Эмульгаторы и антиоксиданты
Рационально выбирая количество и вид эмульгатора, можно снизить содержание жира и тем не менее получить качественное изделие.
Эмульгаторы — это вещества, которые будучи добавленными к пищевому продукту, позволяют создать и поддерживать однородную смесь (дисперсионную систему) двух или более несмешиваемых веществ. В нашем случае несмешиваемые жидкости — это обычно масло (жир) и вода, и, как будет показано, влияние любого типа эмульгатора будет изменяться в зависимости от соотношения масла и воды, а также от того, присутствуют ли другие ингредиенты — такие, как крахмалы, белки и газообразная фаза. Моющее средство, добавленное в воду, делает возможным диспергирование жира (например, в случае мытья жирных тарелок, когда эмульгатор, добавленный к жиру, дает возможность воде распределяться в нем).
Эмульгаторы используются для уменьшения межфазного натяжения для обеспечения лучшей дисперсии дисперсной фазы и достижения большей стабильности. Эмульгаторы — это полярные липиды, имеющие две части: полярную, притягивающуюся к водной фазе (то есть гидрофильную часть), и неполярную, притягивающуюся к жировой или масляной фазе (то есть липофильная или гидрофобная часть). Эмульгаторы — это, в основном, сложные эфиры жирных кислот с многоатомными спиртами, такими как глицерин, сорбит, пропиленгликоль и сахароза. Некоторые соединения, действующие как эмульгаторы в продуктах питания, также проявляют комплексообразующие свойства с крахмалом и белком. Термин «эмульгатор» не идеален, свойства этих веществ лучше описывает термин «поверхностно-активное вещество» (ПАВ). Все эти ПАВ эффективны при малых количествах (менее 2% общей массы рецептурных компонентов), поэтому они классифицируются как ингредиенты, вводимые в малых дозах, или пищевые добавки.
Функции эмульгаторов при приготовлении печенья
Жиры при приготовлении печенья снижают твердость, ограничивая набухание клейковинной структуры в тесте. С помощью небольшого количества эмульгатора жировая фаза распределяется в тесте более однородно между его гидрофильными компонентами (мукой, сахаром и т. д.), и поэтому структура жирового продукта более эффективна в тесте в виде шариков, чем в виде пленок.
В целях снижения содержания жира в продуктах питания для уменьшения калорийности было выполнено много исследований по созданию печенья с пониженным содержанием жира, которое в то же время обладало пищевыми свойствами, аналогичными исходным изделиям. Непосредственное уменьшение содержания жира в тесте связано с увеличением содержания воды для получения консистенции, пригодной для формования тестовых заготовок, а дополнительное количество воды увеличивает гидратацию белка муки и образование клейковины. Это, в свою очередь, приводит к образованию более плотного теста и более твердого печенья. Рационально выбирая количество и вид эмульгатора, можно снизить содержание жира и получить печенье удовлетворительного качества.
Виды соединений
Значение ПАВ заключается в том, что они уменьшают силы поверхностного натяжения на границе раздела двух обычно несмешиваемых веществ, растворяясь в них или образуя с ними комплексы. Этот сложный с точки зрения физической химии процесс в случае воды и масла можно просто объяснить взаимодействием молекул с молекулами, имеющими полярные и неполярные части. В зависимости от размера и свойств полярных и неполярных частей молекулы действие эмульгатора различно и зависит от доминирования жира или воды, поэтому для каждого применения необходимо выбрать наиболее эффективное соединение. Определенные виды эмульгаторов обладают комплексообразующими свойствами с амилозой крахмала. Соединения с одной цепью насыщенной жирной кислоты, по-видимому, образуют спиральные структуры с амилозой, которая влияет на процесс клейстеризации крахмала и уменьшает способность амилозы диффундировать из крахмала в присутствии горячей воды. Это комплексообразование влияет на газоудерживающую способность теста, замедляет черствение хлеба, уменьшает слипаемость макаронных изделий, в присутствии горячей воды улучшает свойства восстановленного картофельного пюре и т. д. С белками муки может проявляться другой тип взаимодействия, при котором происходят изменения вязко – упругих свойств клейковины, что улучшает устойчивость теста при замесе и обработке на машинах. Этот механизм не вполне ясен, но, вероятно, важную роль в нем играют ионные связи с белками муки. Влияние некоторых ПАВ на твердую фазу жира может использоваться в жировых продуктах для замедления полиморфных изменений, ведущих к образованию кристаллов с менее полезными свойствами. Так, α – и β’- формы лучше для начинок, чем наиболее стабильные (3-формы, в которые другие формы со временем превращаются. Технология эмульгаторов столь разнообразна и сложна, что является в настоящее время отдельной самостоятельной отраслью.
