Разработка технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры, содержащего растительные масла

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ

КОНДИТЕРСКОГО ПОЛУФАБРИКАТА ПЕННОЙ СТРУКТУРЫ,

СОДЕРЖАЩЕГО РАСТИТЕЛЬНЫЕ МАСЛА

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и

и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,

плодоовощной продукции и

виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный	доктор технических наук, профессор
руководитель:
Официальные	доктор технических наук, профессор
оппоненты:	ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств»
	доктор технических наук, профессор
	Магомедов Газибег Омарович ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия»

Ведущая организация: кондитеры»

Защита состоится «___»___________ 2007 г. в ______часов на заседании диссертационного совета Д 212.148.03 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств» Москва, Волоколамское шоссе, ауд._____, корп. А.

Просим Вас принять участие в заседании диссертационного совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «МГУПП».

Автореферат разослан «___»____________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т.н., доц.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Мучные кондитерские изделия, в том числе торты и пирожные, представляют собой группу пищевых продуктов, пользующихся значительным спросом у потребителей. Они относятся к группе продуктов с высокой энергетической ценностью, что обусловлено, в первую очередь, высоким содержанием жиров (до 35 %), углеводов (более 50 %) и небольшим количеством белков, пищевых волокон, микронутриентов.

Составную часть тортов и пирожных – кремы – используют в качестве отделочных полуфабрикатов для прослойки и украшения. Кремы представляют собой пенную массу, получаемую путем взбивания сливочного масла, сливок или яичного белка с различными компонентами. В традиционных кремах используют сливочное масло, которое обладает рядом недостатков по сравнению с растительными маслами. Преимущества последних связаны с отсутствием в них холестерина и присутствием ненасыщенных жирных кислот, витаминов, фосфолипидов, стеринов в большем количестве, чем в животных жирах, что способствует лучшему перевариванию пищи и правильному обмену веществ в организме.

Существуют также импортные отделочные полуфабрикаты для тортов и пирожных, выпускаемые в виде водно-жировых эмульсий. На кондитерских предприятиях из этих полуфабрикатов путем взбивания получают готовый крем.

В последнее время значительно усилилась тенденция использования полуфабрикатов для производства кондитерских изделий. Шоколадная глазурь, жировые и фруктовые начинки, сиропы и др. выпускают специализированные предприятия. Это актуально, поскольку обеспечивает высокое качество, строгое соответствие требованиям стандартов, снижение себестоимости за счет больших объемов производства, а также сокращение технологического цикла.

Для создания научных основ новой технологии крема при разработке сложных дисперсных систем в виде эмульсий были использованы результаты работ , , S. Damodaran, R. J. Pugh и др. При разработке дисперсных систем в виде пенных масс за основу взяты исследования , , S. Hutzler, R. Phelan, D. Weaire и др.

Учитывая вышеизложенное, актуальной задачей является разработка отечественной технологии кондитерского полуфабриката, представляющего собой водно-жировую эмульсию, полученную на основе растительного масла, сахара, комплекса структурообразователей, из которой путем взбивания можно получить полуфабрикат пенной структуры (крем) для отделки тортов и пирожных. Это позволит расширить ассортимент мучных кондитерских изделий и интенсифицировать процесс приготовления отделочного крема.

Цель и задачи исследований. Цель настоящего исследования состояла в разработке технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры, предназначенного для отделки тортов и пирожных. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать характеристики масс пенной структуры, полученных на основе бинарных растворов казеината натрия с полисахаридами, обладающими структурообразующими свойствами: натрий-карбоксиметилцеллюлозой (Na-КМЦ), пектином и альгинатом натрия;

- определить показатели качества пен в многокомпонентной системе казеината натрия и смеси полисахаридов с помощью графо-аналитического метода;

- исследовать влияние сахара-песка на пенообразующую способность и продолжительность взбивания растворов казеината натрия и смеси полисахаридов;

- исследовать возможность использования растительного масла и обосновать его выбор для кондитерского полуфабриката пенной структуры;

- определить влияние соотношения растительного масла и ПАВ на стабильность и гранулометрический состав эмульсий на основе казеината натрия и полисахаридов;

- исследовать влияние температуры на пенообразующую способность и продолжительность взбивания эмульсии на основе казеината натрия и полисахаридов;

- разработать рецептуру и технологию кондитерского полуфабриката пенной структуры;

- на основании результатов исследования микробиологических, физических и реологических показателей обосновать срок годности кондитерского полуфабриката пенной структуры;

- проверить полученные результаты в условиях производства;

- обосновать экономическую эффективность разработок.

Научная новизна работы. Выявлено, что водные растворы казеината натрия с различными полисахаридами (Na-КМЦ, пектином и альгинатом натрия) обладают высокой пенообразующей способностью и могут быть использованы при получении кондитерских масс пенной структуры.

Предложена и подтверждена математическая зависимость пенообразующей способности и продолжительности взбивания исследуемых растворов от их состава и соотношения казеината натрия и смеси полисахаридов (Na-КМЦ, пектина и альгината натрия).

