Эмульгаторы в составе шоколадной и кондитерской глазури Эмульгаторы в составе шоколадной и кондитерской глазури

Эмульгаторы в составе шоколадной и кондитерской глазури

Общепринятое название высококачественного природного эмульгатора и по­верхностно-активного вещества (ПАВ) — лецитин. Его промышленное применение началось почти 50 лет назад, и за это время лецитин оказал существенное влияние на развитие пищевой промышленности, особенно на производство шоколада.
Леци­тин присутствует во всех животных и растительных тканях (больше всего в яичном желтке — 8-10%). В сливочном масле лецитина 0,5-1,2%, а при его производстве из соевого масла, которое является в настоящее время главным и самым дешевым ис­точником растительного лецитина, выход лецитина составляет 2,5%.
Лецитин растительного происхождения в современном промышленном виде представляет собой ценную пищевую добавку. Его используют как при изготовле­нии пищевых продуктов (шоколада, маргарина, растительных жиров, быстрорас­творимых порошков для приготовления напитков, выпечных изделий), так и при производстве красок, резины, пластиков и косметики.
Объемы применения этого эмульгатора многократно возросли после разработ­ки технологии извлечения лецитина из соевого масла — его производство из этого источника оказалось более чем в 100 раз дешевле получения лецитина из яичного желтка.
Благодаря своей молекулярной структуре промышленный лецитин обладает липофильными и гидрофильными свойствами, что обусловливает его выдающиеся качества как эмульгатора и смачивающего агента.
         Виды растительного лецитина Соевый лецитин
Соевый лецитин получают из бобов сои путем выщелачивания растворителем на установках непрерывного действия. Раствор выпаривают и лецитин осаждают от неочищенного масла с помощью пара и воды. Осадок центрифугируют, а остаточ­ную влагу удаляют вакуумной сушкой. В результате применения такой технологии получается продукт светло-коричневого цвета, содержащий около 65% фосфатидов, нерастворимых в ацетоне, и осадок (главным образом из соевого масла). Путем выбора соответствующего растворителя и способа дегуммирования можно повы­сить качество и уменьшить горечь сои, однако наибольшую степень очистки дает обработка ацетоном. Ацетон удаляет осадочное соевое масло, а также другие неже­лательные ароматы и стерины, но фосфатиды остаются в нерастворимом виде и подвергаются повторному растворению в какао-масле или другом растительном масле.
В некоторых случаях изделия должны быть светлого цвета, и тогда используют отбеливающие вещества — перекиси водорода и бензоила. Все большее применение находят обезжиренные фосфатиды (особенно в качестве пищевой добавки), но в них должно содержаться 2-3% жира, так как при полном обезжиривании они быст­ро портятся, окисляются и становятся нерастворимыми.
Хотя на рынке имеются очищенные и обесцвеченные формы лецитина, боль­шинство промышленных видов лецитина включают «носитель» (соевое масло). Первоначально этот носитель был пластичным, но в настоящее время он присутст­вует в жидкой форме, которая лучше растворима и поддается механическому пере­мешиванию.
Примерный состав промышленного лецитина:
Соевое масло, %

35

Химический лецитин, % (фосфатидилхолин)

18

Цефалин, % (фосфатидил этаноламин)

15

Инозитфосфатиды, %

11

Другие фосфолипиды и полярные липиды, %

9

Углеводы (стерин глюкозид), %

12

Инозит, мг/г

14

Холин, мг/г

23

Токоферол, мг/г

1,3

Биотин, мкг/г

0,42

Фолиевая кислота, мкг/г

0,60

Тиамин, мкг/г

0,115

Рибофлавин, мкг/г

0,33

Пантотеновая кислота, мкг/г

5,59

Пиридоксин, мкг/г

0,29

Ниацин, мкг/г

0,12

Основные аналитические данные (по методу АО С Б) [6]:
Ацетон нерастворимый

62-65%

Йодное число

95

Число омыления

196

Фосфор

2%

Удельная масса (при 25 °С)

1,0305

pH

6,6

Содержание влаги

шах 1%

Кислотное число

шах 30

Бензол, нерастворимый

тах 0,3

Перекисное число

тах 5

Свинец

шах 10 ррт[*]

Мышьяк

тах 3 ррт

Железо

тах 40 ррт

Прочие металлы

тах 15 ррт

КОЕ

5,000 максимум

Сальмонелла /25 г

нет

Дрожжи, плесени/г

нет

Энтеробактерии/г

нет

Химическая структура основного фосфатидного соединения (фосфатидилхолина) выглядит следующим образом:
5.0.1
Путем применения современных методов анализа установлено, что данное со­держание этого соединения в составе экстрагированного «натурального» лецитина существенно варьирует. Это касается главным образом связей жирных кислот R и R1 которые могут связывать любые высшие жирные кислоты — пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую или линоленовую.
Промышленный соевый лецитин растворим в углеводородах, жирных кисло­тах, а также в горячих животных и растительных жирах. Он не растворим в поляр­ных растворителях (например в ацетоне) или воде, однако вода в небольших коли­чествах диспергируется в лецитине и при дальнейшем добавлении воды получается эмульсия. Это свойство полезно при необходимости диспергировать в жире некото­рое растворимое в воде вещество (например краситель).
Отделенные от соевого масла фосфатиды менее стабильны и в отсутствии токофе­рола быстро разрушаются. Установлено, что при наличии соевого масла собственно ле­цитин сохраняется на протяжении длительного времени, но в слегка ароматизирован­ных продуктах (например в молочном шоколаде) после некоторого их хранения обна­руживается изменение вкусо-ароматических характеристик. Подобное изменение рассмотрено в работе [6], где автор отделил от соевого масла 2-пентилфуран, который, как утверждается, и вызывает нежелательный посторонний аромат.
         Прочие лецитины растительного происхождения
Растительные лецитины в промышленном масштабе производят из арахисово­го, хлопкового и кукурузного масел. Их основные свойства приведены в табл. 4.1.
                                                     Таблица 4.1. Свойства растительных лецитинов


