Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор. 11
1.1. Растворимость и скорость растворения сахарозы 11
1.1.1. Растворимость сахарозы 11
1.1.2. Скорость растворения сахарозы 16
1.2. Оборудование для приготовления сахарных сиропов . 21
1.3. Экструзия. Анализ технологии приготовления продуктов питания экструзионным способом. 22
1.4. Пенообразные структуры, их роль в кондитерской промышленности 31
1.5. Гигроскопичность карамели 36
1.6. Реологические методы исследования структурно-механических свойств пищевых продуктов 38
1.7. Выводы по обзору литературы 43
ГЛАВА 2. Структурно-механические свойства леденцовой карамели и совершенствование ее технологии 44
2.1. Моделирование реологических характеристик леденцовой карамели путем изменения рецептурного состава 48
2.1.1. Изучение реологических характеристик карамели с переменным рецептурным составом при резании 52
2.1.2. Обсуждение результатов изучения реологических характеристик карамели с различным рецептурным составом при резании 59
2.1.3. Изучение реологических характеристик леденцовой карамели с переменным рецептурным составом методом определения времени релаксации при заданном перемещении образца 62
2.1.4. Обсуждение результатов изучения реологических характеристик леденцовой карамели с переменным рецептурным составом методом изучения релаксации при заданном перемещении образца 69
2.2. Устройство для получения гомогенных сахарных растворов при производстве карамели с высоким содержанием сахарозы 71
2.2.1. Устройство для получения гомогенного сахарного раствора 72
2.3. Разработка способа получения высоко хрупкой карамели 76
ГЛАВА 3. Разработка технологии получения карамели с заданными структурно-механическими свойствами методом термопластической экструзии 83
3.1. Изучение возможности получения карамели методом термопластической экструзии 84
3.1.1. Влияние кислоты на качество экструдата 85
3.1.2. Влияние температуры экструзии на качество экструдата 88
3.2. Изучение структурно-механических характеристик карамели, полученной методом
термопластической экструзии 91
3.2.1. Методика проведения эксперимента 92
3.2.2. Влияние состава антикристаллизатора на реологические характеристики экструзионной карамели 93 Изучение реологических характеристик экструзионной карамели при резании 94 Изучение реологических характеристик экструзионной карамели методом определения времени релаксации напряжения сдвига 102
3.2. Способ получения карамели с повышенной упругостью
ГЛАВА 4. Получение карамели с высоким содержанием газообразной фазы 117
4.1. Разработка технологии получения пористой карамели 118
4.1.1. Методика проведения экспериментов получения пористой карамели 119
Метод определения органолептической оценки пористой карамели
Методы определения физико-химических показателей карамели 121
Методы определения реологических характеристик пористой карамели 123
4.1.2. Результаты исследований физико-химических, реологических и органолептических показателей пористой карамели 123
Изучение влияния количества сухой смеси и температуры ее внесения на органолептическую оценку пористой карамели 123
Изучение влияния количества сухой смеси и температуры ее внесения на физико-химические показатели пористой карамели 125
Исследование влияния количества сухой смеси и температуры ее внесения на реологические характеристики пористой карамели 127
4.2. Разработка способа получения пористой карамели 136
ГЛАВА 5. Влияние технологии производства карамели на ее гидрофильность 141
5.1. Влияние рецептурного состава и способа производства на способность карамели к растворению 144
5.2. Влияние рецептурного состава и способа производства на кинетику поглощения влаги карамелью 153
5.3. Изучение величины адсорбции влаги карамелью при помощи дериватографии 159 5.5. Технология производства карамели с защитным покрытием из сахара 164
ГЛАВА 6. Выводы и рекомендации промышленности 169
Список использованной литературы
- Оборудование для приготовления сахарных сиропов
- Изучение реологических характеристик карамели с переменным рецептурным составом при резании
- Влияние температуры экструзии на качество экструдата
- Результаты исследований физико-химических, реологических и органолептических показателей пористой карамели
Введение к работе
Ассортимент кондитерских изделий представлен пятью группами продуктов: карамель, конфеты, мармеладо-пастильные изделия, шоколад, мучные кондитерские изделия. Они отличаются не только по органолептическим данным, способу производства, используемому сырью, но и по структуре. Не смотря на то, что каждой группе присущи изделия с различными структурно-механическими свойствами, способы определения этих свойств разработаны только для части кондитерских изделий. Таких как мармеладо-пастильные, мучные, шоколад. Таким образом, не учтенными остаются изделия, состоящие преимущественно из углеводов: карамель и конфеты.