Определено влияние сахара на пенообразующую способность и продолжительность взбивания растворов казеината натрия и смеси полисахаридов (Na-КМЦ, пектина и альгината натрия). Для растворов без сахара обнаружен эффект синергизма, заключающийся в существенном повышении пенообразующей способности при совместном использовании полисахаридов с казеинатом натрия. В растворах с сахаром эффект синергизма отсутствует, продолжительность взбивания сокращается.

Установлена зависимость между содержанием жира в эмульсии и ее гранулометрическим составом. Выявлено, что эмульсия с 30 %-ной долей масла обладает более однородным и мелкодисперсным составом жировых капель по сравнению с эмульсиями, содержащими 20 и 40 % масла.

Раскрыто влияние температуры на пенообразующую способность и продолжительность взбивания эмульсии. Выявлено, что при понижении температуры эмульсии до 5 ºС достигается ее максимальная пенообразующая способность.

Определено превалирующее влияние физических и реологических показателей качества полуфабриката на срок годности по сравнению с микробиологическими показателями при условии введения консерванта.

Практическая значимость работы. Разработана технология кондитерского полуфабриката пенной структуры для отделки тортов и пирожных.

Предложены номограммы для прогнозирования состава рецептур кондитерских масс пенной структуры с использованием казеината натрия и смеси полисахаридов.

Разработана базовая рецептура кондитерского полуфабриката пенной структуры с повышенной по сравнению с традиционными кремами пищевой ценностью.

Разработан и получен патент на «Способ производства кондитерской кремово-сбивной массы и кондитерская кремово-сбивная масса, полученная этим способом» (патент РФ на изобретение № 000 от 01.01.2001 г.)

Ожидаемый удельный годовой экономический эффект от реализации кондитерского полуфабриката пенной структуры кондитерским предприятиям г. Москвы составит 22,1 тыс. руб./т.

Апробация работы. Основные результаты были представлены на VI международном семинаре «Кондитерское производство: новые подходы и решения» (М., МГУПП, 2001), V международной конференции «Торты и пирожные» (М., МПА, 2006), II международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов: современное состояние и перспективы развития» (М., МПА, 2007), международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» (М., МГУПП, 2007).

Разработки экспонировались на международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» (М., МГУПП, 2007).

Проведена промышленная апробация кондитерского полуфабриката пенной структуры на «Черемушки», , -32», и .

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ, которые отражают основное содержание диссертации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает: введение, обзор литературы, описание объектов и методов исследования, экспериментальную часть, выводы, список использованных источников (171 наименование, в том числе 94 зарубежных) и приложения.

Основной текст диссертации изложен на 130 страницах машинописного текста, включает 24 таблицы и 27 рисунков.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

Глава 1. Обзор литературы

В первой главе обобщены опубликованные научная информация и экспериментальные результаты по технологиям кондитерских полуфабрикатов пенной структуры. В обзоре литературы рассматриваются аспекты современного состояния научных исследований в области физико-химических свойств дисперсных систем (эмульсий и пен). Уделено внимание обсуждению методов количественного описания этих систем.

Выявлено, что в научно-технической литературе не систематизированы данные об образовании пенной структуры со сложной дисперсионной средой, характерной для кондитерских масс. В связи с этим сформулированы основные направления, цели и задачи исследований.

Глава 2. Объекты и методы исследований

При выполнении диссертационной работы исследования проводили в лабораториях кафедр «Технология кондитерского производства», «Биотехнология» ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств», в контрольно-аналитической производственной лаборатории -Интер» и в лаборатории .

2.1. Объекты исследований

При проведении исследований использовали: казеинат натрия ТУ , альгинат натрия ГОСТ , пектин ГОСТ 29186, карбоксиметилцеллюлозу ТУ 8, сливочное масло ГОСТ 37-91, кокосовое масло (Нидерланды), пальмовое масло (Малайзия), заменитель молочного жира (Индонезия), сахар-песок ГОСТ 21-94, консервант - сорбат калия, пищевой эмульгатор Е472е – эфиры моно - и диглицеридов диацетилвинной и жирной кислот; ароматизаторы пищевые ОСТ ; растворы с разным соотношением казеината натрия и полисахаридов (Na-КМЦ, альгината натрия и пектина); сахарные растворы с разным соотношением казеината натрия и полисахаридов (Na-КМЦ, альгината натрия и пектина); водно-жировую эмульсию, содержащую казеинат натрия, Na-КМЦ, альгинат натрия, пектин, сахар-песок, с различным соотношением кокосового масла и эмульгатора Е472е; кондитерский полуфабрикат пенной структуры, полученный взбиванием водно-жировой эмульсии, с разным содержанием консерванта – сорбата калия.

2.2. Методы исследований

При выполнении работы применяли общепринятые и специальные методы исследований свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

Структурная схема исследований представлена на рис. 1.

Температуру застывания жира измеряли на приборе Дженсена, используя стандартную международную методику.

Реологические свойства сырья, полуфабрикатов и готовых изделий изучали на ротационном вискозиметре «Реотест-2» и на приборе «Структурометр СТ-1».

