Исследование процессов плавления и кристаллизации жировых компонентов пралиновых масс

Конфеты пралине и типа пралине изготовляют из ореховой массы, состоящей из смеси тонкоизмельчённых орехов, сахарной пудры и твёрдого жира [1]. Они обладают высокой пищевой ценность и калорийность, а по химическому составу и некоторым физико-химическим свойствам имеют некоторое сходство с шоколадом. Содержание в них жира около 30%, 50–60% углеводов, а также значительное Для цитирования

количество растительных белков, при этом содержание влаги не превышает 4%. Высококачественные виды пралиновых конфет изготавливают из сладкого миндаля и какао-масла. Обычные виды конфет вырабатывают из ядер кешью и кокосового масла или заменителей какао-масла. Для производства массовых видов пралиновых конфет (неглазированных батончиков) используют в основном ядра фундука или арахиса и кондитерский жир.

По способу производства, технологическим процессам и возможности использовать аналогичное оборудование производство пралиновых конфет имеет много общего с производством шоколада. Наряду с этим производство прали-новых конфет имеет существенные особенности технологических параметров и режимов работы оборудования, обусловленных сложным взаимодействием жиров, входящих в состав тёртых ореховых масс, и твердых жиров, предусмотренных рецептурой. Эти жиры являются основными структурообразователями полуфабрикатов и изделий. От температуры плавления и застывания жиров, условий их кристаллизации зависят структурно-механические свойства конфетных масс при вымешивании, формовании и транспортировании, они определяют режимы и продолжительность охлаждения отформованных заготовок, допустимые нагрузки при транспортировании и завёртке изделий, условия и сроки хранения готовой продукции.

В зависимости от применяемого твёрдого жира конфетная масса пралине в температурном интервале от 21 до 33 ºС имеет пластичную тестообразную консистенцию, обладающую формоудерживающей способностью. Поэтому пралиновые массы обычно формуют методом выпрессовывания конфетных жгутов с последующей их поперечной резкой [1].

В настоящее время при производстве кондитерских изделий дорогостоящее сырье какао-масло заменяется на жиры – альтернативы какао-масла. Авторы [2] предлагают вводить в пралиновые массы твердый лауриновый жир КС-35, а также использовать жидкое кокосовое масло. Введение в массу пралине отечественного лауринового жира КС-35 взамен дорогостоящего какао-масла позволяет снизить себестоимость изделий. В своем составе твердый кондитерский жир КС-35 содержит насыщенную лауриновую кислоту (46–54%), а также ряд других ненасыщенных и насыщенных кислот. В составе жидкого кокосового масла содержится также лауриновая кислота (более 50%) и только ненасыщенные кислоты [3]. Комбинируя соотношения твердых и жидких жиров, можно получить массы c требуемыми свойствами: вязкостью, температурами плавления и застывания.

Методы термического анализа широко используются для идентификации, определения температур плавления и кристаллизации жировых компонентов. В работе [4] методами термического анализа проводили идентификацию состава эмульсионных жировых продуктов.

В работе [5] для определения температур плавления и кристаллизации жиров описан метод дифференциально-сканирующей калориметрии

(ДСК). Общим для всех жиров является то, что плавятся и кристаллизуются они в определённом интервале температур. Авторы [6,7] это объясняют тем, что жир состоит из разнокислотных триглицеридов, каждый из которых имеет свою температуру плавления и застывания. Кроме того, из-за наличия кристаллических модификаций триглицеридов температуры их плавления и застывания не совпадают. Температура застывания несколько ниже, чем температура плавления, т. к. триглицериды в зависимости от температурных условий и внешнего давления кристаллизуются в виде одной полиморфной формы, а при нагревании переходят в другую, более высокоплавкую.

Авторы [8] использовали мультивариантный статистический анализ для расчета результатов ДСК. В работе [3] методом ДСК определили температуры плавления и кристаллизации 17 образцов пищевого масла. Образцы масла, состоящие из насыщенных кислот (твердые жиры), обнаружили профили кристаллизации и плавления в областях с более высокой температурой, чем образцы растительных масел, состоящие из ненасыщенных кислот. При плавлении кокосового масла обнаружено три пика (-2,64; +12,42; 22,45 о С) и два пика кристаллизации (-0,7; -7,86 о С), соответствующие плавлению и кристаллизации различных фаз.

В работе [9] по данным термического анализа была разработана методика расчета лауриновых и пальмитиновых жировых смесей для получения желаемых функциональных свойств. При охлаждении лауринового жира обнаружено три пика кристаллизации различных фракций в пределах от -40 до 25о С.

В данном исследовании для определения температур плавления и кристаллизации кокосового масла и лауринового жира КС-35, используемых для создания пралиновых масс, применили метод дифференциально-сканирующей калориметрии.

Материалы и методы

Исследования проводили методом ДСК на установке синхронного термического анализа STA 449 F3 Jupiter в алюминиевых тиглях, в среде газообразного гелия класса 5,0 (расход активного газа 50 мл/мин, расход защитного газа 20 мл/мин), печь медная.

Методика исследования процессов плавления жировых фракций методом ДСК состояла в следующем:

─ алюминиевый тигель с образцом жира помещался на сенсор установки, где фиксировалась его масса;

─ рубашка камеры медной печи охлаждалась жидким азотом для того, чтобы температура в камере печи и на сенсоре опустилась ниже предполагаемой температуры кристаллизации жира на 20–30 градусов;

─ затем камеру печи нагревали со скоростью близкой к 5 °С/мин, при этом фиксировали значения разности тепловых потоков тигля с образцом и эталонного тигля.