Хлопковое масло

Арахисовое масло

Содержание нерастворимо­

54

72

го ацетона, %





Содержание фосфора, %

1,9

2,4

Содержание влаги, %

1,0

1,0

Внешний вид

Темно-коричневый

Светло-коричневый

Консистенция

Вязкая жидкость

Пластичное твердое





вещество

Цвет, запах

Сильный,иногда неприят­

Очень легкий запах,



ный запах и вкус

кисловатый вкус

Подобные лецитины отличаются большим разнообразием и у них обычно пониже­на способность к снижению вязкости. До сих пор их производство не удовлетворяло потребности шоколадной индустрии. Лецитин же из арахисового масла (при наличии) не дает изменений вкусо-ароматических свойств, характерных для соевого лецитина, что позволяет его использовать для производства нежного молочного шоколада.
Производят и два других вида натуральных лецитинов. В США производят вы­сококачественный лецитин из сафлорового масла, но он уступает по спросу соевому лецитину. В годы второй мировой войны в Германии из-за дефицита тропических масел вырабатывали лецитин из рапсового масла, но с тех пор он так и не стал про­дуктом массового спроса. Подробнее об этом см. [И].
         Синтетические фосфолипиды и модифицированные лецитины растительного происхождения
Химический лецитин — это фосфатидилхолин, главный компонент раститель­ного (соевого) лецитина.
В настоящее время производят различные синтетические фосфолипиды. Один из них, разработанный компанией Кэдбери (СасІЬигу) и названный «ГА», ис­
пользуют достаточно широко. В молочном шоколаде он не вызывает изменения вкуса и обладает лучшей по сравнению с соевым лецитином способностью к сни­жению вязкости.
 YN получают из рапсового масла путем проведения последовательных реакций, а именно:
  • глицеролиза в газовой среде азота;
  • фосфорилирования глицеролов пентоксидом фосфора;
  • нейтрализации аммиаком, фильтрации и перемешивания с определенным ко­личеством какао-масла.
В результате получают вещество со следующим составом:
  • трифосфатидная кислота (с содержанием Р 1,7%);
  • бифосфатидная кислота (с содержанием Р 2,49%);
  • бифосфатид-монофосфатидная кислота (с содержанием Р 3,28%);
  • бифосфатид-лизофосфатидная кислота (с содержанием Р 3,77%) или ее эк­вивалент с содержанием циклических форм в соотношении 1:2;
  • монофосфатидная кислота (с содержанием Р 4,62%);
Триглицериды (неактивные)

40%

Нейтральные фосфолипиды — пункт а) выше

15%

Смешанная фосфатидная кислота — пункты Ь)-F) выше в виде

солей NH4

40%

NH4 — в основном соли фосфорной кислоты (с некоторым при­сутствием органических веществ)
5%
  • лизофосфатидная кислота (с содержанием Р 7,35%) или ее эквивалент с со­держанием циклических форм в соотношении 1:2.
Присутствие полимерных органических соединений не выявлено.
         Проверка YN на токсичность
По мере совершенствования продукта Британская ассоциация по исследова­нию промышленных биологических препаратов (BIBRA) провела проверки токсич­ности YN[7, 8].
В Великобритании использование YNразрешено с 1962 г. согласно Инструкции № 720 по использованию эмульгаторов и стабилизаторов. Позже Директивой ЕЭС № 422 от 30 июня 1980 г. (80/608/ЕЕС) было одобрено использование этого препа­рата в продуктах на основе какао и шоколада. В настоящее время (по состоянию на 1999 г.) использование YN официально разрешено в Великобритании, ФРГ, Ирлан­дии, Исландии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, Канаде, Новой Зеландии, Гане, Кении и Нигерии.
YN поставляется и другими фирмами, специализирующимися на выпуске леци­тина [14].
         Фракционированные и модифицированные лецитины растительного происхождения
Подобные лецитины находят применение в приготовлении эмульсий типа «вода в масле» и «масло в воде», а также в покрытии порошков, когда для приготов­ления шоколадных напитков и какао-порошков требуется быстрое смачивание.
Модифицированные лецитины с улучшенными гидрофильными свойствами используют в хлебопечении. Фракционирование лецитина проводят путем экстра­гирования природного лецитина спиртом. Растворимая в спирте фракция диспер­гируется в воде и быстро образует эмульсию типа «масло в воде», а нерастворимая фракция образует эмульсию типа «вода в масле».
Состав и свойства типичных подобных лецитинов представлены в табл. 4.2 [6].
                                               Таблица 4.2. Типичные модифицированные лецитины
Вещество