Лецитин
Это природное пищевое вещество, встречающееся во всей живой материи, в значительных количествах содержится в желтке яиц (8-10%) и соевых бобах (2,5%) — основных источниках растительного лецитина. Являясь природным веществом, лецитин не подлежит законодательному контролю, что отличает его от других веществ, описываемых ниже.
Имеющийся в продаже лецитин почти полностью получен из сои, что определяется его стоимостью. Его извлекают из бобов с помощью растворителей, но состав его различен и всегда включает заметную долю соевого масла. Производство и состав лецитина подробно описаны в работе [1], где приведено также содержание основных ингредиентов, %:
| ♦ | соевое масло | 35; |
| ♦ | лецитин (фосфатидил холин) | 18; |
| ♦ | кефалин (фосфатидил этаноламин) | 15; |
| ♦ | инозит фосфатиды | И; |
| ♦ | другие фосфолипиды и полярные липиды | 9; |
| ♦ | углеводы (стерин, глюкозид) | 12. |
Эмульгаторами являются фосфолипиды, имеющие сильное полярное сродство. Значение их в разных образцах различно, и обычно для обозначения используют термин «ацетононерастворимые». Лецитин, поступающий в продажу, — это пастообразная жидкость, которая при избыточном применении придает неприятный привкус. Применяемое количество может быть выражено как доля от массы муки (обычно 0,5-1,0%) или жира (до 2%). Мы предпочитаем дозирование лецитина в зависимости от количества жира, так как лучше всего использовать лецитин до введения в миксер, растворяя его в жире. Соевый лецитин не растворим в воде, но растворяется в теплых жирах и маслах, и поэтому удобно растворить лецитин в жире до введения его в смесь. Поставляется также очищенный и модифицированный лецитин в виде порошка. Обычно он представляет собой 50%-ную смесь с сухим обезжиренным молоком или лактозой. В такой форме он может быть разведен непосредственно в воде.
Используя лецитин в указанных выше количествах, можно получить более однородное по консистенции тесто, достигая при этом снижения содержания жира в тесте на 10% и получение печенья со сравнимыми потребительскими свойствами. Подробное описание различных видов синтетических эмульгаторов приведено в работе [2], и следующий раздел основан именно этой работе.
Моно- и диглицериды
Жиры и масла — это сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Этерификация в них завершена, и все три -ОН группы связаны с жирными кислотами, образуя триглицериды. В условиях частичной этерифиации формируются моно- и диглицериды (см. рис. 12.1).
 Рис. 12.1. Постепенная этерификация глицеринаа — глицерин; б — 1-моноглицерид; в — 2-моноглицерид; г — диглицерид; д — триглицерид (жир); -ОН — гидроксильная группа; R1, R2, Rз — радикалы жирных кислот |
Существуют две формы моноглицеридов, 1- и 2-моноглицериды, и, конечно, их компоненты, жирные кислоты, могут иметь различную длину цепи и степень ненасыщенное™. Глицериновая часть молекулы гидрофильна, а часть с жирной кислотой — липофильна. Моноглицериды — гораздо более эффективные эмульгаторы, чем диглицериды, и поскольку некоторые диглицериды (и триглицериды) присутствуют при синтезе моноглицеридов, для отделения и концентрирования моноглицеридов может быть применен метод молекулярной дистилляции.
Полиглицериновый эфир
Путем связывания вместе молекул глицерина (полимеризации) полярные части глицеридов могут быть увеличены, что делает их более гидрофильными (см. рис. 12.2). Теоретически можно получить весьма большие полимеры глицерина, хотя в настоящее время законодательством Великобритании по пищевым продуктам разрешены полимеры только до гексаглицерина.
