Физико-химические основы производства низкокалорийного мороженого

Физико-химические основы производства низкокалорийного мороженого

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Факультет технологии пищевых производств

Кафедра «Технология пищевых производств»

КОНТРОЛЬНАЯ СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Физико-химические и биохимические свойства молока и молочных продуктов»

Вариант 8

«Физико-химические основы производства низкокалорийного мороженого»

Выполнила:

студентка группы ПП-352 МУЛДЫКЕШЕВА К.Г.

Проверила:

ст. преподаватель каф. ТПП,

канд. биол. наук КОРОТКОВА А.А.

Волгоград, 2014

Содержание

1. Технологические воздействия

2. Физико-химические и биохимические процессы

Список использованных источников

. Технологические воздействия

При пастеризации 80-85 оС 50-60 с происходит агрегация фосфата кальция и денатурация белков. В результате агрегации фосфата кальция образуется необратимая минерализация казеинаткальцийфосфатного комплекса, что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Вследствие денатурации белков идет понижение термоустойчивость молока.

При гомогенизации 80-85 оC, 12,5-15 МПа осуществляется диспергирование и агрегирование частиц, в результате повышается вязкость смеси, что обеспечивает образование мелких кристаллов льда при замораживании смеси.

При охлаждении 4-6 оC происходит отвердевание молочного жира, что приводит к улучшению взбиваемости смеси.

При созревании 6 оC идет гидратация белков и отвердевание жировой дисперсии. В результате гидратации белков связывается свободная влага, предотвращается образование крупных кристаллов льда при замораживании, и обеспечивает кремообразную консистенцию. Отвердевание жировой дисперсии приводит к повышению вязкости смеси.

В процессе фризерования идет насыщение смеси воздухом и замораживание от минус 2 оC до минус 5 оC происходит кристаллизация глицеридов молочного жира в жировых шариках и пенообразование, она способствует получению однородной консистенции и увеличению объема продукта.

В результате закаливания от минус 15 оC до минус 18 оC идет дополнительная кристаллизация глицеридов молочного жира в жировых шариках, что приводит к уплотнению консистенции и кристаллизации остаточной свободной влаги.

. Физико-химические и биохимические процессы

Агрегация фосфата кальция

В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. Эти изменения могут иметь необратимый характер. В плазме молока нарушается соотношение форм фосфатов кальция: часть гидрофосфатов и дигидрофосфатов кальция, находящихся в растворенном состоянии, переходит в плохо растворимый фосфат кальция:

3CaHPO4 Ca(PO4)2+H3PO4

Ca(H2PO4) Ca3(PO4)2+4H3PO4

Образовавшийся фосфат кальция агрегирует и в виде коллоида осаждается на казеиновых мицеллах. При этом происходит необратимая минерализация казеинаткальцияфосфатного комплекса, что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть его выпадает на поверхности нагревательных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками так называемый молочный камень. Таким образом, после пастеризации снижается количество растворимых солей кальция (в среднем на 11-50 %) [1].

Денатурация белков

Сывороточные белки являются наиболее термолабильной частью белков молока - в процессе пастеризации они подвергаются сравнительно глубоким изменениям. Сначала происходит их денатурация, то есть конформационные изменения белковых молекул с нарушением третичной и вторичной структур, в результате которых компактно свернутая молекула превращается в беспорядочный клубок; далее наступает агрегация денатурированных частиц за счет взаимодействия SH-групп.

Тепловая денатурация β-лактоглобулина (β-Лг) протекает по общепринятой схеме: развертывание белковых молекул - агрегация денатурированного белка.

Тепловая денатурация β-Лг представляет собой четырехстадийный процесс. На первой стадии при повышении температуры молока до 40 оC и выше происходит диссоциация димера ß-лактоглобулина на два мономера. Дальнейшее повышение температуры до 70 оC и выше на второй стадии сопровождается конформационными изменениями мономеров ß-Лг: молекулы постепенно развертываются с освобождением SH-групп (остаток цистеина 121 или 119 полипептидной цепи). Присутствие одной тиольной группы на одну молекулу белка очень важно для последующих реакций, которые способствуют образованию агрегатов ß-Лг и тем самым препятствуют повторному свертыванию полипептидных цепей. Третья стадия процесса тепловой денатурации ß-Лг при температуре выше 75 оC характеризуется образованием с помощью S-S-связей агрегатов белка небольшого размера. В течение четвертой стадии, скорость которой значительно ниже скорости третьей стадии, из небольших агрегатов образуются сравнительно крупные агрегаты.

После нагревания до 70-80 оC небольшая часть денатурированных молекул ß-Лг сможет восстановить свою нативную структуру. Обратимость денатурации ß-Лг, вероятно, зависит от температуры нагревания и продолжительности выдержки при ней (в соответствии с рисунком 2.2).

Степень денатурации и агрегации белков зависит от температуры, продолжительности ее воздействия на молоко и рН раствора [2].

