Структура морозива, її формування та вплив на якість продукту

Морозиво – це складна дисперсна система, в якій повітряна фаза розподілена усередині досить стійких повітряних бульбашок у частково замороженому дисперсійному середовищі. Жир в морозиві знаходиться у вигляді жирових кульок як внутрішня фаза емульсії (за умови рідкого жиру) або суспензії (коли жир кристалізований). Сухий знежирений молочних залишок та стабілізатори знаходяться у колоїдному розчині. Цукор, солі та органічні кислоти утворюють істинні розчини.

Структура готового продукту суттєво залежить від фізико-хімічних та органолептичних показників сумішей для виготовлення морозива. За даними Ю.А.Оленева [2, 6], фізико-хімічні показники морозива повинні відповідати наступним вимогам (табл.5)

Таблиця 5

Фізико-хімічні показники морозива

Показник	Загартоване	М‘яке на молочній основі
На молочній основі	На плодово-ягідній основі
Вміст, %: Сухих речовин морозива Плодово-ягідної сировини СЗМЗ молочного жиру білку лактози цукрози вологи мінеральних речовин повітря (об‘ємний вміст) Відношення СЗМЗ/жир Кислотність, ºТ, не більше Збитість, % Опір таненню, хв	29,0-40,0   - 8,0-12,0 0-15 3,0-6,7 11,3/16,1 12-16,5 60,0-71,0 ≤2,65 33-47 ≥0,7 20,0-24,0 50-90 41,5-50,0	30,0-33,5   1,0-3,5 - - - - 27,0-32,0 66,5-70,0 - 29-41 - 40-70 -	29,0-36,0   - 10,0-14,0 0,0-0,8 3,7-6,7 9,3-14,8 14,0-16,0 64,0-71,0 ≤2,65 29-37 ≥1,5 24,0-29,0 40-60 36,3-45,2

Таблиця 5

Фізико-хімічні показники морозива

Показник	Загартоване	М‘яке на молочній основі
На молочній основі	На плодово-ягідній основі
Вміст, %: Сухих речовин морозива Плодово-ягідної сировини СЗМЗ молочного жиру білку лактози цукрози вологи мінеральних речовин повітря (об‘ємний вміст) Відношення СЗМЗ/жир Кислотність, ºТ, не більше Збитість, % Опір таненню, хв	29,0-40,0   - 8,0-12,0 0-15 3,0-6,7 11,3/16,1 12-16,5 60,0-71,0 ≤2,65 33-47 ≥0,7 20,0-24,0 50-90 41,5-50,0	30,0-33,5   1,0-3,5 - - - - 27,0-32,0 66,5-70,0 - 29-41 - 40-70 -	29,0-36,0   - 10,0-14,0 0,0-0,8 3,7-6,7 9,3-14,8 14,0-16,0 64,0-71,0 ≤2,65 29-37 ≥1,5 24,0-29,0 40-60 36,3-45,2

Чисельник: при температурі зберігання морозива –18...–20 ºС; знаменник: при температурі зберігання –25...–30 ºС.

Низькокалорійне морозиво може вміщувати 7...11 %.

 

Звичай но, сучасні види морозива у певній мірі відрізняються за вищевказаними показниками від наведених клсичним вимог.

Густина сумішей морозива залежить від їх складу та може становити 1,0544….1,1232 г/см³.

Гарна в‘язкість сумішей забезпечує необхідну збитість та опір таненню, формує консистенцію готового продукту. В‘язкість сумішей обумовлена їх складом (вмістом стабілізатору, білку, жиру, сухих речовин), гідратаційними властивостями білків та стабілізаорів, технологічним обробленням (температурні режими пастеризації, тиск гомогенізації, температура та тривалість визрівання, температурні режими фризерування). З підвищенням в‘язкості сумішей опір таненню та кремовидність структури збільшуються, але швидкість збивання зменшується. Але для швидкого фризерування сумішей на поточних лініях необхідна низька в‘язкість. Тому встановлювати певні межі значень в‘язкості для виробництва морозива недоцільно. Саме головне – це правильно збалансувати за складом та відповідним чином обробити суміш для одержання гарного за якістю продукту.

Під час виробництва морозива суміш піддають впливу багатьох специфічних технологічних операцій, внаслідок чого утворюється досить складна структура продукту, що характеризується певними розмірами кристалів льоду, бульбашок повітря та жирових кульок.

Ю.А.Оленев [2] наводить наступні вимоги до морозива (табл.6).

Таблиця 6

Рекомендовані характеристики компонентів дисперсної фази

готового морозива

Компоненти дисперсної фази морозива	Розмір, мкм
Допустимий діапазон	Середній
Кристали льоду Жирові часточки Повітряні бульбашки Кристали лактози	20-55 2,0-7,0 30-150 1,0-10,0	34,0 4,5 60,0 4,0

 

Ступінь деемульгування жиру – 20 %.