Углеводы являются одной из основных групп органических веществ, составляющих основу питания человека. Основной функцией углеводов является обеспечение организма необходимой энергией: 50 - 60% энергоемкости пищи приходится на углеводы. Их энергоемкость составляет 15,7 кДж на 1г углеводов. Потребность взрослого человека, имеющего умеренные физические нагрузки, составляет 500 г углеводов в сутки [69]. Они являются наиболее распространенными в природу органическими соединениями. Основную роль в снабжении организма энергией, играет такой моносахарид как глюкоза. При соединении молекулы глюкозы с молекулой АТФ, происходит реакция замещения. Молекула АТФ превращается в АДФ -глюкозу, и так далее. При протекании этой реакции выделяется энергия, которую человек и использует в повседневной жизни. Таким образом, глюкоза является основным поставщиком энергии в организме человека.
Патока - смесь остаточных продуктов гидролиза крахмала, то есть смесь полимеров глюкозы разной степени полимеризации. Карамель хорошо растворима в воде. Сложив воедино все перечисленные качества карамели, можно сделать вывод, что она является ценным поставщиком энергии для организма человека.
Карамель, традиционно являясь кондитерским изделием, то есть «лакомством» предназначена не только для получения удовольствия потребителем. В то время как карамель является ценным продуктом с точки зрения питательных характеристик.
Существуют различные виды карамели, различающиеся по составу, способу получения, наличию или отсутствию начинки, виду начинки, наличию покрытия. Последние годы основное внимание в области совершенствования технологии карамели уделялось расширению ее ассортимента, изучению влияния рецептурного состава на ее физико-химические и сенсорные характеристики, а также разработке новых видов оборудования и совершенствованию приемов ее изготовления.
Одним из приемов для расширения ассортимента является применение натуральных и синтетических добавок для улучшения вкуса, аромата, консистенции и внешнего вида карамели [146, 113, 148, 129]. Г. О. Магомедов, А. Я. Олейникова и И. В. Плотникова разработали технологию получения «мягкой» карамели [64]. Разработаны новые виды карамели путем модификации ее рецептурного состава [127, 47, 131]. Для снижения энергоемкости карамели в последние годы получает все большее распространение использование в производстве карамели подсластителей и сахарозаменителей [132, 158]. В качестве сахарозаменителей могут использоваться некоторые многоатомные спирты (мальтитол, лактитол, сорбитол) и полимеры глюкозы (изомальтоза, гидрогенизированный глюкозный сироп). Для усиления сладости применяемых сахарозаменителей используют подсластители (аспартам, ацесульфам - К, сахарин и цикломат). Однако по данным последних исследований подсластители могут способствовать развитию различных аномалий в организме человека [62]. В связи с этим целесообразно проводить поиск новых способов производства низкокалорийной карамели.
Актуальность работы. Основным источником углеводов для человека являются кондитерские изделия. В продолжение всей истории развития
кондитерской промышленности одной из ее главных задач являлось расширение ассортимента выпускаемых изделий. Это позволяет не только обеспечить рентабельность производства, но и добиться удовлетворения спроса широкого круга потребителей.
В условиях динамического развития рыночных отношений в стране наблюдается устойчивый рост спроса на продовольственные товары, в том числе кондитерские изделия.
Карамель пользуется традиционным устойчивым спросом у населения. Однако отечественная кондитерская промышленность не всегда в состоянии в полной мере удовлетворить этот спрос. В настоящее время потребительский спрос на нетрадиционную карамель, в том числе, функционального и специального назначения отечественной промышленностью не удовлетворен. Часть кондитерского рынка удовлетворяется за счет импорта [32]. В связи с этим существует потребность во внедрении новых видов карамели, разработка которых невозможна без разработки методов оценки и контроля качества, изучения физико-химических и структурно механических свойств сырья, и готовой продукции.
Поэтому данная работа, направленная на изучение процессов, происходящих в производстве карамели, влияния рецептуры и способов производства карамели на ее структурно механические характеристики и разработку новых видов карамели является актуальной для развития отрасли.
