Производство фрутово-ягодных мармеладных изделий.

МармеладПроизводство фрутово-ягодных мармеладных изделий.
К фруктово-ягодным мармеладным изделиям относятся: мармелад фор­мовой - изделия, отлитые в жесткие формы массой до 20 г; пластовый - изделия в виде брикетов массой 100 г, или нарезанные прямоугольной фор­мы изделия массой 20 г и паты.

Характерной особенностью этих изделий является студнеобразная структура. Она возникает благодаря способности пектиновых веществ, входящих в состав фруктового пюре, при определенных условиях образо­вывать прочный студень.

Основным сырьем для изготовления фруктово-ягодных мармеладов является яблочное пюре. Пюре из других фруктов и ягод применяется в качестве вкусовой добавки в виде соответствующих фруктово-ягодных припасов.

Паты по своей структуре несколько отличаются от яблочных марме­ладных изделий. Они имеют более прочную структуру и затяжистый сту­день. Основным сырьем для их изготовления является абрикосовое пюре, а яблочное исполняется как добавка в количестве 25 %.

Образование пектинового студня

В горячей мармеладной массе пектиновые вещества находятся в растворенном состоянии. Их молекулы представляют собой длинные гиб­кие нити, сверху покрытые гидратной (сольватной) оболочкой. Под дей­ствием теплового движения они беспорядочно перемещаются в дисперси­онной среде, которой является водный раствор сахара, органических кис­лот, экстрактивных веществ яблочного пюре.

Карбоксильные группы пектиновых веществ диссоциируют на ионы, поэтому значительная часть молекул представляет собой высокомолеку­лярные анионы, несущие на своей поверхности отрицательный заряд. Соответственно в водных оболочках, покрывающих пектиновые молекулы, образуется двойной электрический слой с определенным потенциалом.

Водные растворы студнеобразователей относятся к лиофильным систе­мам. Их лиофильность обусловлена тем, что на поверхности молекул пек­тиновых веществ находится много полярных групп ОН, СО, СНО.

Полярные вещества хорошо растворимы в таких растворителях, как вода. На их границах раздела возникает низкое поверхностное натяжение, поэтому пектиновые вещества не обнаруживают значительной тенденции к ассоциации, поскольку агрегирование мицелл не сопровождается заметным выигрышем энергии Гиббса. Это служит качественным обоснованием тер­модинамической устойчивости лиофильных систем. В таких дисперсных системах тенденция к агрегатированию практически отсутствует или на­столько мала, что преодолевается интенсивным тепловым движением час­тиц.

Чтобы вызвать агрегатирование молекул пектина, необходимо повы­сить межфазное натяжение на границе частица | вода. Это достигается при­сутствием в растворе сахара. Сахар повышает поверхностное натяжение водных растворов. Следовательно, чем больше концентрация сахара в дисперсионной среде, тем выше межфазное натяжение на границе макро­молекул пектина с жидкой фазой, тем сильнее тенденция частиц дисперс­ной фазы к ассоциации и агрегатированию.

Когда энергия взаимодействия молекул дисперсионной среды друг с другом значительно превосходит энергию их взаимодействия с веществом дисперсной фазы, среда будет способствовать сильному притяжению меж­ду частицами дисперсной фазы.

Практикой установлено, что процесс студнеобразования пектиновых веществ при производстве мармелада протекает с достаточной скоростью, когда концентрация сахара в жидкой среде соответствует насыщенному раствору при температуре 70°С. В таком растворе все молекулы воды свя­заны и удерживаются молекулами сахарозы. Сила этой связи значительно превосходит силу связи молекул воды с пектиновыми веществами, поэто­му такая дисперсионная среда способствует агрегированию пектиновых веществ.

При добавлении сахара в раствор поверхностное натяжение диспер­сионной среды повышается, увеличивается разность полярностей между средой и молекулами пектина, что способствует их агрегированию. По­лярность пектиновых молекул зависит от строения. Чем выше степень эте­рификации молекулы, тем ниже ее сродство с водой и меньше полярность. Такие пектиновые вещества обладают большей склонностью к ассоциа­ции и, следовательно, лучшей студнеобразующей способностью.

В достаточно концентрированных растворах, при температуре 70 - 75°С, в результате теплового движения молекулы пектина могут сближаться и сталкиваться. На броуновское движение частиц в воде и других поляр­ных средах с высокой диэлектрической проницаемостью влияют силы мо­лекулярного, электростатического, гидродинамического и других взаи­модействий. Энергия взаимодействия между молекулами пропорциональ­на их размерам.


Влияние тех или других сил зависит от расстояния между молекулами, их заряда, толщины диффузных слоев в гидратных оболочках и величины потенциала. Молекулы пектиновых веществ имеют на своей поверхности электрический заряд, поэтому при сближении на расстояние, при котором происходит перекрытие их диффузных слоев, взаимоотталкиваются. Что­бы произошла коагуляция таких молекул, они должны за счет энергии теп­лового движения преодолеть определенный энергетический барьер. Если высота барьера значительно превышает среднюю энергию теплового дви­жения пектиновых мицелл, то вероятность его преодоления и, соответствен­но, скорость коагуляции практически равны нулю.

