Производство пастильных изделий.

К пастельным относятся кондитерские изделия, полученные сбиванием фруктово-ягодного пюре с сахаром в присутствии яичного бежа, с последую­щим смешиванием пенообразной массы с горячим студнеобразующим агаро­вым (или пектиновым) сиропом или с горячей мармеладной массой. В резуль­тате застудневания смеси получается полутвердая пенообразная масса, которую после соответствующей обработки формуют отдельными изделиями прямоугольной, шарообразной, овальной формы.
Различают два вида пастилы: клеевую и заварную. В первом случае сбитую пенообразную массу смешивают с клеевым (агаро-сахаро- паточным) сиропом, во втором случае — сбитую массу смешивают с яблочной мармеладной массой. Наши предприятия выпускают преимущественно клеевую пастилу.
В зависимости от способа формования пастильной массы различают резную пастилу, выпускаемую в виде изделий прямоугольной формы, и отливную пастилу (зефир), формуемую отливкой (отсадкой) в виде изделий шарообразной или овальной формы.
Для изготовления пастильных изделий используются разнообразные виды фруктово-ягодного пюре, припасы, красители, эссенции или эфирные масла, что позволяет вырабатывать широкий ассортимент и придавать изделиям вкус и цвет соответствующих фруктов и ягод. Выпускают сорта пастилы, сдобренные медом, молочными продуктами (медовая, сливочная и др.).
Пастила и зефир могут быть покрыты шоколадной глазурью.

Физико-химические основы пенообразования

При производстве кондитерских изделий используется большое разнообразие пенообразных масс: белковые кремы; сбивные начинки; ка­рамельная масса, сбитая с пенообразователем; сбивные конфетные массы; пастильная и зефирная массы.

Пенообразные массы получают, как правило, диспергационным спосо­бом. При интенсивном перемешивании жидкости захватывается воздух и дробится на мелкие частички. При диспергировании часть работы расхо­дуется на увеличение свободной поверхностной энергии системы:
ЛЕ = As0, где ЛЕ — изменение свободной энергии; As — изменение площади поверхности раздела; о — поверхностное натяжение на границе раздела фаз газ-жидкость.

С уменьшением поверхностного натяжения жидкости пенообразующая способность увеличивается, так как для получения одинакового объе­ма пены требуется затрата меньшей работы.

Пены являются термодинамически неустойчивыми системами, так как имеют сильноразвитую поверхность раздела фаз. По второму закону термодинамики система самопроизвольно стремится уменьшить запас сво­бодной энергии. В связи с этим процессы в пенах направлены на ее коалес- ценцию, связанную со слиянием отдельных воздушных пузырьков, сокра­щением поверхности раздела, а следовательно, и с уменьшением поверх­ностной энергии. Устойчивое состояние системы соответствует полной коалесценции, т.е. расслоению пены, с превращением в две объемные фазы- жидкость и газ с минимальной поверхностью раздела.

Для придания устойчивости пене необходимо присутствие в жидко­сти, окружающей пузырьки воздуха, пенообразователя, к которому отно­сятся поверхностно-активные вещества (ПАВ). Молекулы ПАВ обладают дифильными свойствами и независимо от концентрации устремляются на границу раздела фаз, адсорбируясь определенным образом. Гидрофиль­ные части молекул находятся в водной фазе, а гидрофобная направлена в сторону газовой среды или твердой поверхности, если последняя гидрофобна.

В результате адсорбции молекул ПАВ на границе раздела фаз значительно снижается поверхностное натяжение. Его величина будет за­висеть от плотности упаковки молекул в адсорбционном слое, природы и химического состава ПАВ.

При достижении определенной концентрации ПАВ наступает «насыще­ние» адсорбционного слоя, начинается мицеллообразование. Считают, что в этом случае адсорбированные молекулы ориентируются перпендикуляр­но поверхностному слою.

Значение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) за­висит от ряда факторов и, в первую очередь, от длины углеродного ради­кала молекулы ПАВ, температуры раствора. С увеличением длины цепи ККМ уменьшается, а с повышением температуры — увеличивается.

В момент получения пены количество жидкости в ней обычно значительно превосходит то, которое должно соответствовать гидроста­тическому равновесию. Поэтому уже при образовании пены из нее выделя­ется жидкость. Избыточная жидкость из пленок, покрывающих газовые пузырьки, вытекает в каналы, возникающие в местах контакта трех пленок, и по ним стекает из верхних слоев пены в нижние в направлении силы тяжести до тех пор, пока градиент капиллярного давления не уравновесит силу тяжести.

Одновременно с перетеканием жидкости в каналы, когда давление в нижнем слое пены превысит внешнее давление, начинается вытекание жид­кости пены. Этот процесс называется синерезисом пены.

Скорость синерезиса определяется не только гидродинамическими характеристиками пены (размером и формой каналов, вязкостью жидкой фазы, градиентом давления, подвижностью поверхностей раздела жидкость-газ и др.), но зависит также от интенсивности внутреннего разруше­ния структуры пены (пленок и каналов) и разрушения столба пены. Умень­шение средней дисперсности и объема пены приводит к возникновению в ней избыточной жидкости и тем самым замедлению установления гидро­статического равновесия.

В свою очередь, при вытекании жидкости из пены давление в каналах понижается, соответственно повышается капиллярное и расклинивающее давление, что ускоряет коалесценцию пузырьков и разрушение столба пены.