Для кристалів розміром більше 10 мкм у їх загальній кількості – не більше 0,1 %.

Вода складає близько 60...71 % від маси суміші морозива. В продукті вона знаходиться у вільній та зв‘язаній формах, а при температурах нижчих за кріоскопічну – у вигляді кристалів льоду. Зв‘язана волога – це асоційована вода, що міцно зв‘язана з різними компонентами: стабілізаторами, білками та частково цукрами за рахунок хімічних та фізичних зв‘язків. Вільна волога – це волога, не зв‘язана органічними речовинами та доступна для протікання біохімічних, хімічних та мікробіологічних реакцій.

Зв‘язана вода не замерзає при низьких температурах від –40 ºС і нижче, має обмежену молекулярну рухливість. Отже, чим більше зв‘язаної вологи в морозиві, тим менша загроза зростання великих кристалів льоду, тим краща структура продукту.

Вільна вода, що знаходиться у сумішах, при температурах, нижчих кріоскопічної виморожується. Кріоскопічна температура – це температура, при якій починають замерзати розчини, величина якої залежить від концентрації у розчині низькомолекулярних речовин та їх молекулярних мас. Так, кріоскопічна температура сумішей на молочній основі становить від – 2,3 ºС до – 3,5 ºС залежно від вмісту жиру. Після фризерування в морозиві близько 40...60 % води знаходиться у кристалічному стані, а після загартування - до 75...90 %. Після загартування дрібні кристали льоду зростаються в жорсткий кристалізаційний каркас, в результаті чого морозово набуває щільну консистенцію та високу міцність. У вершкових сумішах маса вимороженої води більша, ніж у пломбірних, тому що у останніх міститься більше вологозв‘язувальних речовин. В залишку невимороженої води сильно зростає концентрація цукру та солей, тому для заморожування таких розчинів необхідна температура –50...–55 ºС, хоча технологічної потреби у цьому немає.

Збільшення частки сухих речовин зменшує частку вимороженої води та дозволяє досягти більш високої збитості при тому ж мінімальному вмісті сухих речовин у морозиві, хоча при занадто високому вмісті сухих речовин (більше 40-42 %) продукт може бути «важким», з низьким вмістом повітря. Окрім того, збільшення вмісту сухих речовин підвищує температуру морозива.

Розміри кристалів льоду можна регулювати за допомогою технологічних заходів. Так, для покращання структури та консистенції морозива використовують стабілізатори – харчові біополімери, що з хімічної точки зору являють собою гідрофільні коллоїди полісахаридної або білкової природи. Ці речовини зв‘язують значну кількість вільної вологи та перешкоджають тим самим утворенню великих кристалів льоду, сприяють стійкості структури готового продукту при зберіганні.

На структуру морозива сильно впливають розміри кристалів льоду: якщо вони дрібні – структура ніжна, крупні – груба. З підвищенням вмісту у суміші сухих речовин зменшується кількість води, зростає концентрація цукру та солей, це викликає зниження температури заморожування, а кристалізація – при всіх інших рівних умовах – буде проходити з утворенням більш дрібних кристалів льоду.

Збільшення кількості жиру позитивно впливає на структуру та консистенцію морозива, при цьому відстань між жировими кульками зменшується, що в свою чергу сприяє одержанню продукту з меншими кристалами льоду. Так, підвищення вмісту жиру з 10 до 16 % майже вдвічі зменшує розміри кристалів льоду. Деяку позитивну роль відіграють також масткі властивості жиру.

Збільшення цукру у межах з 12 до 18 % у 1,4 рази знижує розміри кристалів льоду і тим самим покращує структуру морозива, хоча це можливе до певної межі, бо внесення більше 20 % цукру сприяє одержанню тістоподібної мיякої структури, швидкому плавленню. Збільшення кількості цукру зменшує збитість морозива.

На зростання кристалів впливає також вміст СЗМЗ, у тому числі білків. Так, при збільшенні СЗМЗ з 9 до 15 % розміри кристалів льоду зменшуються з 56 до 32 мкм при одночасному зниженні середнього діаметра повітряних бульбашок з 177 до 103 мкм. Морозиво при цьому набуває більш м‘якої консистенції.