Цель работы: создание новых видов конкурентоспособной карамели с различными структурно-механическими свойствами, обеспечивающими лучшую сохранность и усвояемость путем:
разработки методов оценки структурно-механических характеристик
карамели и изучения влияния рецептуры и способа производства на эти
характеристики;
разработки системы градации карамели по ее структурно-механическим
характеристикам и новых способов производства карамели с различными
структурно-механическими свойствами;
изучения гигроскопичности и других технологических характеристик предложенных новых видов карамели.
Научная новизна работы. На основе комплексных исследований разработаны:
система градации карамели по ее структурно-механических
характеристикам и методика оценки этих характеристик методом резания
и изучения релаксационных явлений при деформирующих нагрузках;
предложена система детерминирующих показателей, при помощи которой
описываются структурно-механические свойства карамели;
изучено влияние рецептурного состава карамели и, в частности,
химического состава антикристаллизатора, на структурно-механические
характеристики леденцовой, экструзионной и пористой карамели;
предложены способы влияния на структурно-механические свойства
карамели путем моделирования рецептурного состава и способа
производства карамели;
в качестве важной функциональной характеристики предложено оценивать
карамель по ее способности к растворению, разработана методика оценки
такой способности. Установлено влияние рецептурного состава карамели
на ее гидрофильность;
при помощи дериватографии установлено существование двух типов влаги
в карамели: поверхностно-адсорбционной и диффузионно-
гидратационной;
измерены количества поверхностно-адсорбционной влаги в зависимости от
рецептурного состава и исходной влажности карамели;
изучены статика и кинетика процесса адсорбции влаги карамелью в
процессе ее хранения. Предложены способы увеличения сроков хранения
карамели путем использования защитного покрытия из сахара;
получены обобщенные уравнения адсорбции влаги в зависимости от
продолжительности хранения и влажности среды для карамели с
различными видами защитного покрытия.
Практическая значимость. На основе теоретических исследований разработаны способы производства новых видов карамели:
высоко хрупкой леденцовой;
мягкой и хрупкой пористой;
упругой экструзионной.
Предложена методика оценки структурно-механических характеристик карамели, позволяющая контролировать качество выпускающей продукции. Предложена методика, позволяющая путем моделирования рецептурного состава карамели и, в частности, антикристаллизатора, изменять ее структурно-механические характеристики в широких пределах. Предложено устройство для получения гомогенного сахарного сиропа. На основе теоретического изучения закономерностей гидрофильности карамели разработан способ производства карамели пролонгированного срока годности путем использования защитного покрытия из сахара. Разработана методика расчета адсорбции влаги карамелью без покрытия и с покрытием из пчелиного воска и сахарозы в зависимости от влажности среды хранения и продолжительности хранения.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований опубликованы в научных изданиях и обсуждены на следующих научных конференциях:
Молодые ученые пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства). - Республиканская научно-техническая конференция - Москва, МГУПП (20-21). 12.1999;
Индустрия продуктов здорового питания - третье тысячелетие -Республиканская научно-техническая конференция - Москва, МГУПП (25-27).06.1999;
Технология продуктов повышенной пищевой ценности - Научно-практическая конференция - Кемерово, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - 2000;
4. Третья международная ежегодная конференция «Сахар - 2003». Повышение эффективности свеклосахарного комплекса - Москва, МГУПП (17-18).04.2003.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ. В том числе 2 патентов РФ.
Структура и объем работы. Работа содержит введение, пять глав, описывающих результаты исследования, выводы и рекомендации промышленности, список литературы и 18 приложений. Она изложена на 186 страницах основного текста, иллюстрирована 55 рисунками и 28 таблицами.
]]
Оборудование для приготовления сахарных сиропов
Экструзионные продукты пользуются все возрастающим спросом во многих странах мира. Только за период с 1985 по 1988 г. объем их потребления возрос от 1,2 до 2,0 раза в зависимости от страны. Экструзионные процессы оказались наиболее приемлемыми для пищевой промышленности, благодаря широким возможностям выпуска разнообразной продукции с относительно низкими капитальными затратами.