Пастеризация обеспечивает:

Вызывает существенное снижение количества вегетативных микроорганизмов в смеси, уничтожая все патогенные микрооргнизмы, которые могут находиться в ингридиентах;

Переводит сухин вещества в раствор;

Способствует смешиванию, растапливания жир и уменьшая вязкость;

Улучшает вкус и аромат смесей;

Увеличивает срок годности до нескольких недель;

Увеличивает однородность продукта.

Рисунок 2.2 - Кривые дифференциальной сканирующей калориметрии тепловой денатурации белков

Диспергирование и агрегирование частиц

Гомогенизация предназначена для увеличения степени диспергирования жировой фазы, повышает стабильность жировой эмульсии продукта.

В процессе гомогенизации могут меняться форма и структура казеиновых мицелл. Приобретают неровные края, их поверхность как бы разрыхляется, оголяются гидрофобные участки, при этом происходит диспергирование и агрегирование частиц (в соответствии с рисунком 2.3).

Степень диспергирования жира зависит от температуры и давления гомогенизации [1]. В результате диспергирование и агрегирование частиц повышается вязкость смеси, что препятствует образованию крупных кристаллов льда при фризеровании.

Рисунок 2.3 - Фрагмент новой оболочки жирового шарика, образующейся после проведения гомогенизации

Отвердевание молочного жира

В процессе созревания смеси происходит отвердевание примерно 50% молочного жира, вызванное кристаллизацией некоторых глицеридов. Белки молока в процессе выдержки набухают, поглощая влагу, происходит адсорбция некоторых компонентов смеси на поверхности жировых шариков. В результате вязкость созревшей смеси возрастает, а количество находящейся в свободном состоянии воды уменьшается, что препятствует образованию крупных кристаллов льда в процессе замораживания смеси. Созревшая смесь во время фризерования более интенсивно поглощает и удерживает воздух, что улучшает ее взбитость и обеспечивает нежную структуру мороженого. Продолжительность созревания зависит от гидрофильных свойств применяемого стабилизатора [3].

Гидратация белков

При созревании смеси происходят гидратация белков молока, набухание стабилизатора или связывание им свободной влаги. При пастеризации степень гидратации белков значительно уменьшается, а при созревании смеси вновь увеличивается.

Процесс гидратации белков протекает сравнительно медленно, при этом белки проявляют гидрофильные свойства, и для восстановления прежнего равновесия необходимо время, и тем больше, чем выше была температура пастеризации. Стабилизаторы, набухая, связывают большое количество свободной влаги и создают вместе с другими компонентами молочной смеси определенную упорядоченную структуру.

Имеющиеся в составе и расположенные на поверхности белковой макромолекулы гидрофильные амидные (-CO - NH -, пептидная связь), аминные(-NH2) карбоксильные (-COOH) группы притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхности молекулы. Окружающие белковые глобулы гидратной оболочки препятствует агрегации и осаждению, а следовательно, способствует устойчивости растворов белка [2].

Процессы связывания свободной влаги белками и стабилизатором, повышение в связи с этим вязкости, формирование ориентировочной упорядоченной структуры смеси обусловливают при ее замораживании равномерное по всей массе выкристаллизовывание свободной воды в виде мелких, не ощутимых на вкус кристалликов льда.

Отвердевание жировой дисперсии

При физическом созревании смеси происходит очень важный для формирования структуры и консистенции мороженого процесс отвердевания жировой дисперсии. Охлаждение до низких положительных температур созревания 0-6 °С и выдержка создают условия для образования сначала многочисленных центров кристаллизации, а затем мелких смешанных кристаллов глицеридов жировых шариков. Последние становятся непрозрачными, принимают угловатую форму, теряют частично оболочечное вещество, которое переходит в плазму, уменьшаются величина заряда и сила отталкиванию их друг от друга. Образуются кучки жировых шариков, повышающие вязкость смеси. За время созревания переходит в твердое состояние 42-50 % жира.

При дальнейшей выдержке отвердевание глицеридов жира значительно замедляется. В результате набухания белков, связывания свободной воды стабилизатором, отвердевания жировой дисперсии, структурирование смеси повышает ее вязкость, улучшаются структура и консистенция мороженого, увеличивается его взбитость, сокращается время для получения требуемой максимальной взбитости [1].

Созревшая смесь хорошо поглощает и удерживает воздух. Основную роль в этом играют отвердевшие жировые шарики. Кристаллический жир адсорбирует и удерживает на своей поверхности воздух. Продолжительность созревания, обусловливающая степень физико-химических изменений компонентов, оказывает влияние на взбитость, представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние продолжительности созревания смеси на степень взбитости мороженого

Кристаллизация глицеридов молочного жира в жировых шариках

Под действием центробежной силы смесь прижимается к стенке цилиндра, которая охлаждена от минус 16 оC до минус 18 оC. Смесь охлаждается, и по достижении криоскопической температуры в ней начинает замерзать вода. тепловое молоко жир белок

Криоскопическая температура, соответствующая началу замерзания смеси мороженого. На стенках фризера в смеси образуются мельчайшие кристаллика льда. По мере замерзания воды концентрация растворимых веществ в незамороженной части влаги повышается, а температура замерзания понижается. Поэтому для дальнейшего замерзания влаги в смеси фризерование необходимо проводить при постепенно понижающейся температуре продукта. Образованию крупных кристаллов льда внутри смеси препятствует наличие в ней стабилизатора, исключающего переохлаждение системы. Чем ниже температура фризерования и чем интенсивнее перемешивание смеси во фризере, тем быстрее образуются кристаллы льда и тем они мельче.