Разработка технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры, содержащего растительные масла
	постановка задач исследования
	изучение объектов исследования
растворы казеината натрия и полисахаридов (Na-КМЦ, альгината натрия и пектина)		растительные масла (кокосовое, пальмовое масло, заменитель молочного жира) и сливочное масло
исследование пенообразующей способности и продолжительности взбивания бинарных растворов казеината натрия и полисахаридов (Na-КМЦ, альгината натрия и пектина)		исследование органолептических, физико-химических и реологических показателей качества масел
исследование пенообразующей способности и продолжительности взбивания растворов казеината натрия и смеси полисахаридов с добавлением сахара		рекомендации по выбору растительного масла
рекомендации по составу раствора казеината натрия и смеси полисахаридов
Исследование состава и свойств водно-жировой эмульсии для производства кондитерского полуфабриката пенной структуры
	изучение стабильности эмульсий с содержанием масла и эмульгатора
	определение гранулометрического состава эмульсий
	рекомендации по составу водно-жировой эмульсии
Разработка технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры на основе полученной эмульсии
	исследование пенообразующей способности эмульсии в зависимости от температуры и продолжительности взбивания
	изучение гранулометрического состава кондитерского полуфабриката пенной структуры
	изучение микробиологических, физических и реологических показателей качества полуфабриката пенной структуры в процессе хранения
	апробация технологии в условиях производства
	расчет экономической эффективности
Рис.1. Структурная схема исследований

Стабильность эмульсий определяли по сотношению объемов эмульсии после и до центрифугирования.

Величину пенообразующей способности рассчитывали как отношение увеличения объема смеси после взбивания к объему смеси до взбивания.

Массовую долю влаги сырья, полуфабрикатов и готовых изделий определяли ускоренным методом в сушильном шкафу.

Плотность рассчитывали по соотношению массы полуфабриката определенного объема к массе воды того же объема (волюмометрический метод).

Гранулометрический состав исследовали на приборе "Гранулометр ГИУ-1" методом гранулометрического анализа, разработанного на кафедре "Технология хлебопекарного и макаронного производств" МГУПП совместно с Центром прикладной физики МГТУ им. Баумана.

Размеры и однородность частиц дисперсной фазы эмульсий определяли методом микрофотографирования.

Микробиологические показатели качества готовых изделий оценивали по следующим параметрам:

- БГКП - методом выделения и определения количества бактерий группы кишечных палочек согласно ГОСТ ;

- КМАФАиМ - методом определения количества мезофильных, аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов по ГОСТ 10444.15-94;

- дрожжи и плесневые грибы - по ГОСТ .

Математическую обработку результатов исследований проводили с помощью программных пакетов MathCad и Excel.

Глава 3. Исследование характеристик масс пенной структуры на основе бинарных растворов казеината натрия и полисахаридов

В третьей главе представлены результаты исследований характеристик масс пенной структуры на основе бинарных растворов казеината натрия и полисахаридов. Массы готовили взбиванием растворов казеината натрия и полисахаридов (Na-КМЦ, альгинат натрия и пектин).

3.1. Исследование влияния состава раствора казеината натрия

и полисахаридов на пенообразующую способность

и продолжительность взбивания

На основании анализа фазовых диаграмм термодинамической совместимости определили соотношения казеината натрия и отдельных полисахаридов (Na-КМЦ, альгинат натрия и пектин), обеспечивающие их полную взаимную растворимость. На рис. 2 представлены результаты исследования пенообразующей способности водных растворов с разным содержанием казеината натрия и Na-КМЦ в зависимости от продолжительности взбивания при комнатной температуре.

Анализ полученных данных показал, что наибольшей пенообразующей способностью (400 %) обладал раствор, содержащий 3,5 % казеината натрия и 2,0 % Na-КМЦ. Минимальная продолжительность взбивания этого раствора составляла 120 с.

Рис. 2. Зависимость пенообразующей способности водных растворов казеината натрия и Na-КМЦ от продолжительности взбивания. Содержание казеината натрия и Na-КМЦ: 1 – 3,0 и 2,5 %; 2 - 3,5 и 2,0 %; 3 – 4,0 и 1,5 %; 4 - 5,0 и 1,0 %; 5 – 6,0 и 0,5 %

Как увеличение, так и уменьшение доли Na-КМЦ приводило к получению растворов с меньшей пенообразующей способностью. Вероятно, казеинат натрия и Na-КМЦ в оптимальном соотношении образуют комплексы, которые повышают пенообразующую способность за счет более прочных структурно-механических свойств межфазных слоев на границе раздела.

Аналогичные исследования пенообразующей способности проведены для бинарных растворов казеината и альгината натрия. Наибольшей пенообразующей способностью (268 %) обладал раствор, содержащий 6,5 % казеината натрия и 0,5 % альгината натрия. При этом продолжительность взбивания составляла 180 с.

Исследования пенообразующей способности и продолжительности взбивания бинарных растворов казеината натрия и пектина показали, что наибольшей пенообразующей способностью (350 %) обладал раствор, содержащий 4,5% казеината натрия и 0,5% пектина при продолжительности взбивания 180 с.

3.2. Исследование влияния сахара-песка на пенообразующую способность и продолжительность взбивания растворов казеината натрия

и смеси полисахаридов

Изучали водные растворы казеината натрия со смесями полисахаридов с целью выявления возможного эффекта синергизма и прогнозирования максимальной пенообразующей способности Y при продолжительности взбивания τ. Эксперименты планировали методом реализации симплекс-решетчатых планов III порядка с пятикратной повторностью для разного состава растворов.