Экструзионная технология находит все новые области применения в связи с возможностью применения принципиально новых процессов, происходящих в экструдере. В настоящее время экструзионные технологии находят все большее применения при производстве макаронных изделий, готовых завтраков, кондитерских мучных изделий. В последние годы наметилась тенденция производства методом экструзии сахарных кондитерских изделий: шоколада, мармелада, жевательной резинки, конфет, мягкой карамели [156]. По данным [106] с 1975 по 1990 год доля конфетных изделий, выпускаемых по экструзионной технологии, к объему всех экструзионных продуктов возросла с 1 до 9%.
Экструзия - кратковременный высокотемпературный процесс, длительность которого не превышает 30 - 90 с. Основой экструзии является объединение в одном аппарате, называемом экструдером, процессов смешения, температурного фазового превращения и формования. Принцип работы экструдера заключается в перемещении экструдируемого сырья с его одновременным сжатием. В процессе движения экстру дируемая масса подвергается нагреванию за счет сил трения о внутреннюю поверхность цилиндра и поверхность червяка. Экструдеры делятся по конструктивному признаку на одно- и двухшнековые, и по способу нагревания экструдируемой массы на: автогенные, политропные и изотермические[66]. Процесс экструзии определяется как минимум тремя параметрами: влажностью экструдируемого сырья, температурой в различных зонах экструдера, скоростью вращения шнеков. В экстру дере, как правило, выделяют три основные зоны: зону питания (40 — 80 С), зону плавления (120 - 180 С) и зону формования - головка экструдера с фильерой (температура меньше 100 С) [155]. При такой температуре в зоне плавления биополимеры пластифицируются и переходят в высокоэластичное состояние, а затем в вязко текучее состояние, образуя расплав. При этом происходит желатинизация крахмалов. В соответствии с современной классификацией все экструдеры можно разделить на три основных группы [54]: - холодное формование (механические воздействия); - тепловая обработка и формование при низком давлении (механические и тепловые воздействия); - тепловая обработка и формование под высоким давлением (механическое, тепловое воздействие и структурное превращение).
Функциональные возможности экструзии чрезвычайно велики. Благодаря возможности совмещения различных процессов, она позволяет существенно упростить технологическую схему производства продуктов питания. Вопросами экструзии пищевых продуктов занимались: В. П. Юрьев [125], Д. В. Засыпкин [36], В. Б. Толстогузов [109], М. В. Цебренко [114], В. Н. Ковбаса [53], В. Г. Карпов [76, 126, 127], А. И. Жушман [35, 48], Н. Д. Лукин [34], А. Н. Остриков [71, 72].
В области пищевой промышленности основное внимание уделяется экструзионной обработке биополимеров белковой и углеводной природы. Согласно [123] экструзионные продукты питания делятся на три группы: - аналоги мясо- и рыбопродуктов (белок 70 - 90%, крахмал 10 - 30%); - готовые завтраки, сухие закуски, регуляторы функциональных свойств фаршей; - макаронные изделия быстрой варки, полуфабрикаты для чипсов и др. углеводсодержащие изделия(белок 10 - 30%, крахмал 70 - 90%).
В процессе экструзии пищевое сырье претерпевает не только физические воздействия, но и химические превращения. Крахмал и другие полимеры глюкозы плавятся, аморфные структуры из неупорядоченного высокоэластичного состояния переходят в вязко текучее. Структура расплавов, образуемая в зоне плавления экструдера, фиксируется затем в получаемых экструдатах [37].
В зависимости от технологического режима экструзии и вида фильеры можно получать экструдаты трех типов структур: пористой, волокнистой и однородной. Волокнистую и однородную структуры получают при использовании охлаждаемой головки экструдера. При получении экструдатов пористой макроструктуры применяют короткие и неохлаждаемые фильеры, что позволяет получать «взрывное» испарение воды в момент резкого сброса давления после выхода экструдата из фильеры [135].
Изучение реологических характеристик карамели с переменным рецептурным составом при резании
Принцип работы прибора основан на измерении внешнего воздействия неподвижного инструмента на образец, перемещаемый столиком в соответствии с заданными параметрами. Для определения структурно-механических свойств материалов прибор обеспечивает 8 режимов работы. Для определения реологических характеристик карамели использовали 2-й режим прибора «Определение прочностных свойств при изгибе и резании» и 8-й режим прибора «Определение времени релаксации при заданном перемещении образца». Эти режимы обладают наибольшей информативностью при изучении свойств карамели. Вопросы соотношения количеств сахара и патоки рассматривались ранее [70] с точки зрения влияния количества патоки на скорость роста кристаллов сахарозы при малых температурах. Но соотношение ингредиентов карамельной массы определяет и структурно-механические свойства карамели.