Очищенный от мас­ла натуральный лецитин, %

Фосфатидилхолин + концентрат цефали- на (растворимый в спирте), %

Инозитфосфатиды + концентрат цефали- на (нерастворимый в спирте), %

Химический лецитин

26,8

55

10

Химический цефалин

22,4

25

30

И нозитфосфати ды

16,4

7

40

Соевое масло

3,1

4

4

Прочие

31,3

9

16

К этим концентратам в зависимости от их назначения добавляют «носители» — примерами пищевых применений могут служить какао- или другое растительное мас­ло, а также пропиленгликоль. Гидроксилированные лецитины получают путем обра­ботки перекисью водорода, молочной и уксусной кислотой, что повышает гидрофиль­ные свойства. В соединении с моно- и диглицеридами в составе кондитерских и хлебо­булочных изделий они улучшают текстуру изделий и облегчают их обработку.
         Применение лецитина растительного происхождения и других фосфолипидов в шоколаде
Шоколад представляет собой дисперсию мельчайших твердых частиц в жиро­вой фазе. В случае темного шоколада эти твердые частицы состоят из сахара и пере­молотого какао-продукта. В молочном шоколаде присутствуют частицы сухого ве­щества молока и молочный жир, который включен также в жировую фазу.
На первых стадиях производства шоколада жир находится полностью в жидком состоянии, но на последующих стадиях шоколад, используемый для формования и глазирования, присутствует в оттемперированной форме. Эта твердая фаза включа­ет также некоторое количество кристаллов жира (обычно какао-масла), влияющих на текучесть шоколада, а также частицы сахара, какао-порошка и молока.
          Вязкость
Из-за содержания твердых веществ шоколад ведет себя не как истинная жид­кость, проявляя свойства неныотоновской жидкости. Поэтому вязкость жидкого шоколада намного выше вязкости жидких жиров (70 и 0,4 пз соответственно). Теку­честь шоколада во многом зависит от скорости, с которой твердые частицы в жид­кой фазе могут перемещаться относительно друг друга. Очевидно, что добавление ПАВ оказывает на текучесть большой эффект, что и происходит при добавлении ле­цитина. Шоколад вязкостью, пригодной для формования и глазирования, можно получить с существенно меньшим содержанием какао-масла, если включить в его состав лецитин. Так как какао-масло довольно дорого, экономическая выгода от использования лецитина очевидна.
Эффект от добавления лецитина в жировой компонент предназначенного для глазирования темного шоколада показан на рис. 4.1. Лецитин уменьшает содержа­ние какао-масла на 5%, что дает около 13% общего содержания жиров.
Влияние содержания влаги на вязкость шоколада. Обычно шоколад содержит 0,5-1,5% влаги. В случае дальнейшего добавления небольшого количества «свобод­ной» влаги вязкость смеси значительно возрастет. Если то же самое количество воды включить просто в состав жидкого жира, аналогичного изменения вязкости не произойдет, но при добавлении ее в смеси с мелкими частицами сахара и жира она окажет на вязкость тот же эффект, что и в шоколаде.
4.1                                                       Рис. 4.1. Влияние лецитина на содержание жира в темном шоколаде для глазирования
Добавление лецитина в шоколад или в смесь жира и сахара дает заметное сни­жение вязкости (см. рис. 4.2). Воздействие его на смесь какао-продуктов и жира на­много меньше.
Лецитин проявляет как гидро­фильные, так и липофильные свой­ства. Несмотря на то что действие лецитина в шоколаде до конца не изучено, в работе [10] приводятся следующие соображения.
Влага на поверхности частиц са­хара увеличивает трение между ними, что вызывает увеличение сопротивле­ния при перемещении этих частиц и сказывается на повышении вязкости.
При добавлении лецитина гид­рофильные группы молекул прочно присоединяются к молекулам воды на поверхности частиц сахара, из-за чего трение уменьшается, подвиж­ность частиц возрастает и вязкость снижается.
4.2                                                                    Рис. 4.2. Влияние лецитина на вязкость (вискозиметр Redwood)
Подтверждения этой теории дали эксперименты, выявившие, что некоторая доля лецитина прочно связывается с частицами шоколада, например:
  1. если шоколад, к которому было добавлено известное количество лецитина, экстрагируется теплым растворителем на основе продуктов перегонки нефти, в экс­трагированном жире присутствует не весь лецитин даже при проведении повторно­го экстрагирования; экстрагированием можно теоретически получить около 70% лецитина;
  2. приготавливают смесь мелких частиц сахара, какао-масла и лецитина и опре­деляют ее вязкость; затем смесь экстрагируют, используя петролейный эфир, пока сахар не обезжирится; далее этот сахар снова смешивается с тем же количеством свежего какао-масла; вязкость смеси будет близка к вязкости первоначальной сме­си, и это свидетельствует о том, что активность лецитина поддерживается на части­цах сахара на том же уровне.
Эти эксперименты показывают, что для снижения вязкости шоколада эффек­тивно лишь увеличение общей доли лецитина, но это не совсем так, что доказывает­ся вышеприведенными графиками (рис. 4.1 и 4.2), когда устойчивое снижение вяз­кости было достигнуто путем добавления лецитина в количестве около 0,5%. Неко­торую роль в уменьшении вязкости играют, очевидно, молекулы лецитина, не прикрепленные к твердым частицам, но механизм их действия до конца не изучен.
         Прочие влияния добавления лецитина на физические свойства
Кроме заметного снижения вязкости шоколада при добавлении лецитина мож­но обнаружить и другие изменения физических свойств.
