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

1. Технологические воздействия

2. Физико-химические и биохимические процессы

Список использованных источников

1. 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.

2. 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

3Ca (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%).

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 в-лактоглобулина (в-Лг) протекает по общепринятой схеме: развертывание белковых молекул — агрегация денатурированного белка.

Тепловая денатурация в-Лг представляет собой четырехстадийный процесс. На первой стадии при повышении температуры молока до 40 оC и выше происходит диссоциация димера Я-лактоглобулина на два мономера. Дальнейшее повышение температуры до 70 оC и выше на второй стадии сопровождается конформационными изменениями мономеров Я-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 Я-Лг и тем самым препятствуют повторному свертыванию полипептидных цепей. Третья стадия процесса тепловой денатурации Я-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 Я-Лг сможет восстановить свою нативную структуру. Обратимость денатурации Я-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.

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. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.