На величину кристаллов льда влияют, содержание жира в смеси и степень его дисперсности: чем они выше, тем меньше по размеру образуются кристаллы. Это связано с тем, что они возникают и растут только между жировыми шариками и рост их ограничивается расстоянием между шариками. Чем больше шировых шариков и чем они мельче, тем меньше расстояние между ними, мельче образующиеся кристаллы льда и тем гомогеннее структура мороженого, зависимость гомогенной структуры представлена в таблице 2 [5].

Таблица 2 - Зависимость гомогенности структуры мороженого (расстояние между жировыми шариками) от их диаметра

Пенообразование

В результате фризерования в смеси мороженого образуется еще одна среда - пена. Пена - дисперсия газа (чаще всего воздуха) в жидкой дисперсионной среде - представляет собой типичную лиофобную систему.

По дисперсности системы делятся на грубо- (более 1 мкм) и высокодисперсные (менее 1 мкм). Пены по размеру пузырьков относятся к грубодисперсным системам; размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу, лежит в пределах от долей мм до нескольких сантиметров. В смеси мороженого размер пузырьков газа от 10 до 100 микрон. Общий объём заключённого в пузырьках газа может в сотни раз превосходить объём дисперсионной среды - жидкости, находящейся в прослойках.

Структура пены определяется соотношением объемов газовой и жидкой фаз. В зависимости от этого соотношения пены могут иметь сферическую форму ячейки (шаровая пена), полиэдрическую или переходную ячеистую.

Структура полиэдрических пен описывается правилом Плато: три пузырька, стенки которых встречаются под углом 120° (в соответствии с рисунком 2.8), образуют механически устойчивую систему.

Стабилизация пен достигается с помощью ПАВ (эмульгатора). Без эмульгатора устойчивые пены не получить. Прочность и продолжительность существования пены зависит от свойств и содержания пенообразователя, адсорбированного на межфазной границе. Разрушение пены происходит по трем механизмам: вытекание жидкости из пены (синерезис), обусловливающее утончение пленок без изменения объема пены; укрупнение больших ячеек пены и исчезновение маленьких из-за диффузии газа через плёнки; разрыв пленок, приводящий к разрушению пены. Преобладание одного или другого механизма зависит от многих факторов.

Свойства пен обычно характеризуют следующими параметрами: кратностью - отношением объема пены к объему раствора, пошедшего на образование пены; стабильностью - временем существования элемента пены (пузырька, пленки) или определенного объема пены; дисперсностью - распределением пузырьков по размерам, или средним размером пузырьков.

Мороженое обладает такой характеристикой, как взбитость. Взбитость - это аналог кратности пены. В жидкую смесь для мороженого в процессе производства вводят воздух [3].

Воздух распределен в эмульсии типа «масло в воде». Граница раздела между водой и воздухом стабилизируется тонкой пленкой из незаморроженного вещества, состоящего из белка и эмульгатора, и частично взбитых глобул жира. При изготовлении мороженого взбитость, то есть увеличение мороженого объема по сравнению с объемом смеси, достигается введением воздуха. следовательно, необходимо поддерживать постоянное количество вводимого воздуха.

Вода служит растворителем дисперсионной фазой. Во фризерованном мороженом вода присутствует как в жидкой, так и в твердой фазе. Поскольку добавленные растворенные вещества влияют на понижение точки замерзания. Соотношение твердая фаза: жидкая фаза, определяемое концентрацией растворенных веществ и температурой, существенно влияет на твердость мороженого. Источниками воды в смеси мороженого служат жидкие молочные продукты, сиропы или добавленная вода.

Рисунок 2.8 - треугольник Плато:

Дополнительная кристаллизация глицеридов молочного жира в жировых шариках

При замораживании с перемешиванием и охлаждением смеси от минус 3 до минус 4 оC происходит дополнительное отвердевание глицеридов молочного жира в виде наиболее легкоплавких глицеридов. Дополнительно отвердевший жир способствует повышению эффективной вязкости продукта и дальнейшему его структурированию. Отвердевшие жировые шарики адсорбируют на своей поверхности воздушные пузырьки, укоряя этим поглощение воздуха смесью и увеличивая его количество [2].

Список использованных источников

К. К. Горбатова «Химия и физика молока» 2004;

К. К. Горбатова «Биохимия молока и молочных продуктов» 2001;

Ю. А. Оленев, А. А. Творогова, Н. В. Казакова, Л. Н. Соловьева «Справочник по производству мороженного» Москва ДеЛи принт 2004;

Г. М. Азов, А. Г. Бурмакин, И. Б. Гисин, Г. М. Дезент «Справочник по производству мороженого» 1970 г;

Г. В. Твердохлеб, Р. И. Раманоускас «Химия и физика молока и молочных продуктов» 2006.