Роль температуры. При нагревании шоколада без лецитина выше определен­ных температур наблюдается заметное увеличение вязкости. Для темного шокола­да эта критическая температура составляет около 90 °С (в процессе обработки шо­колада она достигается очень редко), но для молочного шоколада существенное увеличение вязкости наблюдается уже около 60 °С. Хотя обработку шоколада осу­ществляют преимущественно при температурах ниже 52 °С, для развития вкусоароматических свойств конширование иногда проводят при 60 °С. Добавление ле­цитина позволяет повышать температуру без изменения вязкости (для молочного шоколада можно использовать температуры до 80 °С).
Вместе с тем из-за различных свойств сухого молока (особенно сухого цельного молока, СЦМ) при высоких температурах конширования в шоколаде может проис­ходить грануляция. Ее вероятность снижается, если использовать обезжиренное су­хое молоко (см. «Производство шоколада»).
Темперирование. Темперирование необходимо для формирования в жидком шоколаде стабильных кристаллов какао-масла. Надлежащим образом темперирован­ный шоколад при нормальных условиях хранения не подвержен обесцвечиванию или образованию налета. Добавление лецитина меняет условия темперирования и наблюдается переохлаждение до несколько более низких температур.
Из-за такого изменения модели кристаллизации неоднократно заявлялось, что лецитин препятствует появлению налета, а также влияет на блеск и обрабатывае­мость темперированного шоколада. До сих пор достаточных подтверждений подоб­ного влияния нет, поэтому очень важно выявить различия в условиях темперирова­ния и соответствующим образом отрегулировать технологию.
Если по ошибке или по какой-либо другой причине содержание лецитина пре­высит нормальный уровень в 0,5%, произойдет заметное изменение условий темпе­рирования. Обычно температура «схватывания» шоколада составляет 27-29 °С, но при добавлении более 1% лецитина эта температура может понизиться до 21 °С. Иногда эта проблема возникает в автоматизированных системах диспергирования лецитина.
Способность YN к снижению вязкости (по сравнению с соевым лецитином).
Способность YN снижать вязкость наблюдается при его добавлении до 0,8% и более. Еще больший эффект оказывает его добавление в шоколад в меньшей пропорции (0,1-0,5%). При использовании около 0,5% соевого лецитина вязкость снижается, а его добавление сверх этого количества приводит к ее повышению.
Был проведен ряд опытов с молочным шоколадом, причем для определения вязкости использовался вискозиметр Брукфилда (Brookfield) при разных скоро­стях сдвига. Было установлено, что вязкость шоколада меняется в зависимости от скорости сдвига.
Графики, показывающие снижение вязкости в зависимости от количества добав­ленных YN и соевого лецитина при разных скоростях сдвига, приведены на рис. 4.3.
Использовался молочный шоколад с общим содержанием жира 34,0%, в кото­рый добавляли 0,1-0,5% лецитина. Какао-масло добавляли во все виды шоколада с содержанием лецитина ниже 0,5%. Таким образом, общее количество жира (вклю­чая лецитин) во всех опытных образцах составило 34,5%.
Определение вязкости проводилось при температуре 40 °С, при которой жир не образовывал гранул.
Как видно из вышеприведенных графиков, способность к снижению вязкости у YN по сравнению с соевым лецитином составляет 5/3.
Уклон кривых для соевого лецитина становится заметно более плоским по срав­нению с YN на уровне добавления 0,5%, а следующий пример кривых (рис. 4.4) иллюстрирует влияние на вязкость при добавлении YN в количестве до 0,9% (сущест-
4.3
венное снижение вязкости наблюдается в интервале 0,5-0,9%). В ходе эксперимен­тов был использован жирный молочный шоколад с общим содержанием жира 32,5%.
Мы используем различные термины, связанные с вязкостью, — в частности, «скорость сдвига», «динамическое сопротивление сдвигу», «ньютоновские» и «неньютоновские жидкости». Ниже мы будем применять их в связи с определением вязкости глазури, изготовленной на основе шоколада и растительных жиров.
         Прочие ПАВ
Помимо YN разработаны и другие фосфатиды и сложные глицериды, применяе­мые в производстве шоколада и других пищевых продуктов.
В приготовлении шоколадной глазури не так давно широко применялись соеди­нения Chovis, разработанные фирмой Emulsol Company of America, но по сравнению с лецитином они оказались слишком дорогими. Они официально разрешены к при-
4.4
менению в пищевых продуктах в США [19] и имеют много общего с YN. Если YNсо­стоит из аммиачных солей фосфатидных кислот, то соединения Chovis — это на­триевые соли: 1,2-диглицерид фосфата одновалентного натрия и 1-моноглицерид- 3-натрийфосфат.
Для использования в маргарине был предложен американский Emargol, пред­ставляющий собой 1-моностеарин-3 сульфоацетат натрия.
Несколько фосфатных моноглицеридов производятся фирмой Witco Chemical Со. под коммерческим названием Emcol, однако об их применении в производстве шоколада данных нет.
На экспериментальной основе в состав шоколада включали эфиры сахаро­зы [15]. Стеараты сорбита (Span 60, Tween 60) в шоколадной глазури оказались не­эффективными, однако в составе глазури на основе растительных жиров они оказа­лись полезны.
Полиглицерилрицинолеат, частичный полиглицериловый сложный эфир перэтирифицированных жирных кислот касторового масла, усиливает действие леци­тина и оказался очень действенным при корректировке динамического сопротивле­ния сдвигу высоковязких шоколадов.
