Реологические свойства конфетных масс (помадных, молочных, ликёрных) и их влияние на способ формования

Конфетные массы – высокодисперсные концентрированные структурированные дисперсные системы.

Учеными показано, что между твердыми телами и истинно вязкими жидкостями в природе существуют огромное многообразие тел промежуточного характера. К таким телам относятся все конфетные массы, обладающие комплексом структурно-механических свойств: вязкостью, упругостью, пластичностью, релаксацией напряжений. Эти свойства обусловливают способность конфетных масс сопротивляться деформации под действием внешних сил при технологической обработке и являются общими и характерными свойствами, определяющими возможность их переработки.

По характеру связей между отдельными молекулами, макромолекулами или микрокристалликами все структуры делятся на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные. В кристаллизационных дисперсных структурах могут возникать также и образования микрокристалликов новой фазы из пересыщенных растворов. Именно таков механизм образования помады и поверхностной кристаллической корочки в молочных и ликерных конфетных корпусах. Из пересыщенного раствора выделяющиеся кристаллики в определенных условиях сращиваются в кристаллическую структуру.

Помадная масса хорошего качества должна содержать 55-60% твердой фазы и 40-45% жидкой фазы.

Вкусовые качества помады зависят от её структуры и консистенции.

Структура помады определяется, главным образом, величиной кристаллов, составляющих её твердую фазу.

Размеры кристаллов сахарозы в твердой фазе помады зависят от целого ряда факторов.

1. От коэффициента пересыщения к моменту роста кристаллов. С увеличением степени пересыщения раствора скорость кристаллизации повышается. Размер основной массы кристаллов должен быть 20 мкм.

2. От рецептуры сиропа. С увеличением количества патоки в рецептуре, повышается вязкость, замедляется рост кристаллов, и скорость кристаллизации уменьшается. Увеличенное содержание патоки в рецептуре повышает дисперсность помады.

3. С увеличением влажности помадного сиропа удлиняется процесс помадообразования, т.е. снижается степень пересыщения раствора из-за снижения вязкости сиропа, удлиняется процесс сбивания и повышается размер кристаллов.

4. Чем ниже температура сиропа при сбивании, тем мельче кристаллы сахарозы. Снижение температуры помадного сиропа перед сбиванием приводит к пересыщению, быстрому образованию большего числа центров кристаллизации и сокращению латентного периода.

5. Чем интенсивнее сбивание помадного сиропа, тем меньше размер кристаллов.

Помада как вязко-пластичное тело – сложная дисперсная система. Высокодисперсная часть её, в основном, и определяет структурно-механические особенности помады.

По своим пластично-вязким свойствам помада относится к структурированным дисперсным системам. Поэтому она обладает аномалией вязкости.

Вязкость помады зависит от её влажности, температуры, дисперсности и количества патоки в рецептуре.

Помада обладает тиксотропными свойствами, зависящими от её дисперсности. Чем меньше размер кристаллов, тем больше эти свойства проявляются.

Размеры кристаллов, соотношение между кристаллами различной величины определяют консистенцию помады. Влияют на вязкость массы.

Вязкость помады характеризуется её способностью к транспортированию, формованию, влияет на процесс формирования корпуса, поскольку помада представляет собой структурированную дисперсную систему.

Способы формования конфетных масс обусловлены их консистенцией. В кондитерской промышленности наиболее широкое распространение получили следующие способы формования: отливка корпусов конфет в формы (жёсткие, мягкие, с крахмалом), выпрессовывание, прокатка пластов, отсадка корпусов конфет, размазка пластов.

Отливка и отсадка дают сразу изделия желаемой формы, а размазывание, прокатка и выпрессовывание требуют последующей резки.

Выбор способа формования зависит в основном от свойств конфетной массы, её структурно-механических свойств (вязкость, пластичность, прочность и т. д.) и физико-химических свойств (влажность, температура, рецептурный состав и прочее). Некоторые массы можно формовать только одним способом, а другие – целым рядом способов.

Основными факторами при выборе способа формования являются реологические свойства конфетных масс. Это вязкость, которая при необходимости может изменяться путем регулирования влажности, жирности и, главным образом, температуры.