Збільшення в‘язкості суміші сприяє опірності зростання льодяних кристалів. Підвищенню в‘язкості сприяє правильно проведена пастеризація та визрівання суміші, під час якого проходить набухання білків та стабілізаторів, зв‘язування вільної вологи. На розміри кристалів льоду також впливають: температура фризерування, гострота шкребків (чим вони гостріші, тим швидше знімається змерзла частина морозива зі стінок тонким шаром, миттєво утворюється багато центрів кристалізації для дрібних кристалів). Якщо ж шкребки тупі, то погано знімається намерзла маса, утворюється мало центрів кристалізації, процес заморожування стає тривалішим внаслідок погіршення теплопередачі тому, що утворюється льодяний шар на внутрішній поверхні циліндра фризера, внаслідок чого розміри кристалів льоду перевищують допустимі норми [9]. Низька температура фризерування покращує структуру морозива. Чим нижча температура хладоагента, тим швидше йде заморожування, що сприяє одержанню дрібних кристалів. Структура морозива покращується, якщо воно заморожене у фризері до максимально низької температури. Процес заморожування у фризері, у порівнянні з цим процесом у холодильній камері для загартовування, проходить дуже швидко. Тому у фризері морозиво треба заморожувати повніше, щоб зменшити термін його перебування у холодильній камері до повної готовності. Коливання температури у камері сприяє утворенню крупних кристалів льоду, так як при отепленні частина води з льоду переходить у водну фазу та, замерзаючи повторно відносно тривало, перетворюється в крупні кристали льоду.

На якість морозива суттєво впливає ступінь диспергування жирової фази.

В гомогенізованій суміші для морозива діаметр жирових кульок не повинен перевищувати 2 мкм. Жирові кульки суттєво впливають на структуру морозива за рахунок їх концентрування на поверхні розділу фаз повітря/плазма та створення структурно-механічного фактору стабільності молочних пін. Стійкість структури морозива багато в чому залежить від розмірів та стабільності жирових кульок. Поодинокі великі жирові кульки сприяють руйнуванню повітряних бульбашок, в той час як дрібні утворюють стабілізаційний каркас на їх поверхні. Окрім того, жирові кульки повинні бути достатньо стабільними. В іншому випадку за рахунок дестабілізованого жиру можливе «цементування» окремих жирових кульок у досить великі агломерати, що може бути причиною «неоднорідної» та «маслянистої» структури. Дестабілізація жиру є наслідком надмірного механічного впливу під час фризерування, неправильно проведеної гомогенізації (надмірний тиск для вершкових та пломбірних сумішей), нестатку у суміші емульгуючих речовин. Загальновідомо, що будь-який вільний жир є ідеальним піногасниким, тому при перевищенні вмісту дестабілізованого жиру більше 20-25 % здатність сумішей до збивання мінімальна. Суміш розтанувшого морозива при ццьому водяниста та неоднорідна, а при загартуванні та зберіганні утворюються великі скупчення агломерованих жирових кульок. Додаткове введення емульгаторів (особливо це стосується виробництва морозива з рослинними оліями та замінниками молочного жиру) дозволяє запобігти вищевказаних негативних явищ.

Самим характерним показником якості морозива є збитість, тобто насиченість його повітрям у вигляді дрібних повітряних бульбашок.

 

 

За даними Шидловської В.П. [12], стійкість повітряних бульбашок та їх розміри суттєво залежать від хімічного складу суміші для морозива та умов її фрезерування. Так, зі збільшенням вмісту жиру стійкість повітряних бульбашок збільшується, а розміри їх при цьому зменшуються. Наприкінці фризерування розміри бульбашок після досягнення певного мінімуму залишаються постійними.

Дисперсність повітряної фази суттєво впливає на консистенцію морозива. За умови перевищення середнього розміру повітряних бульбашок більше 60 мкм при максимальних розмірах більше 150 мкм, з‘являється загроза утворення грубокристалічної структури морозива. Якщо ж це проявляється у продукті з високим вмістом жиру, то можливе зниження опору таненню та поява часточок дестабілізованого жиру. Розміри повітряних бульбашок тим менші, чим більша в‘язкість сумішей морозива. На початку фризерування розміри бульбашок найбільші, але, внаслідок інтенсивного перемішування та збільшення в‘язкості, дисперсність повітря покращується.

Мала збитість веде до утворення щільної консистенції морозива, появи крупних кристалів льоду, а у вершковому морозиві – до появи крупинчатості. Занадто ж висока збитість приводить до утворення крихкої снігоподібної структури та пустого присмаку. Висока збитість може викликати осідання об‘єму морозива при зберіганні.

Збільшує збитість підвищений вміст сухих речовин у суміші та присутність у ній стабілізаторів структури, правильно проведені операції гомогенізації та фізичного визрівання. Зменшує збитість підвищений вміст жиру та цукру, а також введення у суміші какао-порошку, шоколаду, плодово-ягідної сировини. При використанні вершків замість вершкового масла насичення суміші повітрям покращується.

Збитість морозива повинна бути не меншою 35 % для морозива в глазурі або ароматизованому покритті на паличці, не меншою 60% для морозива у стаканчиках (вафельних і паперових), не меншою 50 % для морозива, виготовленого на лініях фірми “Техногель” та “Зуріс”, не меншою 60 % для морозива вагового та сімейного. Останнім часом за рахунок застосування нової техніки та стабілізаційних систем допускається збитість морозива до 120-160 % без погіршення його властивостей.