Кислотные производные моноглицеридов
Полярная часть молекулы моноглицерида может быть увеличена и сдёлана более эффективной путем реакции с такими пищевыми кислотами, как молочная, лимонная, уксусная и диацетилуксусная винная (см. рис. 12.3 и 12.4).
Пропиленгликолевые сложные эфиры
Пропиленгликолевые эфиры — это сложные эфиры не глицерина, а очень близкого к нему соединения, пропиленгликоля (см. рис. 12.5). В некоторых применениях это небольшое изменение в структуре молекулы приводит к тому, что по своему действию пропиленгликоль сильно отличается от своего аналога, глицерина.
Рис. 12.2. Полиглицериновый сложный
Рис. 12.3. Моноглицерид сложного эфира лимон- эфирной кислоты
Рис. 12.4. Сложный эфир диацетилвинной кислоты с моноглицеридами (DАТЕМ)
Рис. 12.5. а — пропиленгликоль и Ь — пропиленгликолевый сложный эфир жирной кислоты 12.3.6. Стеароил лактилаты
Путем этерифицирования жирной кислоты (такой, как стеариновая (октадекановая) кислота) с полимеризованной молочной кислотой получают кислоту, которая при взаимодействии с натрием образует натрий стеароил лактилат (551) (см. рис. 12.6). Эта соль и кальций стеароил лактилат особенно эффективны в качестве ПАВ для образования комплексов с крахмалом.
12.3.7. Сложные эфиры сахарозы и сорбита
Для образования сложных эфиров с жирными кислотами со специфическими полезными свойствами (см. рис. 12.7) могут быть использованы другие соединения
с -ОН группами, а именно многозарядные спирты. Диапазон соединений расширяется за счет применения различных жирных кислот и других продуктов.
с -ОН группами, а именно многозарядные спирты. Диапазон соединений расширяется за счет применения различных жирных кислот и других продуктов.
Рис. 12.6. Натрий стеароил лактилат (SSL)
Рис. 12.7. Сложный эфир сахарозы Далее будет показано, что в зависимости от свойств жирной кислоты и типа соединения точки плавления эмульгатора или смеси эмульгатора соединение может быть жидкостью, пастой или кристаллическим твердым веществом. Иногда соединение может добавляться непосредственно в жир, воду или тесто; для достижения максимального эффекта в других случаях может оказаться необходимым сформировать смесь в горячей воде. Все эти возможности в сочетании с весьма сложными химическими наименованиями отнюдь не облегчают для технолога оценку применения этих соединений при приготовлении МКИ.
Для простоты ссылок наименования иногда сокращают до аббревиатур, например, GMS— глицеролмоностеарат; DATEM—диацетилированные сложные эфиры винной кислоты с моноглицеридами; SS— сорбитстеараты; SSL— натрий стеароил лактат.
Применение ПАВ еще больше осложняется использованием фирменных наименований, таких как Admulи Нутопо (FoodIndustriesLtd)’, Cresterи Crill (CrodaFoodProductsLtd); Dimodanи Promodan(DaniscoIngredients (UK) Ltd).
Печенье с пониженным содержанием жира
FМВRА [3] опубликовала результаты испытаний печенья двух видов: из теста с пониженным содержанием сахара и из песочного теста. В работе [4] приведен обзор использования эмульгаторов в печенье с большим содержанием жира, а в [5] подробно описаны исследования одного вида печенья из песочного теста.
В работе [3] показано, что содержание жира можно снизить на 15-20% в рецептурах как затяжного сладкого (печенье Marie),так и песочного теста (печенье Lincoln), используя сложный эфир DATEMв количестве 0,75% от массы жира, добавляемый совместно с жиром. В случае печенья Lincolnснижение количества жира отрицательно влияло на консистенцию теста, что требовало некоторого изменения содержания воды в рецептуре.