Изучали пенообразующую способность казеината натрия и смесей различных полисахаридов без добавления сахара. Использовали 3 вида исходных белок-полисахарид-водных растворов с наибольшей пенообразующей способностью, изготовленных на основании полученных ранее соотношений для бинарных растворов. В качестве полисахаридов брали Na-КМЦ, пектин и альгинат натрия.

Растворы получали путем смешивания исходных растворов, содержащих казеинат натрия и отдельный полисахарид, в разных пропорциях. Для количественного определения пенообразующей способности вводили переменные x1, x2, x3, определяемые как:

, (1)

где mNa-КМЦ – масса Na-КМЦ; mп – масса пектина; mа – масса альгината натрия; mк – масса казеината натрия; mс – масса сахара-песка; mв – масса воды; M – масса исследуемого раствора; qi (i=1, 2, 3) – доли каждого из трех исходных растворов, выраженные в процентах:

. (2)

Из соотношений (1), (2) непосредственно следует, что

. (3)

Экспериментально определяли продолжительность взбивания исследуемых растворов τ, когда достигалось наибольшее значение пенообразующей способности Y при заданной концентрации компонентов.

Выявлено, что без сахара наибольшая пенообразующая способность (420 %) наблюдалась у раствора, содержащего равные доли трех исходных растворов (q1=q2=q3). Это подтверждало наличие эффекта синергизма. Продолжительность взбивания при этом составляла 140 с.

Затем в каждый исходный белок-полисахарид-водный раствор добавляли сахар-песок. При добавлении сахара эффект синергизма исчезал. В этом случае максимальная пенообразующая способность исследуемого раствора, содержащего равные доли трех исходных растворов, составляла 330 % при продолжительности взбивания 120 с.

3.3. Прогнозирование свойств многокомпонентных систем на основе

казеината натрия и смеси полисахаридов с использованием

графо-аналитического метода

Для анализа данных применяли графоаналитический метод, позволяющий исследовать многокомпонентные системы и прогнозировать их свойства.

Математическое описание поведения многокомпонентных систем представлено в виде неполного кубического уравнения:

(4)

где ZºY при определении пенообразующей способности;

Zº τ при определении продолжительности взбивания;

Ki (i=0, 1, …, 6) – искомые коэффициенты уравнения.

Результаты определения пенообразующей способности Y и продолжительности взбивания τ изображены на рис. 3. Значения коэффициентов Ki (i=0, 1, …, 6) в уравнении (4) представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов поверхностей отклика пенообразующей способности (Y) и продолжительности взбивания (τ) без добавления сахара

Характеристика	K0	K1	K2	K3	K4	K5	K6
Пенообразующая способность	2,39	1,35	-2,0×10-2	5,11×10-3	-8,20×10-3	-2,59×10-4	3,47×102
Продолжительность взбивания	-2,10	-9,0×10-1	3,0×10-2	-1,0×10-2	6,0×10-3	6,07×10-4	1,80×102

Проверку адекватности уравнения (4) проводили по F-критерию Фишера. Уравнение достоверно описывают результаты экспериментов при 95 %-ном уровне значимости. Значимость коэффициентов Ki проверяли по t-критерию Стьюдента. Найденные значения коэффициентов также статистически значимы при 95 %-ном уровне надежности. Величины коэффициента R2, равные 0,9997¸0,9998, показали, что выбор уравнений зависимости пенообразующей способности и продолжительности взбивания от состава белок-полисахарид-водного раствора в виде неполного кубического уравнения (4) является хорошей аппроксимацией.

Номограмма (рис. 3, а) представляет факторное пространство в виде равнобедренного прямоугольного треугольника, для которого значение переменной xi в соответствующей вершине треугольника (xi) составляет 100%. Точки внутри треугольника соответствуют исследуемому раствору x1+x2+x3, состоящему из трех исходных растворов.

Из рис. 3, а видно, что компоненты белок-полисахарид-водных растворов проявляли свойство синергизма, выраженное в значительном повышении пенообразующей способности Y (420 %), при совместном введении всех полисахаридов. Анализ результатов показал, что по степени влияния на пенообразующую способность исследуемых растворов с казеинатом натрия полисахариды можно расположить в следующей последовательности: пектин > Na-КМЦ > альгинат натрия.

Влияние состава белок-полисахарид-водного раствора на продолжительность взбивания τ представлено на рис. 3, б. Поверхность отклика времени τ характеризуется минимумом, тяготеющим к вершине треугольника, которая соответствует альгинату натрия. Наименьшей продолжительностью взбивания обладал раствор с пектином. Наибольшая продолжительность взбивания наблюдалась для раствора с Na-КМЦ (210 с).

