Жиры и масла - Физико-химические свойства жиров

 199

   

Для понимания процессов транспортировки, подготовки и использования жиров при приготовлении различных видов печенья необходимо описать физико-химические свойства жиров. Жиры и масла иногда называют липидами. Липиды — это жировые вещества в жидком, пастообразном или твердом виде. Липиды не растворимы в воде, но растворимы в полярных растворителях, например, эфире. Кроме жировых продуктов, используемых при выпечке, липиды включают такие вещества, как фосфолипиды и стерины. Фосфолипиды обнаружены и лецитине, эмульгаторах, а стерины включают холестерин, который сейчас широко обсуждается из-за явной связи между высоким уровнем холестерина и крови и сердечно-сосудистыми проблемами и артериосклерозом. Интересующие нас жиры — это смеси триглицеридов, имеющие общую молекулярную формулу, приведенную на рис. 1, где R|, R2, R3 — жирные кислоты различных типов.

Триглицериды, жидкие при нормальной комнатной температуре, называют маслами, а пластичные или полутвердые триглицериды — жирами. Две или три жирные кислоты, образующие молекулу триглицерида, могут быть одинаковыми, но наибо­лее распространены их смеси. Тип жирной кислоты в каждой позиции существенно влияет па физические свойства жира, а соотношение триглицеридов в жире опреде­ляет его характеристики и стабильность. Жирные кислоты имеют различную длину цени и могут быть насыщенными и ненасыщенными. Чем больше длина цепи, тем выше температура плавления. В насыщенных кислотах нет двойных связей между соседними атомами углерода, и соединения относительно устойчивы к окислению. Н ненасыщенных кислотах присутствует одна или несколько двойных связей между парами углеродных атомов (см. рис. 2). Возможны два положения двойной связи, известные как «цис-» и «транс-».

Глицериды с одной ненасыщенной кислотой в молекуле называют мононенасыщенными, а с несколькими ненасыщенными кислотами — полиненасыщенными. Все жирные кислоты с двойными связями имеют более низкие температуры плав­ления, чем их насыщенные аналоги, и значительно более химически активны.

Способность ненасыщенных кислот реаги­ровать с йодом делает возможным метод хими­ческой оценки меры ненасыщенности опреде­ленного масла. Полученная величина называ­ется йодным числом; чем выше йодное число, тем более ненасыщенным является жир и, сле­довательно, более неустойчивым к окислению и прогорканию.

В табл. 1 приведен состав некоторых рас­пространенных природных жиров и масел че­рез пропорции каждой из жирных кислот, при­сутствующей в виде триглицеридов. Исполь­зуются обычно применяемые наименования кислот, а обозначения С16:0 или С18:1 показы­вают длину углеродной цепи и количество име­ющихся ненасыщенных связей. Можно видеть, что йодное число связано с соотношением име­ющихся ненасыщенных связей.

11Количество известных жирных кислот до­вольно велико, но лишь относительно немногие

 обычно присутствуют в съедобных жирах и маслах в значительных количествах Многие важные натуральные жиры содержат в качестве основных составляющих фактически только четыре наиболее pacnpocтраненные кислоты: пальмитиновую стеариновую, олеиновую п линолевую.

Триглицериды имеют разные температуры плавления, зависящие от свойств кислот, находящихся в каждой из трех позиций. Как уже отмечалось, малая длина цепей и двойные связи приводят к низким температурам плавления и наоборот. Природный жир всегда является смесыо триглицеридов, поэтому он не имеет определенной температуры плавления, а свойства кривой плавления (которая будет рассмотрен; ниже) сильно влияют на пригодность жира для достижения определенной цели Пыли разработаны методы для изменения характеристик плавления путем воздей­ствии на присутствующие триглицериды. Метод фракционирования удаляет жид кость из ее смеси с сухими компонентами при заданной температуре, что ведет i образованию двух фракций с очень разными свойствами. Такое разделение дает сте­арин с более высокой температурой плавления и олеин с более низкой температурой плавления. Подвергая масло воздействию газообразного водорода при высоких тем­пературе и давлении в присутствии соответствующего катализатора, можно разор­вать некоторые или все ненасыщенные связи и сделать их насыщенными за счет до­бавления атомов водорода. Этот процесс ведет к образованию жира, плавящегося при более высокой температуре, чем исходный жир, и называется гидрогенизацией.

22

21Переэтерификация — это другой химический метод, используемый для модифи­кации триглицеридов. При соответствующем нагреве в присутствии соответствующего катализатора кислоты в триглицериде могут меняться местами, переходя с ес­тественных позиций на другие, что влияет на плавление и кристаллизацию жира. Подвергая различные смеси природных масел одному или нескольким методам модификации, можно получить жиры, совершенно отличные от существующих в природе, со свойствами, гораздо более соответствующими определенным задачам.