В работе [4] сообщается, что в [6] было показано, как SSLи SSF(натрий стеароил фумарат) в количестве 0,5% (от массы муки) оказывает заметное влияние на увеличение расплываемости печенья при выпечке. Описаны также проведенные исследования [7], показавшие, что SSLи ЕТО-Мопо (этоксилированные моноглицериды), по-видимому, особенно эффективны для смягчения текстуры печенья при использовании его в количестве около 0,4% (от массы муки).
Этому смягчающему действию на текстуру печенья уделяется большое внимание, поскольку при достижении желаемого качества оно позволяет снизить содержание жира (и стоимость печенья) [5]. Было изучено изменение вкуса по резльтатам дегустационных оценок и обнаружено, что сложные эфиры DATEM, SSLи сложные эфиры моноглицеридов и лимонной кислоты наиболее эффективны для смягчения текстуры. Предпочтительным способом введения для сложных эфиров DATEMи SSLбыло добавление их в тесто, а для сложных эфиров лимонной кислоты — добавление в воду для теста. Была показана возможность вычисления эквивалентности жирового продукта и эмульгатора в рецептуре печенья Lincoln(см. табл. 12.1). Эти значения добавок определялись на основе массы сухих ингредиентов.
В работе [8] констатируется, что SSL, SSFи SMG(сукцинилированные моноглицериды) улучшают качество печенья, изготовленного из сильной муки (которой заменили муку со слабой клековиной). Это может иметь практическое значение для корректировки ежегодных изменений свойств муки. Способность некоторых соединений образовывать комплексы с крахмалом и белком предоставляет интересные возможности для улучшения формования и механической обработки теста с низким содержанием жира, а также полуфабрикатов, изготовленных из смесей муки пшеницы и других зерновых (сорго и просо) — так называемой композитной муки. Наиболее перспективными из таких соединений представляются дистиллированные сложные эфиры GMSи DATEM, а также полиглицериновые эфиры.
Существует множество разнообразных рецептур печенья из муки и сахара, в которых варьируется содержание жирового продукта и сахара — от небольшого их количества до высокого содержания. В рецептурах с малым содержанием жира про-
Таблица 12.1. Соотношение жирового продукта (%) и эмульгатора (%) в качестве его альтернативы
| |||||||||||||||||||
блемы изготовления связаны с формированием клейковины, машинной обработкой, а также подъемом при выпечке, а в случае рецептур с высоким содержанием жира важнее проблема распределения жира для достижения максимального влияния на текстуру, липкость теста и предотвращения растекания при выпечке. В обоих случаях вода для теста — это раствор сахара, а поскольку некоторые эмульгаторы могут взаимодействовать с сахарозой в растворе, образуя гели, понятно, почему по-прежнему нет полной уверенности относительно типов эмульгаторов, которые следует использовать в тесте для печенья.
Некоторые сорта печенья выпускаются со значительным снижением содержания жира. Замена обычных шортенингов очень стабильными жировыми эмульсиями с ОЛТЕМ позволили получить довольно хорошие результаты, но по сравнению с поддающимися перекачиванию шортенингами с самой эмульсией работать сложно.
Применение эмульгаторов в тесте для печенья
Лецитин традиционно используется во многих видах печенья. Обычно его растворяют в жире перед добавлением к остальным ингредиентам. Это помогает распределению жира в тесте с незначительным содержанием сахара и улучшает эмульгирование при введении начинки в песочное тесто. Лецитин также обладает в значительной степени свойством взбивания жировых продуктов. С соевым лецитином сложно работать, но он очень эффективен и к тому же является натуральным материалом. Основным его недостатком как пищевого ингредиента является вкус, который он может придать изделиям при введении его в большом количестве.
Для совершенствования технологии печенья эмульгаторы могут иметь следующие способы применения:
- использование при замесе теста для печенья эмульсий, а не пластифицированных жиров;
- регулирование пластичности жира для теста и для начинки при хранении или при использовании непосредственно после кристаллизатора/эмульгатора путем изменения типа кристалла (сорбитмоностеарат и ненасыщенные моноглицериды);
- сохранение хорошей обрабатываемости теста в машинах и приемлемого подъема печенья в печи в более широком диапазоне изменений количества и качества белка в муке для крекеров и печенья с небольшим содержанием сахара (SSL и эфиры DAТЕМ).