На практиці для визначення оптимальної збитості можна застосовувати формулу, у якій усі показники мають розмірності у відсотках:

Максимальна збитість = 2 · (жир + СЗМЗ + загальна маса сухих речовин)

Або ж оптимальну збитість можна встановити шляхом множення масової частки сухих речовин на коефіцієнт 3.

Якщо ці правила порушувати суттєво, то структура морозива не здатна у достатній мірі утримувати повітря.

Повітря перед введення у фризер очищують за допомогою повітряних фільтрів. Замість повітря у виробництві морозива можна використовувати інші продуктові гази, наприклад, азот.

З метою дотримання норм за розмірами кристалів лактози, що не повинні перевищувати 10 мкм, слід жорстко контролювати вміст у морозиві СЗМЗ. Зрозуміло, що збагачення сумішей сухими речовинами, у тому числі СЗМЗ, зменшує вміст у них води, що призводить до пересичення розчину лактози та сприяє інтенсивному зростанню її кристалів. Крім того, при виробництві морозива з наповнювачами треба враховувати, що їх часточки можуть підсилювати цю ваду, бо стають центрами кристалізації та частково зв‘язують вологу. Тому існують певні обмеження вмісту СЗМЗ і, зокрема лактози, у сумішах морозива на молочній основі.

Г.М.Азов [1] пропонує таку формулу розрахунку для контролювання процесу кристалізації лактози:

О = (100 Л): (100 – С), (2.1)

де О – відношення вмісту лактози до вмісту води, %;

Л – вміст лактози у суміші, %;

С – вміст сухої речовини, %.

Морозиво може мати піщанистіть при О = 8,7%, але в сприятливих умовах вада може з‘являтися вже при О=8,5%.

Арсеньєва Т.П. [2] наводить наступний універсальний розрахунок гранично допустимого вмісту СЗМЗ у сумішах морозива:

= , (2.2)

де - максимально допустимий вміст СЗМЗ, %; - сумарний вміст сухих речовин (за виключенням СЗМЗ), %; К – коефіцієнт, що залежить від тривалості та умов зберігання морозива.

За звичайних умов при температурі зберігання –8 ºС та тривалості зберігання близько двох тижнів за відсутності сильних коливань температури К=6,9; за необхідності тривалого зберігання морозива приймають К=7,3.

Зазвичай, з метою зниження ризику надмірної кристалізації лактози, її вміст у морозиві обмежують таким чином, щоб вміст СЗМЗ у сумішах не перевищував 10 % у суміші з 36 % сухих речовин, та не перевищував 10,5…11,5 % - у суміші з 37…38% сухих речовин.

За даними Арсеньєвої Т.П. [2], мінімальний вміст СЗМЗ для загартованого морозива складає 8% та 10 % для м‘якого; максимальний – відповідно 12 та 14 %. Нижчий вміст СЗМЗ може негативно відбиватися на якості продукту – появі вади «сніжистість» та молочного присмаку.

Не останню роль у формуванні показників якості морозива відіграє кількість та стан білків молока та рецептурних інгредієнтів. Основна роль білків – емульгуюча, бо частина їх адсорбується на поверхні розділу фаз жир-плазма та стабілізує жирові кульки. Крім того, білки підвищують в‘язкість сумішей морозива, що позитивно відбивається на консистенції готового продукту. Бажана кількість білків у сумішах знаходиться у межах 3,0...6,5 % [10 ].

Отже, для забезпречення гарної структури морозива, слід жорстко дотримуватися вимог щодо його хімічного складу, використовувати якісну сировину, проводити технологічний процес згідно вимог технологічних інструкцій та з відповідним апаратурним оформленням, не допускати порушень режимів зберігання та транспортування продукту.

 

Контрольні питання до самоперевірки

1. Як можна класифікувати морозиво?

2. У чому особливість складу морозива на молочній основі?

3. Чим відрізняється морозиво з комбінованим складом сировини?

4. Що таке плодово-ягідне та ароматичне морозиво?

5. Основні вимоги до органолептичних властивостей морозива?

6. Які існують вимоги до мікробіологічних показників морозива?

7. Фізико-хімічні показники морозива різних видів?

8. У чому полягає харчова та біологічна цінність морозива?

9. Як впливає вміст повітряної фази та її дисперсність на якість морозива?

10. Які є вимоги до розмірів кристалів льоду у морозиві і як запобігати їх зростанню?

11. У чому полягає роль жирової фази при формуванні структури морозива?

12. Які фактори підвищують збитість морозива?

13. Як можна контролювати процес кристалізації лактози в морозиві?