Стоит заметить, что оценка физических характеристик жиров на основе знаний с составляющих смеси крайне сложна, и даже результат гидрогенизации и переэтерификации зависит от изменений цис- и транс- конфигураций или от свойств используемого катализатора.

Ранее упоминалось, и это хорошо известно, что жиры при хранении портятся, при этом возможно прогоркание или изменение вкуса. Природные жиры, извлеченные из растительных или животных тканей, содержат примеси и ферменты, которые обычно удаляют с помощью методов химической очистки. Только после этого жиры становятся пригодными для употребления в пищу.

Со временем окисление приводит к образованию гидропероксидов, которые, в свою очередь, разлагаются на различные соединения с весьма резким и неприятным вкусом. При определенных условиях свободные жирные кислоты из триглицеридов высвобождаются и могут взаимодействовать с водой и металлами, образуя мыла, также обладающие неприятным вкусом. Этим процессам разложения способствует высокая температура, ненасыщенные виды глицеридов, яркий свет (особенно ультрафиолетвый), и особенно определенные металлические ионы, действующие как катализаторы В качестве катализатора особенно эффективна медь, поэтому следует тщательно избе гать ее применения в трубах или вентилях, которые находятся в контакте с маслами.

Продукты окисления являются амтокаталитическими. Это означает, что после начали прогоркания этот процесс ускоряется, и поэтому перед добавлением новых порции масла важно удалять окисленные и полимеризованные пленки жира с сто поверхности и резервуарах. Такое проявление порчи жира, как изменение вкуса, от­личается от окисления и гидролиза. Масла, содержащие существенные количества линоленовой кислоты и других жирных кислот с двумя двойными связями, особен­но подвержены возникновению привкуса, которые описывают как «бобовый», «тра­вянистый» или «рыбный». Эта проблема особенно велика в случае использования соевого масла.

Чтобы замедлить появление окислительного прогоркания (но не прогорклости, проявляющейся под действием ультрафиолетового света) может быть использована группа соединений, известная как антиоксиданты. Существует довольно большое число природных и искусственных антиоксидантов, многие из которых не допуска­ется использовать в производстве продуктов питания. Законы, определяющие при­менение антиоксидантов, весьма разнообразны, в связи с чем сложно дать общие рекомендации но их применению. Антиоксиданты полезны для борьбы с прогорканием как хранящегося масла, так и масла в изделии после выпечки. Эффективность определенного антиоксиданта в этих двух случаях обычно различается. Окисле­ние жиров в печенье значительно снижается при А,,, 0,2, что является одной из при­чин того, что печенье, поглотившее влагу из-за некачественной упаковки, имеет «затхлый» привкус. Известно, что сахар в выпеченном печенье имеет антиокисли­тельные свойства.

Лауриновые жиры (жиры, богатые лауриновой кислотой), широко применяемые в начинках для печенья благодаря своему быстрому плавлению, более подвержены гидролитическому прогорканию, чем окислению. В присутствии солей натрия после появления гидролитической порчи начинается омыление, и поэтому существует опа­сение, что при использовании лауриновых жиров может появиться мыльный при­вкус, однако при отсутствии ферментов и влаги возникновение гидролитического прогоркания крайне маловероятно. Такие условия могут появиться только при рос­те плесени или при контакте с жиром частиц орехов или фруктов, обладающих фер­ментативной активностью.

При упаковке и хранении МКИ важно соблюдать определенные меры предосто­рожности. Во-первых, никогда не следует подвергать изделие действию сильного света, особенно солнечного, богатого ультрафиолетовыми лучами. Изделия в про­зрачной или неплотной упаковке следует хранить в темноте или при минимальном освещении (в частности, очень неразумно выставлять его в освещенных солнцем витринах). Во-вторых, следует тщательно выбирать упаковку, находящуюся в контакте с изделиями. Жиры легко мигрируют в пористую бумагу, находящуюся в контакте с изделиями, и образующаяся при этом большая поверхность жира в сочетании со сле­дам и металлов в бумаге способствует прогорканию. Эти испорченные продукты мо­гут ускорить порчу остального жира в изделии, но в любом случае неприятный запах от упаковки мешает получать удовольствие. Несмотря на очень высокую восприим­чивость органов чувств человека к запаху и вкусу прогорклых соединений, после­дние, по-видимому, не наносят вред здоровью (так, собаки предпочитают слегка под­порченные (пахучие) жиры).