КМЦ   Альгинат Na   Пектин   Пектин	КМЦ   Альгинат Na
Рис. 3. Контурные кривые поверхности отклика зависимости пенообразующей способности (а) и продолжительности взбивания (б) от состава белок-полисахарид-водного раствора. В качестве белка использован казеинат натрия, в качестве полисахаридов – Na-КМЦ (x1), пектин (x2) и альгинат натрия (x3)

Результаты определения пенообразующей способности Y и продолжительности взбивания τ белок-полисахарид-водно-сахарных растворов изображены на рис. 4 а, б. Полученные значения коэффициентов Ki, (i=0, 1, …, 6) в уравнении (4) представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значения коэффициентов поверхностей отклика пенообразующей способности и продолжительности взбивания с добавлением сахара

Характеристика	K0	K1	K2	K3	K4	K5	K6
Пенообразующая способность	8,0∙10-1	8,60∙10-1	5,20∙10-3	3,0∙10-2	-4,0∙10-4	-4,62∙10-4	2,68∙102
Продолжитель- ность взбивания	-6,0∙10-1	-1,20	0	-6,0∙10-2	1,20∙10-2	7,22∙10-4	1,80∙102

Добавление сахара-песка приводит к повышению поверхностного натяжения белок-полисахаридных растворов, что затрудняет их пенообразование и изменяет вид контурных кривых (см. рис. 3, а и 4, а). При добавлении сахара форма поверхности отклика Y близка к гиперболическому параболоиду. При этом экстремальная точка Y (330 %) является уже не максимумом, а седловой точкой: по направлению от пектина к Na-КМЦ эта точка – минимум, а в ортогональном направлении (к альгинату натрия) – она снова максимум.

Введение даже небольших количеств альгината натрия в белок-полисахарид-водно-сахарный раствор приводит к значительному снижению пенообразующей способности. По влиянию на пенообразующую способность казеината натрия при добавлении сахара, полисахариды можно расположить следующим образом: альгинат натрия < пектин < Na-КМЦ. Исходный раствор на основе казеината натрия и Na-КМЦ имеет максимальное пенообразование, как по сравнению с исходными бинарными растворами казеината натрия и отдельных полисахаридов, так и с исследуемым, содержащим казеинат натрия и смесь полисахаридов.

 

Рис. 4. Контурные кривые поверхности отклика зависимости пенообразующей способности (а) и продолжительности взбивания (б) от состава белок-полисахарид-водно-сахарного раствора при содержании сахара 13,5%. В качестве белка использован казеинат натрия, в качестве полисахаридов – Na-КМЦ (x1), пектин (x2) и альгинат натрия (x3)

Влияние состава белок-полисахарид-водно-сахарного раствора на продолжительность взбивания τ представлено на рис. 4, б. Эта величина (120 с) у исследуемого раствора по сравнению с белок-полисахарид-водным раствором меньше на 20 с. Точка минимума смещается в треугольнике к линии пектин – Na-КМЦ. При этом продолжительнось взбивания τ для исходного раствора, содержащего казеинат натрия, Na-КМЦ и сахар сокращается в 2 раза по сравнению с раствором, не содержащим сахар. Для исходного раствора с альгинатом натрия это время не изменяется, а для раствора с пектином – увеличивается.

Таким образом, без добавления сахара, в растворе казеината натрия и всех исследуемых полисахаридов существует эффект синергизма. При этом поверхность отклика Y обладает хорошо выраженным максимумом при практически равной концентрации всех исходных растворов с полисахаридами.

Добавление сахара изменяет влияние компонентов на пенообразующую способность. Для смеси с равными концентрациями исходных растворов снижение составляет примерно 25 %. Эффект синергизма исчезает. Добавление сахара не изменяет пенообразующую способность исходного раствора только с Na-КМЦ.

Кинетика пенообразования обладает синергизмом как в смесях без сахара, так и в сахаросодержащих смесях; добавление в однокомпонентный исходный раствор других полисахаридов всегда сокращает продолжительность взбивания τ.

Полученные результаты позволили распределить исследуемые полисахариды по степени влияния на пенообразующую способность и продолжительность взбивания. Эти данные можно использовать для прогнозирования показателей качества пен в многокомпонентной системе казеината натрия и смеси полисахаридов.

Глава 4. Разработка технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры на основе водно-жировой эмульсии

Четвертая глава включает результаты исследования по разработке технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры для производства тортов и пирожных, получаемого путем взбивания водно-жировой эмульсии. Обоснован выбор исходных ингредиентов для водно-жировой эмульсии, изучены стабильность и гранулометрический состав эмульсии; определены режимы ее взбивания.

4.1. Исследование органолептических, физико-химических

и реологических показателей качества растительных жиров

для производства кондитерского полуфабриката пенной структуры

Изучены органолептические, физико-химические и реологические показатели качества растительных масел - кокосового, пальмового и заменителя молочного жира. Проанализированы показатели качества по сравнению со сливочным маслом.

Установлено, что кокосовое масло по физико-химическим, реологическим показателям (температура полного плавления и кристаллизации, величина напряжения сдвига, консистенция, пластичность, время расслаивания эмульсии) превосходит сливочное масло и другие исследованные растительные жиры. Кроме того, в отличие от сливочного, кокосовое масло свободно от холестерина.

4.2. Исследование состава и свойств эмульсии для получения

Рис. 5. Стабильность эмульсий в зависимости от содержания кокосового масла и ПАВ

кондитерского полуфабриката пенной структуры

Исследовали состав и свойства эмульсий, содержащих казеинат натрия, смесь полисахаридов, сахар, различные количества растительного масла и ПАВ. Результаты исследования стабильности данных эмульсий с добавлением в них кокосового масла, представлены на рис. 5. Видно, что стабильность эмульсий с увеличением в них доли кокосового масла повышается более чем на 20 %. Однако в исследованном диапазоне содержания жира всегда наблюдалось расслоение и выделение водной фазы, т. е. во взятых количествах казеината натрия и

пищевых волокон, их поверхностно-активных свойств было недостаточно для получения стабильной эмульсии.