Для изучения влияния рецептурного состава карамели на ее реологические характеристики в лабораторных условиях получали образцы карамели по следующей методике.
Сахарный раствор готовили растворением расчетного количества сахарозы при температуре выше необходимой для получения насыщенного сахарного раствора. В приготовленный раствор вносили расчетное количество патоки с температурой не ниже температуры сахарного раствора. Полученный сахаро-паточный сироп подвергали увариванию до заданного значения концентрации сухих веществ. Содержание сухих веществ ориентировочно контролировали по температуре кипения сахаро-паточного сиропа. Уваривание продолжали до температуры 125 - 135 С, что соответствовало содержанию влаги 2,5% [107]. Уточнение содержания влаги в готовой карамели проводили методом высушивания [18]. Отличия в содержании влаги между отдельными образцами составляли не более 0,3 %-У варенную карамельную массу разливали в тефлоновые цилиндрические формы. После охлаждения образцы подвергали изучению на приборе «Структурометр-CTl» при комнатной температуре.
В качестве сырья использовали сахар рафинированный, согласно ГОСТ 22-94 [15] и карамельную патоку производства ОАО «Ибредьпатока». Рецептурный состав образцов приведен в табл. 2.1.
Методика исследований заключалась в погружении в исследуемый образец режущего инструмента со скоростью 30 мм/мин до момента разрушения образца. При этом фиксировались: - сопротивление проникновению режущего инструмента в образец, Па; - продолжительность процесса резания до разрушения образца, с; - глубина проникновения режущего инструмента в образец, мм. Режущим инструментом выбран нож. Благодаря использованию этого инструмента, возможно наиболее точное определение Ркр, так как при достижении величины критического давления, образец полностью разрушался, и автоматически происходила остановка, производимых прибором замеров. Исходные параметры процесса: - начальная сила, действующая на образец F0 = 0,5 Н; - скорость деформации ds/dr= 30 мин"1.
Данные, полученные в результате проведения экспериментов по определению пластичности образцов с различным соотношением сахара и патоки, представлены в приложении 1, табл. 1.
По экспериментальным данным построены зависимости динамики прочностных свойств карамели при резании, представленные на рис. 2.6. По оси абсцисс отложено время проведения эксперимента, а по оси ординат -прилагаемое к образцу напряжение. Кроме того, построены диаграммы, описывающие величину критического напряжения сдвига, критической силы и критической величины деформации от рецептурного состава (рис. 2.7).
Влияние температуры экструзии на качество экструдата
Исследования по разработке технологии производства карамели методом экструзии проводились во Всероссийском НИИ крахмалопродуктов.
Экспериментальная установка состояла из одношнекового экструдера, с приводом от электродвигателя постоянного тока с возможностью плавного изменения частоты вращения шнека и щита автоматического управления. Конструкцией экструдера предусмотрена возможность смены шнека и насадок с фильерами.
На первом этапе исследований были проведены ориентировочные, предварительные опыты по изучению возможного диапазона изменения рецептурного состава карамельной массы. В качестве ингредиентов использовали: сахар, карамельную патоку, желирующий картофельный крахмал, окисленный желирующий крахмал, набухающий крахмал тапиоки, пальмовое масло, гуар, декстрины, экструзионный кукурузный крахмал, пшеничный и кукурузный сгущенные экстракты, лимонную кислоту.
В процессе исследований вначале готовили исходную смесь ингредиентов, рассчитывали количество воды, необходимое для придания смеси однородной структуры.