Еще одна  важная химическая xарактеристика жира, имеющая значение и производства печенья – это полимеризация. При определенных условиях некоторые глицериды демонстрируют эффект комбинирования и образуют очень большие клейкие молекулы, которые могут накапливаться на поверхностях резервуаров для хранения, трубах или на лентах пода. Они липкие (хотя удаляются очень горячей водой) и со временем становятся прогорклыми. Все жиры, за исключением сливочного маслач , которое является одним из неочищенных видов жира, должны иметь слабый вкус и очень светлый цвет.

Химические явления, описанные выше, важны, но значительно важнее в производстве МКИ физические свойства жира.

Жиры - это скорее смеси, чем чистые соединения, и поэтому не имеют четкой характеристики плавления. Чем больше в жире набор различных видов жирных кислот, тем в более широком температурном диапазоне происходит плавление. Полезно знать характеристики плавления жиров, которые могут быть определены путем расчета твердой фракции жира (индекс твердости жира — ИТЖ) при различных температурах .

Кристаллические глицериды плотнее жидких, поэтому при охлаждении объел жира уменьшается. Это изменение плотности используется для оценки ИТЖ путем измерения изменения объема (дилатометрии). Для оценки соотношения «твердая/ жидкая фаза» в образце жирового продукта может быть также применен ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Этот метод основан на различии в свободе содержащие водород молекул в жидкости и в твердой фазе. Результатом измерений являются  кривые плавления, имеющие форму, представленную на рис. 3.

Для характеристики жировых продуктов имеют значение показатели ИТЖ при следующих температурах:

♦      температура окружающей среды (влияет на прочность начинки в изделии);

♦      температура работы с жиром (влияет на консистенцию жира при соединение его с другими ингредиентами для получения теста, крема и т. д.);

♦      температура теста (определяет состояние жира при формировании тестовые заготовок);

♦      температура тела — 36,9 °С (определяет, сколько жира растает во рту, и, соот­ветственно, сколько нерастаявшего жира может прилипнуть к небу).

Поскольку всегда имеется некоторое количество глицеридов с очень низкой и очень высокой температурами плавления, жир, во-первых, не является на 100% твердым пока он не охлажден до температур, значительно более низких, чем обычно использу­ются для пищевых продуктов, и, во-вторых, когда отсутствуют твердые вещества, от­сутствует определенная «точка плавления». В связи с этим было введено понятие «скользящей точки плавления» (СТП) и метод ее измерения описан далее. В СТП жир — это слегка мутная жидкость с содержанием твердых веществ около 4%

Твердые глицериды присутствуют в виде кристаллов, но кристаллы могут быть разных видов (имеет место их полиморфизм). При быстром охлаждении образуются кристаллы а, они могут превратиться в (3-первичные ((3') формы, которые в свою очередь могут превратиться в наиболее стабильные (3-формы. Кристаллы а имею! самую низкую температуру (точку) плавления. Они обычно очень малы и очень не-

33стабильны. Кристаллы В имеют самую высокую температуру плавления и обычно большие. Образование кристаллов ведет к высвобождению теплоты кристаллиза­ции, и при превращении а —> В' —> В также выделяется тепло.

 

Если жиры охлаждаются в статическом состоянии, образуется твердая масса, со­стоящая из больших связанных друг с другом кристаллов (с жидкостью между ними). 11ри последующем перемешивании кристаллы разрушаются, и масса становится зна­чительно более пластичной. Поскольку физическое состояние жиров для МКИ очень важно, следует уделять большое внимание получению оптимального вида кристал­лов в оптимальной структуре. Эту функцию выполняет аппарат, называемый крис­таллизатором/пластификатором. При охлаждении и пластификации жира может оказаться желательным ввести в него воздух, водную фазу, поверхностно-активное вещество или нежировую твердую фазу (например, сахар или сухое молоко). В этом случае оборудование может носить название кристаллизатор/эмульгатор.

Кривая ИТЖ не показывает консистенцию жира при выбранной температуре, поскольку она также зависит от того, насколько жир был пластифицирован. Быстро охлажденные жиры демонстрируют значительное переохлаждение, и поскольку пла­стификация не может быть выполнена до образования кристаллов, для их роста кри­сталлизатор/пластификатор должен предусматривать время задержки. Консистен­цию жиров можно изменить, вводя поверхностно-активные вещества, влияющие на полиморфизм кристаллов, воздух, инертный газ или воду. Типичный кристаллиза­тор/эмульгатор выполняет операции, показанные на рис. 4. Эти операции и ха­рактеристики, важные для управления процессом, описаны в далее.