Для повышения стабильности эмульсии при хранении в течение нескольких месяцев в смесь (до ее гомогенизации) дополнительно вводили ПАВ - эмульгатор Е 472 е. На рис. 5 видно, что для повышения стабильности эмульсии, содержащей 20 % жировой фазы, с 36,7 до 100 % необходимо ввести 5 % ПАВ. В то же время для полной стабилизации эмульсий с содержанием жира 30 и 40 % достаточно введения 3 % ПАВ. С позиции количества вводимого эмульгатора эмульсии с большим содержанием жира являются предпочтительными. Однако 40 %-ное содержание жира приводит к образованию эмульсии вязкой консистенции, которое сопровождается гелеобразованием в системе. По-видимому, это результат того, что в ней содержится меньше воды и частицы дисперсной фазы вступают между собой во взаимодействие.

Для определения гранулометрического состава системы предварительно приготовленные стабильные эмульсии с содержанием жира 20, 30 и 40 % выдерживали 24 часа и подвергали анализу при комнатной температуре.

Множество частиц жира разбивали на группы, в которых линейные размеры r частиц не отличались друг от друга более, чем на 0,002 мм. Линейные размеры частиц r, мм, в i-той группе выражали в виде

r = ri ± 0,001, ri = 0,002 × i , i = 1,…,  

Для каждой группы подсчитывали число Ni содержащихся в ней частиц.

Таблица 4

Характеристики гранулометрического состава капель жира в эмульсиях

Массовая доля жировой фазы эмульсии, %	Всего частиц	Диапазон, в котором содержится ≥ 95 % частиц, мм	Доля частиц, размер которых превышает 0,1 мм, %	Доля объема эмульсии, занимаемого частицами, размером более 0,1 мм, %
20	1281	0,002¸0,020	0,78	26,61
30	4934	0,002¸0,008	0,02	6,76
40	9446	0,002¸0,010	0,06	13,54

Из данных, приведенных в табл. 4, следует, что в эмульсиях с 30 и 40 %-ной долей жирового компонента бóльшая часть частиц попадает в разряд мелких, поэтому эти эмульсии предпочтительнее по сравнению с эмульсией, содержащей 20 % жира. Эмульсия с 30 %-ным содержанием жира имеет существенные преимущества перед эмульсией с 40 %-ным содержанием жира, поскольку доля числа частиц размером более 0,1 мм в ней ниже.

На рис. 6 представлены характеристики жировой фазы эмульсии. В эмульсии с 30 %-ным содержанием жира присутствуют однородные по размеру мелкие частицы без вкрапления крупных капель жира, которые наблюдали в эмульсиях с 20 и 40 %-ным содержанием жира. Частотные распределения Ni = Ni (ri) в интервале размеров ri, содержащем 95 % частиц от их общего количества, аппроксимированы зависимостью

, (6)

Со- дер-жа- ние жира, %	Микрофотографии эмульсий (800-кратное увеличение)	Зависимости количества частиц жира определенного размера от размера частиц жира
20
30
40

Рис. 6. Характеристики жировой фазы эмульсий при различном содержании

кокосового масла

где C и b – коэффициенты для эмульсии с конкретным содержанием жировой фазы. Коэффициент b - фрактальная размерность - определяет структуру диспергированной фазы, характеризуя сдвиг распределения в сторону более мелких или более крупных частиц. Логарифмируя (6), получили

, . (7)

Значения коэффициентов a и b представлены на рис. 6. Экспериментальные значения распределения показаны на графиках. Наибольшей фрактальной размерностью b обладает эмульсия с 30 %-ным содержанием жира.

Эмульсия с 30 %-ным содержанием жира может быть рекомендована для рецептуры кондитерского полуфабриката пенной структуры, так как имеет наиболее однородный мелкодисперсный состав диспергированных частиц жира, по сравнению с другими исследованными эмульсиями.

4.3. Разработка технологических режимов получения кондитерского

полуфабриката пенной структуры

Исследования влияния температуры на пенообразующую способность эмульсии с 30 %-ным содержанием кокосового масла проводили при 5, 10, 15 °С. Результаты экспериментов представлены на рис. 7. С увеличением продолжительности взбивания значение пенообразующей способности повышается и в интервале с достигает наибольших величин. При понижении температуры от 15 °С до 5 °С значение Ymax увеличивается от 100 до 210 %.

Рис. 7. Зависимость пенообразующей способности эмульсии с 30 %-ным содержанием кокосового масла от продолжительности взбивания при разных температурах: 1 – 5 ºС, 2 - 10 ºС, 3 - 15 ºС

Выполненные исследования позволили разработать состав кондитерского полуфабриката пенной структуры для отделки тортов и пирожных, отличающийся низкой калорийностью, малой плотностью и длительным сроком хранения, а также технологические параметры его изготовления.