В результате проведения предварительных экспериментов установлено: в процессе экструзии сахар поддается эффективному плавлению без остаточного содержания кристаллов и видимого нарастания цветности; без достаточного количества антикристаллизатора в расплаве сахара сразу после выхода из экструдера начинается процесс кристаллизации. Отвердевание смеси происходит в течение 30-60 с в виде монолитного блока сахара; эффективными антикристаллизаторами являются патока, различные виды крахмалов и декстрины; увеличение содержания крахмалов в рецептурной смеси приводит к получению непрозрачной, пластичной неньютоновской массы, подвергающейся стеклованию в течение 30-90 с. Застеклованная масса имеет свойства хрупкого тела; при чрезмерных количествах крахмала он не подвергается в процессе экструзии достаточной степени гидролиза даже при высокой концентрации кислоты и придает карамели вкус сырого крахмала; пальмовое масло несколько снижает твердость высоко крахмальных образцов, но даже при расходах 3-5 % не в состоянии обеспечить приемлемые упругие свойства полученным экструдатам, что, очевидно, объясняется тем, что масло, как поверхностно-активное вещество располагается на поверхности раздела фаз системы «расплав-воздух» и не включается в структуру экструдата; на органолептические и химические характеристики экструдатов значительное влияние оказывают состав антикристаллизатора, концентрация кислоты и температура процесса. Влияние кислоты на качество экструдата
Показатели качества карамели, полученной экструзионным способом, зависят от состава антикристаллизатора. В присутствии кислоты химический состав антикристаллизатора претерпевает изменения в процессе экструзии, поэтому при выполнении исследований изучалось одновременное влияние на качество экструдата двух значимых факторов - соотношения декстринов и крахмала и количество кислоты. Были использованы следующие соотношения декстрина к крахмалу: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 и 0/100. Проведено 4 серии опытов, в каждом из которых использованы указанные соотношения составных частей антикристаллизатора при постоянном количестве кислоты. Во всех опытах на 200 г сахара брали 100 г антикристаллизатора ( соотношение 2:1). Расход кислоты в каждой серии был равен 3, 6, 9 и 12 % масс. В опытах использовали лимонную кислоту, традиционно применяемую при получении карамели. Во всех опытах использовали набухающий крахмал тапиоки. Содержание влаги в исходной смеси во всех образцах было одинаково и составляло 30 % к массе СВ смеси.
В экструдатах контролировали количество редуцирующих веществ, содержание которых характеризовало глубину гидролиза биополимеров в процессе экструзии. Экструдаты оценивали также органолептически по 30-бальной шкале. Оценка проводилась по 4 показателям качества: «вкус и аромат», «структура и консистенция», «цвет и внешний вид» и «форма». Низкие значения суммарной оценки всех образцов объясняются тем, что показатель «вкус и аромат», имеющий наибольший коэффициент значимости, равный 4, в связи с отсутствием пищевкусовых добавок в рецептуре исходной смеси, оказался незначительным. В табл.3.1. приведены рецептурный состав образцов и показатели оценки качества экструдатов.
На рис. 3.1. и 3.2. приведены графические зависимости содержания РВ в экструдате и его комплексная органолептическая характеристика в зависимости от кислотности исходной смеси. Как видно из данных табл. 3.1 и рис. 3.1. и 3.2., степень кислотного гидролиза углеводов антикристаллизатора возрастает с увеличением содержания в нем крахмала. Очевидно, крахмал, имея более крупные по сравнению с декстринами молекулы, более подвержен высокотемпературному гидролизу кислотой. Незначительную разницу в степени гидролиза для образцов с различным содержанием кислоты может быть объяснена небольшой каталитической активностью лимонной кислоты. Все исследованные образцы имели невысокую органолептическую оценку. Более высокими баллами оценены образцы, содержащие равные доли декстрина и крахмала, образцы с высоким содержанием кислоты имеют более низкую оценку.
Результаты исследований физико-химических, реологических и органолептических показателей пористой карамели
Исследованиями показано, что, в основном, с ростом концентрации сахара в традиционной карамели растут и свойства хрупкости. Однако для экструзионной карамели эта зависимость менее выражена и экструзионная карамель с содержанием сахара 60-80 % обладает значительными свойствами упругости.
Упругие свойства экструзионной карамели связаны с присутствием в ней образовавшиеся при ее стекловании пузырьков водяного пара. Для обеспечения требуемого количества пузырьков пара необходимо обеспечить соответствующий профиль охлаждения экструдата, снижение избыточного давления внутри расплава, обеспечивающего необходимуюскорость образования пузырьков пара и соответствующую вязкость расплава. Экспериментально установлено, что для достижения оптимального содержания в экструдате пузырьков скорость охлаждения должна составлять 15-40 град, в мин. в зависимости от исходной влажности смеси.
