной формы связи и ее превалирующего вида влияют на величину криоскопической температуры и формирование кристаллов льда, а следовательно на структуру и СМХ мороженого. Знание величин криоскопической температуры для различных видов мороженого и зависимости их от его химического состава позволит прогнозировать рациональные режимы охлаждения, замораживания и хранения, а изучив кинетику изменения СМХ — контролировать их.
3) Содержание лактозы также влияет на размер образования ее кристаллов, особенно в процессе хранения мороженого, а следовательно, и на его качественные характеристики.
4) Качество мороженого, особенно его консистенция, будет зависеть от содержания в нем жира и размеров образующихся шариков, на величину и количество которых влияют давление и температура гомогенизации смесей. Для обоснования и контроля рациональных режимов гомогенизации смесей мороженого необходимо знать кинетику изменения СМХ в зависимости от их химического состава и параметров гомогенизации. При этом установлено, что размер жировых шариков меньше при использовании сливок и цельного молока (например, технология Баскин Робби не), чем при использовании сливочного масла (отечественная технология). Кроме этого, содержание жира влияет на взбитость продукта, при этом с его увеличением до определенного рационального предела улучшается диспергирование воздушных пузырьков, уменьшается размер кристаллов льда, стабилизируется структура. Дальнейшее увеличение содержания жира ведет к ухудшению взбиваемости. Дисперсность жировой эмульсии в мороженом зависит от COMO, состава солей, условия гомогенизации, продолжительности и температурного режима выдержки смеси перед фризерованием. Все рассмотренные величины и параметры обработки будут влиять на величины СМХ продукта, которые практически не изучены.
5) Качество мороженого зависит от выдержки смеси, а также от насыщения ее воздушными пузырьками в процессе фризерования и их дисперсности. Стабильность воздушных пузырьков зависит от содержания свободного жира и СМХ смеси мороженого после фризерования. От состояния воздушной фазы зависит структура мороженого при хранении, а следовательно и величины СМХ.
6) Формирование структуры мороженого начинается при изготовлении смеси, в результате фризерования смеси образуется не только эмульсия, но и пена, устойчивость которых обеспечивается стабилизаторами и зависит от ее температуры. рН и вязкости. От вида и количества добавляемого стабилизатора зависит качество мороженого. Стабилизаторы снижают скорость таяния мороженого при комнатной температуре, увеличивают вязкость и взбиваемость. повышают степень дисперсности.
Рассмотренный всесторонний анализ литературы связанной с производством мороженого и рассмотрение различных мнений на изменения структур и качественных свойств мороженой смеси и готовой продукции от различных технологических факторов позволит студенту и аспиранту определить тему дипломной или диссертационной работы.
Таким образом, для конструирования новых видов мороженого, в том числе и лечебно-профилактического, с заданным химическим составом и качеством, оцениваемого СМХ, необходимо знать не только кинетику их изменения на всех стадиях производства, но и эталонные величины, которые позволят контролировать оптимальные процессовые режимы, что обеспечит стабилизацию качества готовой продукции. Структура мороженого в процессе его производства изменяется. При приготовлении смеси мороженого она представляет собой вязкую структурированную систему с незначительным предельным напряжением сдвига (ПНС), приближающуюся к ньютоновской сильно вязкой жидкости. После фризерования смеси она становится вязко-пластичной системой с определенными значениями ПНС, а после закачивания мороженого его структура приближается к твердому телу, величина ПНС при температуре -30 °С достигает значений до 100 кПа. Поэтому необходимо: в первую очередь изучить: методологию определения СМХ на всех этапах производства мороженого с учетом его структуры; выбрать наиболее перспективную группу СМХ, а из нее конкретные характеристики, позволяющие контролировать качество и рациональные режимы каждого процесса: выдержку, фризерование, закаливание и др.; рассмотреть существующие методы и конструкции приборов для измерения СМХ вязких, вязко-пластичных и упруго-эластичных продуктов и материалов и выбрать наиболее перспективные для измерения реологических свойств мороженого.