Эти данные приводятся в [1], что подтверждается таблицами 4.3 и 4.4.
                                         Таблица 4.3. Темный шоколад
При добавлении ле­цитина, %
Пластическая вяз­кость (пз)
Динамическое со­противление сдви­гу (дин/см2)
При добавлении PGPR, %
Пластическая вяз­кость (пз)
Динамическое со­противление сдвигу (дин/см2)
0,3
18,5                155
0,1
12,5
151
0,7
17,1                 221
0,2
14,8
82
1,3
12,4                285
0,5
14,9
13
Таблица 4.4. Молочный шоколад с содержанием 0,5% лецитина
При добавлении PGPR, %
Пластическая
вязкость(пз)
Динамическое сопротивление сдвигу
(дин/см )
0
15,3
72
0,1
15,2
64
0,2
15,6
56
0,3
17,4
30
0,4
16,4
26
        Реология, вязкость, определение, измерение вязкости
Термины «реология» и «вязкость» в пищевой промышленности зачастую упот­ребляют для описания свойства текучести различных продуктов.
«Реология» — это «наука о деформации и текучести вещества», а понятие «вяз­кость» связано с внутренним трением текучих сред.
Чтобы вызвать и сохранить течение вещества, требуется энергия. Математиче­ское представление вязкости довольно сложно, и мы его касаться не будем (подроб­нее см. литературу в конце главы).
Тем не менее базовые представления о некоторых понятиях, связанных с изме­рением вязкости, необходимы — особенно если речь идет о текучих свойствах шоко­лада.
Существует два основных типа жидкостей — ньютоновские и не ньютоновские. Вязкость ньютоновских жидкостей не зависит от скорости сдвига (смешивания), но она меняется с изменением температуры. К ньютоновским жидкостям относятся вода, спирт, маловязкие растительные масла и глицерин. Жидкости более сложные, а именно шоколад или краски (включая типографские), называют «не ньютонов­скими». На их вязкость влияет присутствие в суспензии твердых частиц, а также температура.
Течение этих жидкостей начинается при достижении определенного предела те­кучести (см. ниже), после чего их вязкость снижается, а скорость сдвига возрастает.
Вышеупомянутые свойства текучести были изучены в [3] на примере печатной краски, а применительно к шоколаду эти результаты впоследствии были подтвер­ждены в [18].
Вскоре выяснилось, что значения, полученные в [3], более близки к параметрам текучести шоколада, чем данные, полученные с использованием односкоростного ротационного вискозиметра (например McMichael) или диафрагмового вискози­метра {Redwood). Величины Кассона (Casson) [3] в настоящее время определяют следующим образом:
Пластическая вязкость — это сила, необходимая для поддержания постоянного течения некоторой текучей массы.
Динамическое сопротивление сдвигу {предел текучести) — это сила, необходи­мая для инициации течения некоторой текучей массы.
Значение этих величин еще более возросло с появлением лецитина и использо­ванием высоковязких (менее текучих) видов шоколада. Высоковязкий молочный шоколад особенно подвержен колебаниям из-за содержания в нем белков молока.
Практическое значение указанных величин можно проиллюстрировать сле­дующим образом.
Низкое динамическое сопротивление сдвигу облегчает процесс формования. Формовочную шоколадную массу зачастую готовят по рецептуре, которая отлича­ется низким содержанием жира, а следовательно, обладает повышенной вязкостью и устойчивостью к текучести, в связи с чем для ее вытекания в формы требуется зна­чительная энергия. Установлено, что динамическое сопротивление сдвигу можно уменьшить с помощью синергических эмульгаторов (например полиглицериново- го полирицинолеата).
При глазировании шоколадом для предотвращения разрушения украшений и во избежание стекания шоколада от центра, что приводит к образованию подтеков на кромках, необходимо довольно высокое динамическое сопротивление сдвигу.
Применение односкоростных ротационных или диафрагмовых вискозиметров показывает, что можно получить два шоколада с идентичными величинами вязко­сти, но из-за различного динамического сопротивления сдвигу по-разному влияю­щими на производительность оборудования. Прежде это являлось причиной час­тых споров между производственным персоналом и службами контроля.
         Вискозиметры
Существуют разные вискозиметры. Некоторые из них просты, недороги и по­зволяют определять вязкость только опытным путем, тогда как другие более слож­ны и позволяют получить точные и полные данные о текучих свойствах ньютонов­ских и не ньютоновских жидкостей.
         Простые вискозиметры
В прежние времена шоколад изготовляли более текучим, однако с ростом цен на какао-масло текучесть шоколада все уменьшалась, а вязкость росла.
Текучесть жидкого шоколада можно измерять с помощью простых вискозимет­ров для измерения вязкости смазочных масел (типа вискозиметров Редвуда). Мно­гие фирмы конструировали собственные приборы и устанавливали свои производ­ственные стандарты. Подобные устройства довольно дешевы и по-прежнему ис­пользуются на небольших предприятиях, работающих с текучими ингредиентами или глазурью для мороженого.
Вискозиметр Редвуда (рис. 4.5) состоит из цилиндрической камеры с рубашкой и маленькой трубкой у основания. Эта трубка имеет заданные длину и диаметр.
Рубашку заполняют водой (38 °С), температура которой обычно регулируется термостатом. Охлажденный с 49 °С до этой температуры шоколад заливают до оп­ределенного деления камеры, а в отверстие снизу вводится стержень с шариком на конце. Когда шарик высвобождается, шоколад перетекает в небольшой ковш, и вре­мя наполнения ковша фиксируют. Обычно этот процесс длится 25-60 с в зависимо­сти от размеров регулируемого отверстия.