В процессе конденсации влаги в пузырьках пара создается разрежение за счет уменьшения объема, занимаемого водой в парообразном и сконденсированном состояниях. Повышение разряжения внутри пузырьков препятствует продвижению молекул воды вглубь карамельной массы. При этом на границе раздела: «твердая карамельная масса - водяной пар» создаются флуктуации механических напряжений, аналогично известному состоянию предварительно напряженного состояния стали. Описанная структура и механизм формирования прочностных характеристик приводит к росту упругих свойств экструзионной карамели. Интегрально учитывая степень испарения воды из расплава экструдата и влияние остаточной влажности на реологические характеристики карамели влажность исходной смеси должна находится в пределах 10-15% масс.
Упругие свойства карамели обусловлены так же ее химическим составом, формируемым в процессе экструзии. Свойства упругости связаны со способностью карамели подвергаться значительным упругим деформациям без изменения своих геометрических размеров. При этом мгновенное восстановление первоначальной формы принято называть упругими свойствами, а процесс, характеризуемый постепенным восстановлением формы, растянутым во времени определяется как эластичность. Учитывая вышеописанную макроструктуру экструзионной карамели более уместно говорить о свойствах эластичности, нежели упругости. Мера перехода свойств эластичности в упругость связана через химический состав с микроструктурой карамели. Упругие деформации - это деформации, происходящие без разрушения первоначальной структуры. Такие деформации в карамели возможны лишь за счет упругих деформаций молекул, составляющих структуру стекловидной части экструзионной карамели. Стекловидная структура карамели состоит из отдельных молекул сахарозы и молекул антикристаллизатора, взаимодействующих между собой, в основном, за счет водородных связей. При нагрузках, выше критических водородные связи могут частично разрываться на отдельных участках с последующим восстановлением на новых участках. Такой характер взаимодействия отдельных молекул карамельной массы характеризует пластичные свойства, когда имеет место относительное перемещение слоев карамели относительно друг друга. Упругая деформация возможна только за счет распрямления вторичной, спиралевидной структуры биополимеров, которыми являются крахмал и продукты его неглубокого гидролиза (декстрины).
Монолитная структура карамели образуется только при определенном соотношении ингредиентов их физико-химических характеристик. Предлагаемая концентрация и состав антикристаллизатора, с учетом высокотемпературного гидролиза его ингредиентов (высокомолекулярных декстринов и крахмала) в процессе экструзии в кислой среде, в течение короткого времени экструзии (30 - 60 с) позволяют обеспечить необходимое соотношение ингредиентов карамели, соответствующее формированию монолитной микроструктуры его стекловидного тела.
Упругие свойства карамели могут быть оценены при помощи реологических характеристик. Степень упругости, в частности, характеризуется снижением силы воздействия на инструмент в процессе релаксации образца карамели после его первоначальной нагрузки. Высокие упругие характеристики соответствуют низким значениям показателя.
Из анализа реологических показателей, приведенных на рис. 3.6. - 3.9., 3.11, 3.12., и рис. п. 15.2 - п. 15.6 приложения 15 видно, что упругие (эластичные) свойства экструзионная карамель проявляет при содержании сахара 60-80 %, и соотношении патоки и крахмала в составе антикристаллизатора близкого к 2:1.
По результатам исследования предложен способ получения карамели с повышенными упругими свойствами путем высокотемпературной экструзии смеси сахара, антикристаллизатора. Предварительно готовят исходную смесь, состоящую из сахара и паточно-крахмального антикристаллизатора. Влажность исходной смеси должна обеспечивать достаточную степень парообразования и формирование необходимого количества пузырьков. Для этого содержание воды в исходной смеси должно находиться в пределах 10 - 15% масс. Соотношение сахара и антикристаллизатора устанавливают в пределах: 0,4-0,8 массовых долей сахара к 0,6-0,2 массовых долей антикристаллизатора.
В качестве антикристаллизатора используют смесь патоки и модифицированного крахмала, взятых в соотношении 2:1 - 3:1. При этом предпочтительно использовать экструзионный картофельный крахмал.
Процесс экструзии осуществляют в течение 30-60 с. За это время исходная смесь приобретает гомогенную структуру и нагревается до температуры 140-150 С. На выходе из экструдера перегретая масса, попадая под атмосферное давление, самопроизвольно вскипает и формирует пузырьки пара в расплаве. В момент получения экструдата, последний характеризуется невысокой вязкостью, пузырьки воздуха успевают эвакуироваться из объема расплава. Это приводит к интенсивному «пенению» расплава.