- стабилизация эмульсий или суспензий, требуемых в качестве премиксов для автоматизированных смешивающих систем (тип зависит от природы компонентов премикса).
Эмульгаторы важны при изготовлении шоколадных конфет, глазури с шоколадным вкусом, карамели/ириса и маргарина, что имеет косвенное отношение к изготовлению печенья, и поскольку эта проблема очень обширна, мы рекомендуем читателю обратиться к специальной литературе.
Натуральных эмульгаторов довольно мало, и из них широко применяется только лецитин, получаемый в основном из бобов сои. Тем не менее, ценность специально изготовленных моноглицеридов глицерина или близких соединений была известна еще около 50 лет назад, а в последнее время стали активно разрабатывать и другие соединения со специфическими поверхностно-активными и комплексообразующими свойствами для пищевого производства.
Возможны различные применения пищевых эмульгаторов: - стабилизация масла в водных эмульсиях;
- стабилизация воды в масляных эмульсиях;
- модифицирование кристаллизации жиров;
- измерение консистенции теста, липкости и клейстеризации крахмала путем образования комплексов с крахмалом, белком и сахарами;
- эффект «смазки» для теста с низким содержанием жира.
- Эмульгаторы разрабатываются и становятся доступными быстрее, чем исследуется их применение. Многие потенциальные возможности этих соединений для производства печенья еще предстоит изучить. Известно, что на производстве существует отрицательное отношение к использованию химических веществ, классифицируемых как добавки. Применение эмульгаторов должно иметь нормативно-правовую основу, и в перечне ингредиентов изделия должны быть указаны их наименование или принятый кодовый номер
Помощь в применении эмульгаторов
Все крупные производители эмульгаторов предлагают свои услуги по помощи в их применении и техническую литературу. Используя эти возможности, можно сузить перечень типов, форм и комбинаций эмульгаторов, наилучшим образом соответствующих для определенного применения, а также выяснить текущее положение с допустимостью их применения. Остается проблема, заключающаяся в том, что применение эмульгаторов для изготовления печенья не вполне ясно понимается. Это обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, в процессе изготовления печенья существует много параметров и широкий диапазон рецептурных ингредиентов с их многочисленными взаимодействиями, поэтому испытания необходимо проводить под контролем специалистов по технологии печенья и эмульгаторов. Во-вторых, решающие исследования действия одного эмульгатора или комбинации нескольких требует тщательных испытаний на опытной установке, при которых для исследования значимости результатов по выбранным свойствам необходимо проведение статистически планируемых экспериментов. Средств для проведения проверок на опытных установках недостаточно, а стоимость экспериментов довольно высока.
Тем не менее, потенциальные возможности эмульгаторов в производстве печенья представляются хорошими, в связи с чем применение различных их видов будет, скорее всего, расти. Вместе с тем, необходимо учитывать, что существует сильное нежелание использовать добавки, если их технические или коммерческие достоинства не проверены.
Антиоксиданты
Антиоксиданты — это вещества, замедляющие появление и развитие окислительного прогоркания в жирах. Они могут быть полезны для продления срока хранения жиров до их использования при производстве МКИ и для увеличения срока хранения изделий. Наиболее распространенные антиоксиданты в производстве печенья — это ВНЛ (бутилированный гидроксианизол), ВНТ (бутилированный гидрокситолуол), пропилгаллат и ТВН(1 (третичный бутилгидрохинон). Полагают, что их действие основано на противодействии образованию свободных радикалов, которые вызывают и усиливают автоокисление.
- ВНЛ эффективен в животных жирах, относительно неэффективен в растительных жирах и хорошо выдерживает переход от теста к выпечным продуктам.
- ВНТ нерастворим в воде, дешевле ВНЛ, но аналогичен ему по свойствам.
- Пропилгаллат придает хорошую стабильность растительным маслам, но чувствителен к нагреву, разлагается примерно при 148 °С (температура центра печенья при выпечке достигает лишь около 105 °С). Он плохо выдерживает переход в выпечные продукты и плохо растворим в масле и воде.
- ТВНQ является наиболее эффективным антиоксидантом для большинства жиров, особенно растительных, хорошо выдерживает переход в выпечные продукты и растворим в жире.