Этот эмпирический инструмент вполне подходит для работы с тонкой глазу­рью. Вязкость составной глазури измеряется при температуре 49 °С. Устройство для измерения вязкости более густых покрытий основано на принципе падающего шарика, только вместо шарика используют градуированный конус. Как и в преды­дущем случае, шоколад доводят до нужной температуры. Конус закрепляют над шо­коладной массой на определенной высоте, затем отпускают и по делениям на его по­верхности измеряют глубину погружения (рис. 4.6).
4.5                                                                             Рис. 4.5. Вискозиметр Редвуда
4.6                                                                                     Рис. 4.6. Вискозиметр с падающим конусом
 Этот тоже эмпирический инструмент является полезным средством измерения вязкости глазури.
Для работы же с современным высокопроизводительным оборудованием и при постоянном использовании высоковязкого шоколада с низким содержанием ка­као-масла требуются более точные инструменты.
         Ротационные вискозиметры
В шоколадной промышленности применя­ют ротационные односкоростные вискозимет­ры Мак-Майкла (MacMichael) и многоскорост­ные вискозиметры Брукфилда и Хааке {Brook­field, Haake).
Вискозиметр Мак-Майкла (рис. 4.7). Этот ротационный вискозиметр одобрен Американ­ской ассоциацией технологов кондитерской промышленности и принят Национальной ас­социацией кондитеров США. Принцип его дей­ствия состоит в следующем. Металлический цилиндр подвешен на скрученной проволоке и погружен в чашку с тестируемым шоколадом. Шоколад при заданной температуре заливают в чашку до соответствующего деления цилиндра и чашку вращают с заданной скоростью. Изгиб4.7проволоки, вызванный движением вращающегося шоколада, измеряют по шкале, прикрепленной к проволоке. Для получения точных результатов прибор следует хра­нить в шкафу с регулируемой температурой.
Применяются следующие температуры и параметры:
Шоколад
Чашка — внутренний диаметр 6,9 см, вращение со скоростью 15 об/мин.
Цилиндр — диаметр 2,0 см, глубина погружения 3 см.
Скрученная проволока — № 26.
Температура шоколада — 38 °С (охлажден с температуры 50 °С).
Составная глазурь
То же, что и для шоколада, но температура 43,6 °С (охлаждена с 52 °С).
Глазурь для мороженого
Температура — 38 °С.
Вместо цилиндра — диск диаметром 5,7 см, глубина погружения 4 см.
У вискозиметра Мак-Майкла следует регулярно проверять скорость вращения и скрученность проволоки относительно эталона.
Недостатком этого вискозиметра является невозможность получения полной информации о текучих свойствах различных видов шоколада. Кроме того, что дан­ный прибор является односкоростным, он не позволяет точно установить расстоя­ние между чашкой и цилиндром.
Отношение диаметра цилиндра и чашки настолько мало, что сдвиг шоколада осу­ществляется неравномерно по всему зазору. Данные вискозиметров Мак-Майкла и Брукфилда сравнивались в [17], где было обнаружено, что при заданной скорости вращения на вискозиметре Брукфилда (20 об/мин) данные, полученные на нем, соот­ветствуют данным вискозиметра Мак-Майкла с постоян­ным коэффициентом 3,40.
Вискозиметры Брукфилда/Хааке. С помощью по­добных вискозиметров можно точно определять такие параметры, как пластическая вязкость и динамическое сопротивление сдвигу. Принцип их действия графиче­ски представлен на рис. 4.8 и описан в [17]. Разработки компании и методы их использования подробно изложе­ны в фирменном материале [9].
Измерение осуществляется следующим образом.
Пробу шоколадной массы подвергают тщательному плавлению и перемешиванию при температуре 50 °С, из­бегая попадания воздуха. Затем ее охлаждают до темпе­ратуры около 43 °С и переносят в чашку вискозиметра.
Температура внешнего цилиндра поддерживается водя­ной рубашкой и термостатом на уровне 40°С±0,10.
Внутренний цилиндр приводится в движение, когда тем­пература шоколада стабилизируется на уровне 40 °С.
Данные о вязкости снимаются сначала при возрастании
4.8                                                                    Рис. 4.8. Принцип действия вискозиметров Брукфилда/Хааке
(от 1 до 50 об/мин) скоростей сдвига, а затем при их снижении. Расчет производят по средним значениям.
Проба шоколадной массы вливается в кольцевой зазор между цилиндрами. Вращающий момент измеряют при вращении центрального цилиндра с определен­ной скоростью.
Согласно взглядам Кассона, для измерения пластической вязкости и динамиче­ского сопротивления сдвига следует отложить на графике квадратный корень ско­рости сдвига (об/мин) относительно квадратного корня касательного напряжения (по данным вискозиметра). В результате получится прямая, изображенная на рис. 4.9. Сложных вычислений на производстве можно избежать, применив компь­ютерную систему фирмы Ричардсон (Richardson) (штат Калифорния).
Получив количественные данные, как же их использовать в изучении различ­ных свойств продукта?
На текучие свойства шоколада влияют содержание влаги и какао-масла, жира, размер частиц, рабочая температура и тип ингредиентов. Полученные в ходе изме­рений цифры позволяют составить рабочую технологическую таблицу и таблицу рецептуры (рис. 4.10). Напротив каждой группы показателей следует отмечать лю­бые изменения ингредиентов, рецептуры, технологических параметров, а также ре­зультаты наблюдений.
4.9                                                    Рис. 4.9. Определение пластической вязкости и динамического сопротивления сдвигу
Дата