4.4. Исследование качества кондитерского полуфабриката

пенной структуры в процессе хранения

Для установления сроков годности были проведены микробиологические исследования взбитого полуфабриката в процессе хранения (120 часов) при различных температурах (4 и 20 ºС) и с разной дозировкой консерванта – сорбата калия (от 0 до 0,2 %). Определено, что при хранении полуфабриката в течение указанного срока и температуре 4 ºС без консерванта микробиологические показатели по КМАФАиМ ниже в 2,5 раза, чем предельные нормы СанПиН 2.3.2.1078-01. Содержание плесени и дрожжей в этом образце также не превышает предельно допустимых норм. Введение консерванта в количестве 0,1 % позволяет хранить взбитый полуфабрикат в течение 5 суток при температуре 20 ºС, обеспечивая его микробиологическую чистоту и безопасность. Поэтому установление сроков годности полуфабриката связано, в основном, с изменением физических и реологических свойств пенной структуры в процессе хранения.

Установлено, что в процессе хранения взбитого кондитерского полуфабриката в течение 120 часов, при температуре 4 ºС его влажность уменьшилась с 54,2 до 48,3 %, т. е. примерно на 11 %. Плотность полуфабриката возросла с 307 до 352 кг/м3 (около 15 %), что обусловлено оседанием пены и ее разрушением. Уплотнение полуфабриката в процессе хранения привело к изменению реологических характеристик – увеличению предельного напряжения сдвига и вязкости примерно на 20 %.

Следовательно, сроки годности кондитерского полуфабриката определяются не только микробиологическими показателями чистоты и безопасности, а, в основном, – физическими и реологическими показателями качества продукта.

Рис. 8. Сравнительная органолептическая оценка сливочного крема и кондитерского полуфабриката пенной структуры

Полученный полуфабрикат может быть использован в качестве отделочного крема для бисквитных и других видов тортов и пирожных, благодаря своим физико-химичес-ким, структурно-механическим и органолептическим свойствам, как альтернатива традиционному сливочному крему. В связи с этим, методом профилограмм была проведена сравнительная органолептическая оценка разработанного полуфабриката и сливочного крема. Результаты представлены на рис. 8. Кондитерский полуфабрикат пенной структуры менее сладкий и менее плотный из-за меньшего содержания сахара и большей доли воздушной фазы по сравнению со сливочным кремом. Использование казеината натрия и полисахаридов в рецептуре полуфабриката пенной структуры, содержащего кокосовое масло, увеличивает пищевую ценность продукта. Возрастает содержание белка, пищевых волокон, существенно снижается сахароемкость и энергетическая ценность продукта.

Глава 5. Промышленная апробация результатов исследований

Опытно-промышленная апробация производства тортов с кондитерским полуфабрикатом пенной структуры проводилась на «Черемушки», , -32», и .

Производственные проверки показали соответствие разработанных изделий по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям требованиям нормативной документации.

На основании проведенных исследований разработана операторная модель (рис. 9) и технология кондитерского полуфабриката пенной структуры для тортов и пирожных.

На рис. 10 представлена рекомендуемая машино-аппаратурная схема производства водно-жировой эмульсии для получения кондитерского полуфабриката пенной структуры.

Жир (кокосовое масло) нагревают до полного расплавления в темперирующей машине 1, затем перекачивают в смеситель 2, в который добавляют ПАВ (Е472е). Смесь перемешивают до полного растворения ПАВ.

Предварительно готовят водный раствор сахара и казеината натрия. Затем отбирают требуемое по рецептуре количество на приготовление трех отдельных растворов с Na-КМЦ, пектином и альгинатом натрия. В смесителе 3 данные растворы смешивают. Затем смесь нагревают до 40 ºС, медленно вводят жировую фазу и перемешивают-диспергируют в эмульсаторе 4.

В гомогенизаторе 5 полученную водно-жировую эмульсию гомогенизируют при давлении 150 Бар и температуре 40 ºС. Охлажденную в трубчатой охладительной колонке 6 до 30 ºС гомогенизированную эмульсию фасуют в торговую вакуум-тару объемом 1 л с помощью упаковочного автомата 7. Расфасованную водно-жировую эмульсию хранят при температуре 5 ºС.

Технологические режимы производства полуфабриката контролируются оператором и отражаются на мониторе компьютера 8.

Проведены маркетинговое исследование, оценка рынка сбыта, оценка конкурентоспособности продукции по качеству, расчет основных экономических показателей полученного кондитерского полуфабриката.

 

Рис. 10. Машино-аппаратурная схема производства водно-жировой эмульсии

для получения кондитерского полуфабриката пенной структуры

Выводы и рекомендации

Проведены комплесные исследования по разработке технологии кондитерского полуфабриката пенной структуры для отделки тортов и пирожных на основе кокосового масла, сахара и комплекса структурообразователей. На основании полученных результатов сделаны следующие выводы.

1.  Бинарные растворы казеината натрия с различными полисахаридами (Na-КМЦ, пектин и альгината натрия) могут быть использованы в качестве ингредиентов для получения кондитерских масс пенной структуры. Установлено, что по степени влияния на повышение пенообразующей способности казеината натрия при добавлении сахара полисахариды расположены в следующей последовательности: альгинат натрия < пектин < Na-КМЦ.

2.  Определена зависимость пенообразующей способности и продолжительности взбивания исследуемых растворов от соотношения казеината натрия и смеси полисахаридов (Na-КМЦ, пектина и альгината натрия), которая позволяет прогнозировать исследуемые показатели качества при разработке новых рецептур кондитерских масс пенной структуры.