Для снижения величины энергетического барьера до уровня, при ко­тором он преодолевается молекулами пектина за счет энергии теплового движения, в жидкую фазу необходимо ввести индифферентный электролит (например, кислоту) или потенциалопределяющие ионы (например, ионы Са++, Mg++). В первом случае снижается толщина диффузного слоя и высо­та его потенциала, во втором - уменьшается величина потенциала на по­верхности молекул пектина. В обоих случаях это ведет к уменьшению сил электростатического отталкивания и, следовательно, снижению энергети­ческого барьера.

При определенных пороговых концентрациях электролита, которые тем меньше, чем больше валентность ионов, толщину диффузного слоя можно уменьшить до критического значения, при котором высота энерге­тического барьера становится равной нулю. Такое состояние системы бу­дет отвечать максимальной скорости коагуляции.

Наиболее активной из используемых кислот является виннокаменная, а наименее активной - лимонная кислота. Количество кислоты, необходи­мой для студнеобразования, зависит от природы, степени ее диссоциации. Заряд диффузного слоя существенно зависит от величины рН и с пониже­нием рН резко падает. Минимальная концентрация ионов водорода в жид­кой фазе, при которой начинается образование пектинового студня, соот­ветствует рН 3,46.

Количество кислоты, необходимой для студнеобразования, меняется не только в зависимости от природы, но и от количества и качества пекти­на. Если пектин обладает слабой студнеобразующей способностью, то концентрацию кислоты следует повысить, но только в определенных пре­делах. Оптимальным значением рН среды для студнеобразования пектина хорошего качества является рН 3,0 - 3,2.

Количество добавляемой кислоты зависит от концентрации сахара в растворе. Чем она выше, тем меньше требуется кислоты, и наоборот.

При производстве фруктовых мармеладов практической нормой кис­лоты при содержании пектина хорошего качества в уваренной мармеладной массе 0,8 - 1,0 % и концентрации сахара 65 - 70 % считается 0,8 % (в пересчете на яблочную).

Таким образом, регулируя высоту энергетического барьера добавле­нием в систему электролита, можно управлять скоростью коагуляции пек­тиновых молекул и получать студни с заданными физическими свойства­ми. При полном исчезновении энергетического барьера каждое столкно­вение молекул пектина сопровождается их сцеплением, что отвечает поро­гу "быстрой" коагуляции.

Благодаря тому, что макромолекулы имеют значительную длину и гиб­кость и могут входить в состав различных ассоциатов, в мармеладной мас­се образуется пространственная сетка. Образование студня есть не что иное, как процесс появления и постепенного упрочнения в застудневаю­щей массе пространственной сетки. Для застудневания растворов высоко­молекулярных веществ характерно, что связи образуются не по концам отдельных молекул, как это происходит при коагуляции коллоидных час­тиц, а могут возникать между любыми участками гибких макромолекул, лишь бы на них имелись группы, которые могут взаимодействовать друг с другом.

После образования пространственной сетки из ассоциированных мо­лекул пектина процесс застудневания происходит в результате возникно­вения между ними гомополярных, гетерополярных и ассоциационных (вто­рично валентных) связей. Особенно большую роль в образовании студня из гидрофильных веществ, к которым относятся пектины, агар, агароид и другие, играет водородная связь, возникающая между участками моле­кул, содержащих полярные группы (-СООН, -ОН). Вокруг них имеется значительное силовое поле, благодаря которому полярные группы связы­ваются посредством вторичных валентностей.

Подобные связи могут образовываться между полярными группами полимера и полярными группами других веществ (вода, сахароза и др.). Причем такие связи могут возникать между любыми участками гибких макромолекул пектина, лишь бы на них имелись полярные группы.

В образовании студня высокоэтерифицированных пектиновых веществ участвуют, кроме ассоциированных, гомеополярные связи между карбонильными и этерифицированными карбоксильными группами отдель­ных цепочек по схеме:

RCOOCH3 + HOR' RCOOR'+СН3ОН.

Уменьшение степени этерификации молекул пектина увеличивает элек­тростатическое отталкивание между ними при сближении. Для агрегиро­вания таких пектиновых веществ в раствор необходимо ввести дополни­тельное количество кислоты или соли кальция. Степень этерификации, равная 50 %, является границей, которая разделяет пектиновые вещества по влиянию кальций-ионов на образование студня.

Для ассоциации пектиновых веществ с низкой степенью этерифика­ции требуется меньше сахара и кислоты, но обязательно присутствие в растворе ионов Са+ или Mg+. Адсорбция потенциалопределяющих ионов снижает заряд на поверхности макромицелл, что существенно уменьшает энергетический барьер и способствует их агрегированию.

В результате отмеченных выше взаимодействий между молекулами пек­тина образуется ячеистая структура, пронизывающая всю мармеладную массу. Свободное пространство структурного каркаса заполняется диспер­сионной средой, которая адсорбционно связывается с сеткой каркаса и от­вердевает вместе с дисперсной фазой в одну сплошную массу без видимого разделения обеих фаз. Однако эта связь не прочна, и при известных услови­ях жидкую фазу можно отделить (например, центрифугированием). После сформирования студня происходит постепенное упрочнение про­странственной сетки за счет взаимодействия полярных групп макромоле­кул, ионизирующих групп, несущих электрический заряд различного знака. При этом происходит упорядочение отдельных участков молекул. Эти уча­стки обычно ориентируются параллельно друг другу, так как такое распо­ложение соответствует уменьшению свободной энергии системы.

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