Антиоксиданты обычно вводят в продукт, добавляя их в жиры. Наилучшим образом они действуют при внесении на начальном этапе, поэтому их должен добавлять производитель жировых продуктов на конечной стадии процесса очистки. Добавление антиоксидантов на стадии замеса теста обычно не дает однородного распределения, к тому же жир уже мог быть подвержен стадии окисления.
Антиоксиданты классифицируют как добавки, и поэтому их использование контролируется. ВНЛ, ВНТ, пропилгаллат и ТВН{2 в большинстве стран разрешены для использования отдельно или в сочетании на уровне, не превышающем 0,02% от массы жира (исключением является то, что ТВН(2 и пропилгаллат во многих странах запрещается использовать вместе).
Для продления срока годности продукта на антиоксиданты лучше не полагаться. Очень важна здесь правильная организация работы с жирами — используйте чистые резервуары, не храните жир слишком долго, никогда не перемешивайте теплый жир, как можно быстрее используйте жир из поврежденных коробок, где жир просочился через картон наружу.
Лауриновые жиры, кокосовое и косточковое пальмовое масло, широко используемые для получения начинок в производстве МКИ, очень устойчивы к окислительной порче, и поэтому они не нуждаются в добавлении антиоксидантов. В предотвращении гидролитического прогоркания антиоксиданты не эффективны.
Имеются некоторые данные, что сахароза в печенье действует как слабый антиоксидант. Возможно, сахар просто маскирует вкус возникающей прогорклости, но если это так, то добавление антиоксидантов в крекеры, в которых мало или совсем нет сахара, более важно, чем добавление в другие виды печенья.
Литература
- MINIFIE, В. W. (1989) Chocolate, Cocoa and Confectionery, 3rd edn. Van Nostrand Reinhold Inc.
- HUGHES, E. J. (1974) The Use of Emulsifiers in Baked Goods, British Chapter, A.S.B.E. Conference, November.
- FMBRA (1974) The Use of Emulsifiers in Biscuits, report on a non-confidential sponsored project on behalf of Food Industries Ltd, FMBRA.
- HUTCHINSON, P. E. (1978) Emulsifiers in Cookies — Yesterday, Today and Tomorrow, 53rd Annual Biscuit and Cracker Manufacturers Association Technologists’ Conference.
- BLIRT, D.J. AND THACKER, D. (1981) Use of emulsifiers in short dough biscuits. Food Trade Review, p. 344.
- TSEN, С. C. et al. (1973) High protein cookies, I. Effect of soy fortification and surfactants, Bakers Digest, 47, 4.
- HUTCHINSON, P. E. et al. (1977) Effect of emulsifiers on texture of cookies. Journal of Food Science, 42, 2.
- TSEN, С. C. et al. (1975) Using surfactants to improve the quality of cookies made from hard wheat flours. Cereal Chem. 57, 5
Дополнительная литература
- FLACK, E. A. and KROG, N. (1970) The functions and applications of some emulsifying agents commonly used in Europe, F.T.R., 40, August.
- HORN, J. D. (1970) Emulsifiers — A Practical Appraisal, British Chapter, A.S.B.E. Conference, November.
- STEWART, M. F. and HUGHES, E. T. (1972) Polyglycerol esters as food additives. Process Biochemistry, December.
- DEL VECCHIO, AJ. (1975) Emulsifiers and their use in soft wheat products. Bakers Digest, 49, 4.
- BADI, S. M. and HOSENEY, R. C. (1976) Use of sorghum and pearl millet flours in cookies. Cereal Chem., 53, 733.
- TSEN, С. C. (1976) Regular and protein fortified cookies from composite flours. Cereal Foods World, 21, 12.
- KROG, N. (1977) Function of Emulsifiers in Food Systems, Journal of American Oil Chem. Soc., 54, 124.
- HUGHES, E. J. (1978) Using emulsifiers for a consistent product, Bakers Review, July, p. 16.
- BUCK, D. F. and EDWARDS, М. K. (1997) Anti-oxidants to prolong shelf life. Food Tech. Intern., pp. 29-33.
Останні коментарі