Отливка - наиболее распространенный способ формования и основан на текучести масс в горячем состоянии, обладающей низкой вязкостью. Этим способом получают помадные, фруктовые, желейные, ликерные, молочные конфетные корпуса и мармелад.

Формование отливкой – это процесс дозирования и заполнения форм массой в текучем состоянии и структурирование массы в формах. Отливку производят в разрушаемые из крахмала или в жесткие из силикона формы. Отдельные виды изделий формуются в формы из сахара-песка.

При отливке выполняются следующие операции: формование ячеек в крахмале, отливка конфетной массы, выстаивание при определенных условиях отлитой в крахмал массы, далее выборка корпусов из крахмала и удаление крахмала с поверхности

К крахмалу как формовочному материалу предъявляются особые требования, его влажность - 5-9%, формы после выштамповывания должны быть неосыпающиеся, с гладкой поверхностью и легко удаляться с отформованных корпусов.

Температура конфетной массы при формовании отливкой имеет важное значение, так как с повышением температуры снижается вязкость и она легче отливается. Оптимальная температура для отливки конфетных масс, ^оС: помадная (сахарная и молочная) 65-72, с добавлением орехов и злаковых культур 70-75, фруктово-помадная 80-85, фруктовая 96-106, желейная 70-75, молочная 110-110, ликёрная 90-95.

Формы крахмальные и силиконовые можно заполнять как одной массой, так и несколькими в виде слоев или внутри корпуса находится другая конфетная масса.

Выстаивание конфетных корпусов происходит в установках ускоренной выстойки, где для каждого вида конфетной массы установлен определенный режим: помадная масса –38-40 мин. при температуре 4-10^оС, фруктовая масса – 50-60 мин. при температуре 4-10^оС, молочная и ликёрная масса -60-90мин. при температуре 25-28^оС в начале и 8-10^оС в конце выстойки.

Способом размазки с последующей резкой формуют многие конфетные массы (помадные, фруктовые, ореховые, сбивные, кремовые).

Процесс формования размазкой состоит из подготовки конфетной массы, её размазки, выстойки и резки. Размазывают конфетные массы при следующих температурах ^оС: помадные –60-65; фруктовые – 80-85; сбивные - 55-60.

На размазном конвейере получают из бесформенных пластичных масс однослойные и многослойные конфетные корпуса и неглазированные конфеты. Сначала конфетная масса загружается в каретки без дна с регулируемым зазором и далее поступает на движущуюся транспортерную ленту. При изготовлении неглазированных конфет толщина пласта – 14 мм, глазированных –12 мм.

Для охлаждения конфетных пластов над размазным транспортером размещают охлаждающие камеры, куда подается воздух с температурой 15-20^оС. Далее пласт разрезается в двух взаимно перпендикулярных направлениях струнными или дисковыми ножами на прямоугольные формы.

При формовании прокаткой конфетный пласт образуется при прохождении массы между вращающимися валками. Температура помадных масс составляет 60^оС, содержание влаги 12%.

Полученный в зазоре между валками бесконечный пласт поступает на непрерывно движущуюся транспортерную ленту. Отформованный пласт поступает в охлаждающий шкаф с температурой воздуха 5-8^оС с продолжительностью выстаивания 7-12 мин. Дисковыми и гильотинными ножами пласт разрезается на отдельные корпуса конфет.

Выпрессовывание помадных масс является перспективным способом формования. Позволяет получать массы различных форм и размеров и создать непрерывный поток производства.

Процесс выпресовывания состоит в выдавливании через профилированные формующие матрицы массы в виде жгута бесконечной длины с последующим охлаждением и резкой.

Для формования выпрессовыванием помадных конфетных масс необходимо в рецептуру вводить модифицированный крахмал для повышения вязкости массы и придания им пластических свойств. Кроме того, необходимо создать интенсивное перед формованием с 60-70 до 18-25^оС охлаждение массы.

Ротационный способ формования состоит в формовании конфетных масс с помощью роторов (РЗ ШМФ-4). Этим способом формуются конфетные массы с влажностью 10-11% и жирностью 2-18%.. Преимущество способа состоит в том, что можно получать корпуса конфет с чистой поверхностью и различной конфигурации.