3.  Изучен механизм пенообразования растворов казеината натрия и смеси полисахаридов (Na-КМЦ, пектина и альгината натрия) при добавлении сахара. Для растворов, не содержащих сахар, обнаружен эффект синергизма, заключающийся в том, что совместное использование полисахаридов существенно повышает пенообразующую способность по сравнению с каждым отдельным полисахаридом. При добавлении сахара эффект синергизма пропадает, продолжительность взбивания сокращается. Кинетика пенообразования обладает синергизмом как в растворах без сахара, так и в сахаросодержащих растворах. Добавление в бинарный раствор других полисахаридов всегда уменьшает продолжительность взбивания.

4.  Выявлена зависимость стабильности эмульсий от изменения концентрации растительного масла и эмульгатора. На основании физико-химических, реологических и органолептических показателей кокосового масла показана эффективность его использования в качестве жировой фазы эмульсии взамен традиционного сливочного масла и других исследованных растительных масел.

5.  Установлен гранулометрический состав эмульсий при разном содержании жировой фазы. Исследования стабильности эмульсий и гранулометрического состава жировой фазы показали, что оптимальная концентрация кокосового масла в эмульсии – 30 %. Дисперсная фаза данной эмульсии является наиболее однородной и мелкодисперсной и содержит более 95 % частиц размером 2-8 мкм.

6.  Определена пенообразующая способность и продолжительность взбивания эмульсии в зависимости от температуры. Выявлено, что при понижении температуры эмульсии до 5 ºС достигается ее максимальная пенообразующая способность – 210 %.

7. Обоснован срок годности торта с использованием кондитерского полуфабриката пенной структуры. Определено, что при хранении в течение 120 часов и температуре 4 ºС без консерванта, микробиологические показатели полуфабриката по КМАФАиМ, содержание плесени и дрожжей не превышает предельные нормы по СанПиН. Влажность полуфабриката при этом уменьшается на 11 %, а плотность увеличивается на 15 %. Выявлено, что введение консерванта в количестве 0,1 % позволяет хранить взбитый полуфабрикат в течение 5 суток, при температуре 20 ºС, обеспечивая его микробиологическую чистоту и безопасность.

8. Ожидаемый удельный годовой экономический эффект от реализации кондитерского полуфабриката кондитерским предприятиям г. Москвы составит 22,1 тыс. руб./т.

9. Разработанный отечественный кондитерский полуфабрикат пенной структуры позволит расширить ассортимент тортов и пирожных и повысит их конкурентоспособность.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1.  , Гуров эмульсии для приготовления крема // Кондитерское производство. Новые подходы и решения. Матер. VI междун. семинара, Москва, 28 мая-2 июня 2001 г. / МГУПП. – М., 2001. – С. 56-57.

2.  Гуров новых видов отделочных полуфабрикатов на основе водно-жировых эмульсий // Материалы пятой Международной конференции "Торты и пирожные–2006" / Международная промышленная академия, 27 февраля-2 марта 2006 г. – М.: Пищепромиздат, 2006. – С. 150-152.

3.  , , Грушникова натрия и пищевые волокна в кондитерских массах пенной структуры // Кондитерское производство№ 3. - С. 29-30.

4.  , , К вопросу оптимизации технологии производства крема эмульсионно-пенной структуры // Кондитерское производство№ 5. - С. 22-24.

5.  Гуров и полезные свойства функциональных сырьевых ингредиентов: белков, пищевых волокон, растительных жиров, использованных при разработке низкокалорийного отделочного полуфабриката для тортов и пирожных // Материалы второй международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов: современное состояние и перспективы развития» / Международная промышленная академия, 28-30 мая 2007 г. – М.: Пищепромиздат,2007. – С.106-108.

6.  , Гуров отделочный полуфабрикат для тортов и пирожных // Материалы пятой международной конференции «Технология и продукты здорового питания»/ МГУПП, 18-19 сентября 2007 г. – М.: МГУПП, 2007. - Ч. 2. - С. 136-140.

7.  Гуров срока хранения кремово-сбивного полуфабриката для кондитерских изделий // Хранение и переработка сельхозсырья№8. – С. 30-32.

8.  Патент РФ № 2 С1 А23G 3/52, A21D 13/08. Способ производства кондитерской кремово-сбивной массы и кондитерская кремово-сбивная масса, полученная этим способом / - Опубл. 27.02.2007. - Бюл. № 6.

Автор выражает глубокую признательность д. т.н., проф. , к. т.н., проф. , к. т.н. , за консультирование и помощь при выполнении работы.

Summary

Gurov A. V.

The development of technology of confectionary prepared food of foamy structure containing vegetable oils.

On the basis of foaming capacity of solutions sodium caseinate and polysaccharides (Na-CMC, sodium alginate and pectin), there has been shown the possibility of using them for preparing confectionary masses of foaming structure.

The influence of sugar on foaming capacity of these solutions was determined.

The dependence, characterizing the stability of emulsions with using of sodium caseinate and mix of polysaccharides, on content of oil and emulsifier were identified.

Quality levels of product during storage were studied, storage period was stated.

The home-developed confectionary prepared food of foamy structure will enable to expand the assortment of cakes and pastry and provide gain competitive edge.