44

 Масло в точке Fдолжно иметь температуру Т1(примерно на 5 °С выше CTII) и течь с постоянной скоростью. Поскольку имеется сопротивление прохождению мае ла через устройство, масло будет иметь избыточное давление Р1. Блок кристаллизатора (охладителя) — это барабан, охлаждаемый хладагентом, находящимся в его рубашке. В зависимости от необходимой скорости отвода тепла и размера барабан хладагентом может служить холодная вода, аммиак или другой хладагент. Ротор цилиндре опирается на холодные поверхности, поэтому охлажденный жир быстро них снимается и смешивается с остальным маслом, а рост кристаллов не допускает си. Важно сконструировать ротор так, чтобы на нем тоже не нарастали кристалы.  Затвердевший жир на роторе влияет на эффективный (рабочий) объем кристаллизатора (охладителя) и, следовательно, на длительность нахождения масла в устрой стие при его прохождении через него. Охлажденный жир, выходящий из кристаллизатора, оказывается гораздо холоднее, чем необходимо, главным образом потому, что он сильно переохлажден. Консистенция может в результате измениться незначительно, поскольку содержание твердого вещества будет по-прежнему низким. Давлени Р2, тем не менее, будет связано с изменением твердого вещества, и температура Т2: этой точке важна.

Переохлажденный жир немедленно поступает в рабочий агрегат, который представляет собой цилиндр без рубашки, также с ротором, но этот ротор имеет ряд лопастей, предназначенных для перемешивания вещества, так как при прекращении пере охлаждения кристаллы растут. Здесь имеет место рост консистенции и температурь: так что на выходе жира давление Р3 будет ниже, чем Р2, но температура Т3 будет выше Т2. В этой точке часто имеется небольшое отверстие, через которое жир пропускают усилием для дополнительного разрушения агрегатов кристаллов. Это отверстие может быть регулируемым и называется текстурирующим вентилем. Падение давления на этом вентиле должно быть большим, и для этого давление должно быть высокие Маловероятно, что высокие давления в кристаллизаторе (охладителе) или рабочем агрегате в значительной степени положительно влияют на охлаждение или снятие переохлаждения, поэтому дополнительные расходы на сосуды высокого давления связаны в основном с работой текстурирующего вентиля. Поэтому очень важно, чтобы после текстурирующего вентиля не было значительного роста кристаллов, и, следовательно, температура Т4, при которой хранится жир, должна быть как можно ближе Т3. Это проявится, если содержание твердого вещества 5j почти равно S2 в резервуар для хранения. Некоторое высвобождение тепла будет иметь место при полиморфны переходах от а или В'к В, но оно будет небольшим по сравнению с теплом, выделяющимся при первоначальной кристаллизации жиров. Важна температура Т4, в резервуаре для хранения жира. Дли определенной скорости потока и типа жира эта температура определяется температурой Т2. Обычно охлажденный жир хранят в резервуаре - хранилище по меньшей мере 8 часов для стабилизации формы кристаллом.

Описанная система обычно достаточна для большинства жиров, используемых для производства МКИ, но следует отмстить, что при производстве маргарина для получения необходимых температур и текстур нужно дублировать рабочий агрегат, а возможно, и кристаллизатор (охладитель). Маргарин, как и масло, представляет со­бой эмульсию жира с водой. Содержание воды обычно составляет около 16%, в нем также могут присутствовать обезжиренные СВ молока и соль.

Кристаллизация жира ускоряется, если с помощью необходимого вида кристал­лов можно использовать затравку. Кристаллизация с затравкой возможна путем ох­лаждения до низкой температуры Т\ и введения обработанного ранее жира. С точки зрения управления процессом проблема заключается в том, что затем крайне сложно поддерживать стабильные условия подачи кристаллизатора (охладителя), и любые изменения в этой точке могут нарушить работу всей системы.

Когда при охлаждении необходимо образовать жировую эмульсию, содержащую газообразную или водную фазу, эти вещества добавляют перед кристаллизатором (охладителем). Энергичное перемешивание в установке применяется для получения топкой и устойчивой эмульсии/пены, чему также способствуют увеличение вязкос­ти и, возможно, поверхностно-активные вещества. Газообразная фаза будет наруше­на применением высокого давления, так как после снятия давления пузырьки, есте­ственно, увеличатся. Чем больше пузырьки, тем более подвержены они слиянию, ухудшающему текстуру.

Измерения ИТЖ в потоке, хотя и возможны на основе ядерного магнитного резо­нанса (ЯМР), но не приемлемы, так как ИТЖ — свойство жира, определяемое только температурой, при которой жир достигает стабильного состояния кристаллизации.

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