Стабилизирующее действие адсорбционных слоев ПАВ, как кинетиче­ского фактора устойчивости пены, заключается в том, что они уменьшают скорость течения жидкости по каналам и пленкам пены, обеспечивают за­торможенность поверхностных слоев пленок и каналов и невозможность развития конвективного переноса, а также создают определенную зависи­мость профиля каналов от типа ПАВ и градиента давления.

Количественной характеристикой пены является ее кратность п, опреде­ляемая как отношение объема пены V_n к объему жидкости V , образующей стенки ее пузырьков. Скорость вытекания жидкости из пены и время установления капилляр­ного давления (при большом перепаде давления) зависят от высоты стол­ба пены, кратносги пены, типа и концентрации пенообразователя, концен­трации электролита и других добавок, вязкости жидкой фазы, температу­ры пены, присутствия в жидкой фазе твердых частиц.

Установлено, что с увеличением высоты столба пены скорость сине­резиса линейно возрастает, но уменьшается с увеличением кратности.

Одной из важнейших характеристик пены является ее дисперсность, которая определяет многие свойства и процессы, протекающие в ней, а также технологические качества пены. Для оценки дисперсности измеря­ют средний радиус пузырька, эквивалентного по объему сфере, условный диаметр и удельную поверхность раздела жидкость-газ. Кинетика измене­ния дисперсности отражает скорость внутреннего разрушения структуры пены в результате коалесценции.

При постоянной кратности пены скорость вытекания жидкости пропор­циональна квадрату ее дисперсности и обратно пропорциональна числу каналов в пене. При одинаковой кратности и дисперсности скорость синерезиса сильно снижается с уменьшением столба пены. С увеличением кон­центрации пенообразователя пена становится более высокодисперсной, что является основной причиной уменьшения скорости синерезиса. При одинаковых начальных условиях (кратности, дисперсности и т.д.) скорость синерезиса уменьшается обратно пропорционально увеличению вязкости жидкой фазы.

Реальные пены полидисперсны. Одним из факторов самопроизвольно­го разрушения пены является диффузионный перенос газа из маленьких пузырьков в более крупные. Он вызывается неодинаковым давлением газа в пузырьках. В пене каждый пузырек окружен несколькими пузырьками разных размеров, и между каждыми из них происходит диффузионный пе­ренос. Из наиболее мелких пузырьков газ диффундирует во все другие.

Основными факторами, определяющими скорость диффузионного раз­рушения пены, кроме степени полидисперсности, являются растворимость газа, коэффициенты диффузии, толщина пленок, поверхностное натяжение раствора, а также упругость адсорбционных слоев ПАВ. Последние умень­шают капиллярное давление в малых пузырьках при их сжатии и увеличи­вают его в больших пузырьках при их расширении.

Влияние температуры на устойчивость пен довольно сложно и связано с протеканием многих конкурирующих процессов. При повышении темпе­ратуры увеличивается капиллярное давление внутри пузырьков воздуха, а следовательно, растет скорость диффузионного переноса газа, увеличи­вается растворимость ПАВ, уменьшается поверхностное натяжение. Эти факторы способствуют кратковременному увеличению объема пены, но не стабильности. При повышении температуры увеличиваются тепловые колебания адсорбированных молекул и, следовательно, ослабляется ме­ханическая прочность поверхностного слоя, образованного молекулами ПАВ. Кроме того, вязкость пенообразующего раствора снижается, что увеличивает скорость течения жидкости из пленок пены, а также изменя­ются условия гидратации полярных групп ПАВ, что уменьшает устойчи­вость пены.

С понижением температуры скорость синерезиса возрастает, хотя вяз­кость пенообразующего раствора увеличивается. Это обусловлено тем, что с понижением температуры возрастает не только вязкость, но и повер­хностное натяжение, которое вызывает увеличение размеров пузырьков пены.

Большинство поверхностно-активных веществ стабилизирует пену в щелочной среде. Пенообразующая способность неионогенных ПАВ не зависит от величины рН среды в области значений от 3 до 9, Белковые ра­створы проявляют максимальную пенообразующую способность, как пра­вило, в изоэлектрической точке. При добавлении электролитов происхо­дит сдвиг изоэлектрической точки, одновременно с этим смещается и мак­симум ценообразования.

В водном растворе молекулы яичного альбумина, сывороточного альбумина и казеина находятся в виде глобул и большинство неполярных групп создают гидрофобные области внутри глобулы. При адсорбции бел­ка на поверхности в результате избытка свободной энергии на границе раздела фаз происходят конформационные изменения адсорбированных молекул, так как нарушается равновесие сил, стабилизирующих глобулу.

Процесс адсорбции белковых макромолекул обусловлен медленной диффузией и медленной ориентацией их на границе раздела фаз, на что требуется несколько часов в отличие от низкомолекулярных ПАВ, для ко­торых образование равновесного адсорбционного слоя происходит прак­тически мгновенно.

Развертывание белковых макромолекул на границе раздела фаз сопровождается глубокими изменениями в третичной структуре, вследствие чего большинство гидрофобных групп ориентировано к воздушной фазе Агрегация денатурированных макромолекул сопровождается нарастани­ем прочности межфазного адсорбционного слоя.

Стабилизация пен поверхностно-активными веществами, способны­ми образовывать адсорбированные межфазные слои с особыми структур­но-механическими свойствами, может привести к практически неограни­ченному повышению устойчивости дисперсной системы.