Тип

шоколада

Пластиче­ская вяз­кость

Динамиче­ское со­противле­ние сдвигу Содержа­ние жира (какао- масла) Содержа­ние влаги

Размер

частиц

Приме­

чания

















         Мобилометр Гарднера
Этот прибор изначально был рекомендован в 1932 г. Американской ассоциации издателей газет для измерения консистенции печатной краски. Возможность его применения в производстве шоколада изучалась в [12], и он оказался надежным и недорогим средством определения пластической вязкости и динамического сопро­тивления сдвигу.
Прибор состоит из вертикально установленного на ровном основании и верти­кальной стойке цилиндра, через который под заданной нагрузкой на заданное рас­стояние вниз и за определенное время перемещается установленный на кронштей­не плунжер. Под действием тяжести плунжера жидкость вытесняется вверх через четыре отверстия в диске плунжера.
Плунжер представляет собой поршневой шток, нижний винтовой конец кото­рого прикреплен к диску (с 51 или 4 отверстиями, или сплошному), тогда как верх­ний полый конец поддерживает поддон, который можно нагрузить дополнительно. Масса всего плунжера составляет 100 г, включая диск, поршневой шток и поддон без нагрузки.
Шоколад для измерений доводят до температуры 40 °С, трубку наполняют на 1 см от верха. Поршень совершает однократное движение вверх и вниз для удаления пузырьков воздуха. Поршневой шток маркирован в см, и для определения вязкости фиксируют время, затраченное на его погружение на 10 см.
Затем на верхний поддон кладут груз и повторяют испытание. Изменяя нагруз­ку, снимают ряд показаний, на основе которых можно вычислить пластическую вязкость и динамическое сопротивление сдвигу.
Следует отметить, что между данными мобилометра и вискозиметра Гааке на­блюдается хорошее соответствие, и в настоящее время ведутся дальнейшие иссле­дования.
         Использование лецитина в шоколаде, какао-порошке и шоколадных напитках
                                                                      Шоколад
Из вышеизложенного должно быть ясно, что действие лецитина является чисто поверхностным, и поэтому важно, чтобы на поверхности твердых частиц шоколада было активизировано максимальное количество добавленного лецитина.
Количество лецитина, которое в составе шоколада является эффективным, до­вольно ограниченно и составляет 0,2-0,6% для соевых и прочих растительных ле­цитинов и до 1% — для синтетического фосфолипида К/У. В первом случае цифры относятся к природным лецитинам промышленного назначения. Соевые продукты содержат обычно от 65% до 70% активных фосфолипидов. Остаток — растительное масло согласно происхождению продукта, и его можно заменить какао-маслом или рафинированным растительным маслом. В странах, где добавление лецитина огра­ничено нормативными актами, иногда определяют содержание активных фосфоли­пидов. В других странах применение заменителей лецитина до сих пор запрещено.
Контроль вязкости шоколада является сложной процедурой, и простое добав­ление, к примеру, 0,5% лецитина вместе с другими ингредиентами не обеспечивает максимального снижения вязкости. На практике лецитин добавляют в основном для сохранения какао-масла в ходе всего технологического процесса, и поэтому иногда стоит распределить его внесение между стадиями измельчения и конширо- вания. Чтобы получить максимальное снижение вязкости, лецитин следует добав­лять по возможности ближе к окончанию конширования, что связано с необходимо­стью удержания лецитина на поверхности частиц. Слишком сухая или слишком жидкая смесь не будет поступать к измельчающим вальцам с оптимальной скоро­стью, что приведет к образованию на них неровной пленки. Если же очищенная мас­са может быть приведена в надлежащее физическое состояние с низким содержани­ем какао-масла, то эффект экономии этого масла будет заметен на протяжении все­го технологического процесса.
Таким образом, если общая добавка лецитина составляет 0,5%, то целесообразно добавить на стадии перемешивания перед измельчением 0,15-0,2%, а остальное — в конце конширования. Если на стадии измельчения шоколадная масса без лецитина имеет содержание какао-масла, к примеру, 27% (для обеспечения прохождения через вальцы), то при добавлении лецитина та же консистенция достигается при содержа­нии какао-масла на 1-2% меньше. Фактическое содержание какао-масла зависит от рецептуры и размера частиц, но сниженное содержание какао-масла при добавлении лецитина скажется и на его содержании в готовом шоколаде.