Исследование процессов кристаллизации жировых фракций методом ДСК проводились по следующей методике:

─ алюминиевый тигель с образцом жира, помещался на сенсор установки, где фиксировалась его масса;

─ камера медной печи нагревалась до температуры на 20–25 градусов выше предполагаемой температуры кристаллизации, чтобы полностью расплавить образец;

─ затем рубашку камеры печи охлаждали жидким азотом с определённым расходом, таким образом, чтобы скорость охлаждения была близкой к 5оС/мин.

Результаты и обсуждение

Рассмотрим процесс плавления кокосового масла и жира лауринового КС-35 (рисунок 1, 2) .

При нагревании образцов жира появляется жидкая фаза. Этот процесс соответствует эндотермическому эффекту, который отражается на кривой ДСК (рисунок 1 ,2, кривые 2). Эндотермический эффект характеризуется температурами начала процесса плавления, пиком (максимальной скорости плавления), окончанием, и суммарным тепловым эффектом, представленными в таблице. Кривые скорости изменения теплового потока (dДСК) позволяют точно определить начало и окончание тепловых эффектов.

Кокосовое масло начинает плавиться при более низкой температуре (24,2 о С), чем лауриновый жир (34,2 о С); при этом теплоты поглощается меньше (95,5 Дж/г), чем при плавлении жира (147,4 Дж/г).

Рисунок 1. Термограмма кокосового масла: I – процесс кристаллизации; кривые 1-ДСК, 4 – dДСК; II – процесс плавления; кривые 2 – ДСК, 3 – dДСК

Figure 1. Thermogram of coconut oil: I – crystallization process; curves 1-DSC, 4 – dDSС; II – melting process; curves 2 – DSC, 3 – dDSС

При охлаждении расплавленных жиров в них происходит зарождение и рост кристаллов. Этот процесс сопровождается экзотермическим эффектом, который отражается на кривой ДСК (рисунок 1, 2, кривые 1). Экзотермический эффект характеризуется температурами начала, пиком (максимальной скорости кристаллизации), окончанием и суммарным тепловым эффектом, представленными в таблице. Кристаллизация кокосового масла происходит при более низкой температуре (температура комплексного пика 15,9 о С), чем жира (23,4 о С); тепла при этом выделяется меньше (118,3 Дж/г), чем при кристаллизации жира (152,7 Дж/г). Это результат совпадает с выводами работы [9]; в состав кокосового масла входят ненасыщенных кислоты, кристаллизация которых происходит при более низкой температуре, чем у насыщенных. Процессы кристаллизации твёрдых и жидких жиров (какао масло, кондитерский жир, жиры-заменители) приводят к упрочнению структуры в пралиновых массах [1, 10].

Рисунок 2. Термограмма жира лауринового КС-35: I – процесс кристаллизации; кривые 1-ДСК, 3 – dДСК; II – процесс плавления; кривые 2 – ДСК, 4 – dДСК

Figure 2. The thermogram of lauric fat KS-35: I – crystallization process; curves 1-DSC, 3-dDSС; II – melting process; curves 2-DSC, 4-dDSС

Таблица 1.

Фазовые превращения жиров

Phase transformations of fats

Table 1.

Образец Sample	Плавление (эндотермический эффект) Комплексный пик Melting (endothermic effect) Complex peak				Кристаллизация (экзотермический эффект) Комплексный пик Crystallization (exothermic effect) Complex peak
	Начало Onset	Пик Peak	Окончание End	Тепловой эффект Thermal effect	Начало Onset	Пик Peak	Окончание End	Тепловой эффект Thermal effect
	°С	°С	°С	Дж/г	°С	°С	°С	Дж/г
Кокосовое масло Coconut oil	18,3	24,2	26,4	95,5	13,1	15,9	17	-118,3
Жир лауриновый КС-35 Lauric fat KS-35	28,7	32,2	33,9	147,4	20,4	23,4	25,9	-152,7

При одновременном введении лауринового жира и кокосового масла в конфетные массы необходимо принять во внимание, что в пределах 13,1–33,9 о С в смеси масел происходят процессы кристаллизации и плавления. Выявленные зависимости следует учитывать при формовании и резании пралиновых масс. Формование пралиновой массы следует осуществлять после того как в пралиновой массе образовалась структура, основанная только на кристаллизации жира лауринового при t = 20–26о С, а резку жгутов пралиновой массы – после кристаллизации кокосового масла при понижении температуры до 13–16о С.

Заключение

Кристаллизация и плавление кокосового масла происходит при более низкой температуре, чем лауринового жира. Для определения оптимальных температур в технологии формования и нарезки пралиновых масс при совместном введении лауринового жира и кокосового масла в конфетные массы необходимо учитывать, что в пределах 13,1–33,9 C в смеси масел происходят процессы кристаллизации и плавления.

Исследования проведены на приборе синхронного термического анализа модели STA 449 F3 Jupiter в лаборатории центра коллективного пользования «Контроль и управление энергоэффективных проектов» ФГБОУ ВО «Воронежского государственного университета инженерных технологий» в рамках гос. задания 10.8678.2017/7.8