 

3.5 Структурообразование конфетных масс при формовании

Структурообразование помадных, молочных и ликерных конфет предопределяется процессом кристаллизации сахарозы. Структура этих конфет зависит от исходного состояния конфетной массы и технологических параметров кристаллизации.

При формовании отливкой в крахмал между конфетной массой и крахмалом происходит тепло - и влагообмен. Часть влаги поглощается крахмалом и снижается температура массы. При этом уменьшается растворимость сахарозы, повышается коэффициент пересыщения, что является движущей силой кристаллизации. В помадных массах, содержащих готовые кристаллы сахарозы, этот процесс протекает легко и быстро и зависит от скорости охлаждения массы. По мере охлаждения крахмала за счет теплообмена с окружающим воздухом в камере выстаивания происходит дальнейший рост кристаллов, уменьшение содержания жидкой фазы, срастание отдельных кристаллов.

В начальный период, после отливки массы в крахмальные формы, процесс кристаллизации наиболее интенсивно протекает на периферийных слоях, а затем по мере охлаждения корпуса распространяется на всю его массу. Поэтому помадные конфеты отличаются однообразной сплошной кристаллической структурой.

Несколько по-другому протекает процесс кристаллизации в перегретых помадных массах перед отливкой. Такие массы отличаются высокой концентрацией сахарозы в жидкой фазе в результате растворения части твердой фазы. После отливки перегретой массы происходит не только рост имеющихся кристаллов, но и образование новых центров кристаллизации, которые являются причиной появления белых пятен на поверхности конфет.

К структуре молочных и ликерных конфет предъявляются особые требования.

Молочные массы отличаются от молочной помады большим содержанием молочных продуктов, патоки и структурой. Они не содержат твердой кристаллической фазы перед формованием, а представляют собой после уваривания однородную вязкую массу, которую смешивают в темперирующих машинах со сливочным маслом, эссенцией и ванилином. Готовую конфетную массу температурой 110-115^оС подают на формование.

Ликерные массы получают увариванием чисто сахарного или сахаро-паточного сиропа до содержания сухих веществ 80-82%. Полученная масса далее смешивается с винно-спиртовой смесью в количестве 10-30% к массе сахара. Ликерный сироп при температуре 90-95^оС отливают в крахмальные формы.

Особенность молочных и ликерных корпусов состоит в том, что поверхность этих конфет должна быть покрыта твердой кристаллической корочкой, а внутри масса должна иметь полужидкую консистенцию. Такую структуру при формовании удается получить при соблюдении определенных условий процесса кристаллизации. При этом необходимо учитывать высокую вязкость молочных масс и отсутствие готовых центров кристаллизации в молочных и ликерных массах. Следовательно, при формовании необходимо прежде всего создать условия для возникновения большого количества центров кристаллизации в периферийных слоях массы.

На скорость структурообразования молочных и ликерных корпусов влияет температура массы при отливке, температура крахмала и температура среды выстойки.

Оптимальными условиями получения молочных и ликерных корпусов конфет является продолжительность выстаивания в течение 2-х часов при температуре крахмала 51-52^оС и температуре воздуха в камере 25 - 28^оС и далее температура воздуха снижается до 8 – 10^оС. Общая продолжительность выстаивания корпусов конфет составляет 60-90 мин.

Фруктовые, желейные и желейно-фруктовые конфетные и мармеладные массы после формования приобретают студнеобразную структуру за счет наличия в рецептуре студнеобразователей (пектина, агара, агароида, фурцелларана).

После уваривания при температуре 100-110^оС фруктовые, желейные и желейно-фруктовые массы представляют собой вязкие жидкости, постепенно переходящие при охлаждении в структурированные системы. Для них характерна студнеобразная структура, которая возникает благодаря переходу при определенной температуре золя студнеобразующего вещества в гель.

В горячей фруктово-желейной массе студнеобразующее вещество находится в растворенном состоянии. Его молекулы покрыты сольватными (гидратными) оболочками. Под действием теплового движения они беспорядочно перемещаются в дисперсионной среде, которой является водный раствор сахара, кислоты и экстрактивных веществ фруктово-ягодного пюре.

Карбоксильные группы пектиновых веществ способны диссоциировать на ионы, поэтому значительная часть молекул представляет собою высокомолекулярные анионы, так как несут на своей поверхности отрицательный заряд. Благодаря этому при встрече они взаимно отталкиваются друг от друга.

Агар и агароид в водном растворе также представляют собой электролиты. Они диссоциируют в воде на ионы кальция и высокомолекулярные анионы, отрицательный заряд которых определяется эфирносвязанными остатками серной кислоты.

Водные растворы студнеобразователей относятся к лиофильным дисперсным системам. Их лиофильность обусловлена тем, что на поверхности молекул пектиновых веществ, других студнеобразователей находится много полярных групп. Полярные вещества хорошо растворимы в таких полярных растворителях как вода, на их границах раздела возникает низкое межфазное натяжение, поэтому высокомолекулярные вещества, к которым относятся студнеобразователи, не обнаруживают значительной тенденции к ассоциации. В таких дисперсных системах тенденция к агрегированию практически отсутствует или настолько мала, что она преодолевается интенсивным тепловым движением частиц.

Присутствие в растворе кислоты более диссоциированной, чем пектиновые кислоты, или добавление кислоты в реакционную смесь снижает степень диссоциации пектиновых кислот, уменьшая электрический заряд его частиц. Снизить величину электрического заряда диссоциированной молекулы агара (агароида) можно введением в его молекулу соответствующего катиона. Пектиновые вещества способны коагулировать из раствора и образовывать студень. Их коагуляцию можно вызвать добавлением спирта, ацетона и других водоотнимающих веществ. Действие этих осадителей заключается в том, что они снимают с пектиновых частиц гидратную оболочку, препятствующую соединению их между собой.

Переход золя пектина в гель наблюдается также при добавлении солей поливалентных металлов. При этом высокомолекулярные анионы пектина соединяются с катионами поливалентных металлов, что уравновешивает их электрический заряд.

При производстве фруктовых мармеладов и конфетных масс роль водоотнимающего вещества выполняет сахар.

При охлаждении пектинового золя подвижность частиц пектина уменьшается. Под действием флуктуаций в отдельных участках раствора может скапливаться большое количество дегидратированных, лишенных электрического заряда молекул пектина. Последние ассоциируются друг с другом через десольватированные участки. Силы притяжения частиц сосредоточены на их концах, что способствует образованию пространственной сетки.

Кислотно-сахарные, пектиновые студни образуются побочной валентностью, т.е. посредством водородной связи.

В результате такого взаимодействия между пектиновыми частицами образуется ячеистая структура, пронизывающая всю массу. Свободное пространство структурного каркаса заполняется дисперсионной средой, которая адсорбционно связывается с сеткой каркаса и отвердевает вместе с дисперсной фазой коллоидного раствора в одну сплошную массу без видимого разделения обеих фаз.

После формирования студня происходит постепенное упрочнение пространственной сетки за счет взаимодействия полярных групп макромолекул, ионизированных групп, несущих электрический заряд различного знака. При этом происходит упорядочение отдельных участков молекул. Эти участки обычно ориентируются параллельно друг другу, так как такая ориентировка способствует уменьшению свободной энергии системы.

Если образовавшиеся между макромолекулами связи не слишком прочны, то механическим перемешиванием или встряхиванием можно разрушить структуру и студень превращается в жидкость. При спокойном стоянии такой жидкости в ней снова образуется студень. Такое явление называется тиксотропией.

Это свойство студней используется при производстве мармеладных студней. Иногда при использовании высококислотного и сульфитированного пюре процесс студнеобразования начинается в рецептурном смесителе. Перемешиванием рецептурной смеси разрушают образовавшийся студень, что не влияет на повторное студнеобразование.

Основные закономерности образования пектинового студня приемлемы к объяснению образования агаровых (агароидных) студней. Только в данном случае присутствие сахара не обязательно, а кислота, наоборот, разрушающе действует на молекулу агара.