Следующая стадия предназначена для удаления «хлопьев» с измельчающих вальцов и их превращения в подвижную массу, пригодную для конширования без дополнительного добавления лецитина. Это достигается путем механического взбалтывания и перемешивания — будь то в отдельном миксере или на первой ста­дии работы ротационной или непрерывной коншмашины. Эту часть технологии на­зывают «сухим коншированием» (см. главу 5 «Производство шоколада»), после чего следует перемешивание с более высокой скоростью и (в некоторых случаях) добавление какао-масла.
В конце конширования остаток лецитина добавляют вместе с вкусовыми добав­ками, и через некоторое время, достаточное для диспергирования, проверяют вяз­кость. При необходимости ее регулируют, добавляя какао-масло. Ни в коем случае не следует регулировать вязкость путем добавления лецитина.
Иногда можно достичь дополнительного снижения вязкости с помощью быст­рого перемешивания после конширования, однако это зависит от типа шоколада и содержания какао-масла. Степень такого снижения можно установить лишь опыт­ным путем.
         Какао-порошок и шоколадные напитки
Тонко измельченные порошки, особенно жиросодержащие (какао-порошок и шоколадный порошок для приготовления напитков), трудно смачиваются и дис­пергируются в воде или водосодержащих жидкостях — таких как молоко.
Использование в качестве ПАВ лецитина или модифицированного лецитина вызывает изменения в физической структуре порошка, благодаря чему и происхо­дит диспергирование.
Зачастую добавление лецитина совмещают с процессом «инстантизации» (см. раздел «Сухое молоко» в главе 5). Это позволяет «сцепить» мелкие частицы в агло­мераты с капиллярными каналами, через которые просачивается жидкость, вызы­вая смачивающий эффект. Подобные агломераты также влияют на плотность мате­риала, и поэтому при данной массе он имеет больший объем.
Модифицированные лецитины в настоящее время производят специально для изготовления смачиваемых порошков [13]; их используют в жидком виде, распыляя при нормальных температурах на порошки специальными миксерами и пульвери­заторами или в ходе распылительной сушки. Если же порошок был уже агломери­рован, можно добавить модифицированный лецитин в порошке путем простого су­хого перемешивания.
         Литература
  1. .Bamford, Н. F., Gardiner, K.J., Howat, G. Н., Thomson, A. F. The use of Polyglycerol Polyricinoleate in Chocolate. — Confectionery Production U.K., 1970.
  2. Cadbury Bros. Ltd. British Patent № 1 032 465. — 1966.
  3. Casson, N. Flow Equation for Pigment-Oil Suspensions of the Printing Ink Type // Rheol- ogy of Disperse Systems. — London: Pergamon Press, 1959.
  4. Chang, S. S., Wilson ,J. R. Soya bean oil in our foods // 111. Med. J. — 1964.
  5. Chang, S. S. Reversion flavors in soya bean oil // Chem. Ind., London. — 1966.
  6. EichbergJ. American lecithin Co., Atlanta, Ga.
  7. Fouer, G. Metabolic fate of j2P labelled emulsifier YN in rats // Fd. Cosmet. Toxicol. — Lon­don, 1967.-№5(5).-P. 631.
  8. Gaunt, I. F., Grasso, P., Gangoli, S. D. Short term toxicity study of emulsifier YN in rats //Fd. Cosmet. Toxicol. — London, 1967. — № 5(5). — P. 623.
  9. Haake Inc., Karlsruhe, West Germany.
  10. Harris, T. L. Suiface active lipids in foods. — Monograph № 32. — London: Society of Chem­ical Industry, 1968.
  11. .Maridey, K. S. Oilseeds and related industries of Germany // U.S. Dept. Comm. Office Tech. Serv. P.S. Rept. -1945. - № 18. - P. 302.
  12. Martin, R. A., Smullen,J. F. Simplified instrumentation for the measurement of chocolate viscosity // Manf. Conf. — May, 1981.
  13. Meyer, Lucas, 1985. Hamburg, West Germany.
  14. Meyer, Lucas. Metarin-Froctionated Lecithin. — Hamburg, West Germany. — 1983.
  15. Osipow, L., Snell, F. D., York, W. C., Finchler, A. // Ind. Eng. Chem., London — № 48. - P. 1459.
  16. Richardson, T. W. Richardson Researches Inc., Hayward, Calif., 1979/
  17. Robbins, J. W. A quick reliable method for measuring yield value, plastic viscosity and «MacMichael» Viscosity of Chocolate // Manuf Confect. — 1979.
  18. Steiner, E. H. Rheology of disperse systems // Rheology of Disperse Systems / Casson N. — London: Pergamon Press, 1959.
  19. Definitions and Standards for Foods / U.S. Food and Drugs Administration. — 1944. — Ti­tle 21. Pt 14, Cacao Products, Sec. 14.6 (a) and 14.7 (a).
  20. U.S. Patent № 2 629 662.
  21. Witco Chemical Co. Inc., Chicago, 111.

[*]partspermillion, частей на миллион. — Примеч. ред.
Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы