Исследование влияния технологических факторов на изменение структурно-механических свойств затяжных аэрированных конфетных масс на основе сывороточных белков

В последнее время среди конфет со сбивными корпусами наблюдается рост популярности «нугатинов» (nougatines), которые по структуре приближаются к затяжным аэрированным конфетным массам. Европейскими компаниями производится современное оборудование с непрерывным приготовлением аэрированной массы и формированием ее на валковых экструдерах с последующей резкой на корпуса.

Технология «нугатинов» предусматривает взбивание пенообразователя с сахаро-глюкозным

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License сиропом или ГФС с добавлением гидроколлоидов и других ингредиентов согласно рецептурному составу и для каждой компании способ производства конфет является «know-haw» [1 – 7].

Цель работы – разработка технологии затяжных аэрированных конфетных масс для наружного слоя при формировании корпусов конфет методом ко-экструзии.

Материалы и методы

Структурно-механические свойства конфетных масс определяли с помощью «Структу-рометра СТ-1». Плотность конфетной массы определяли волюмометрическим методом путем взвешивания исследуемой массы в химическом стакане, откалиброванном по дистиллированной воде при температуре 20 °С.

Определение структуры и дисперсности белковых пен проводили с помощью электрон-

В качестве материалов исследования использовали концентрат сывороточных белков Lactomin 80 КСБ УФ.

Результаты и обсуждение

При производстве «нугатинов» в качестве пенообразователей чаще всего используются яичный белок. Из аналитических исследований доказано [8 – 9], что интересным с научной и практической точки зрения является использование в качестве ПАВ сывороточных белков. Это обусловлено тем, что молочная сыворотка является вторым сырьем переработки молочных продуктов и белки сыворотки полноценными [10 – 20].

В таблице 1 приведены структурные свойства затяжных аэрированных конфетных масс в зависимости от массовой доли сухих веществ в сахарно-глюкозо-фруктозном сиропе.

ного микроскопа.

Таблица 1.

Структурные свойства затяжных аэрированных конфетных масс в зависимости от массовой доли сухих веществ в сахарно-глюкозо-фруктозном сиропе

Table 1.

Structural properties of protracted aerated candy masses depending on the mass fraction of solids in sugar-glucose-fructose syrup

Содержание сухих веществ в сиропе, % Dry matter content in syrup, %	Температура уваривания сиропа, °С Syrup boiling point, °C	Упругая деформация конфетной массы Elastic deformation of the candy mass	Плотность конфетной массы, кг/м 3 Density of candy mass, kg/m 3	Характеристика конфетной массы Characteristics of the candy mass
92,0	127,0	0,12	932,0	мягкая, липкая, тянущая, не держащая форму soft, sticky, pulling, not holding shape
93,0	130,0	0,09	950,0	мягкая, пластичная, тянущая, пористая, держащая форму soft, plastic, pulling, porous, shape-holding
94,0	133,0	0,15	1030,0
95,0	135,0	–	–	сироп карамелизируется, невозможно взбить массу syrup is caramelized, it is impossible to beat the mass

На основании проведенных исследований была предложена новая технология приготовления затяжных аэрированных конфетных масс, предусматривающая сбивание сывороточного белка с комплексной смесью желатин – гуммиарабик, заваривание взбитой массы сахаро-глюкозо-фруктозным сиропом, смешивание взбитой массы с компонентами согласно рецептурному составу.

Установлено, что рациональная массовая доля сухих веществ в сахарно-глюкозо-фруктоз-ном сиропе составляет 93–94%, что соответствует температуре уваривания сиропа до 127–128 ºС.

Как показали исследования, термическая обработка сиропом взбитой массы на сывороточных белках при температуре 100 – 105 °С ведет к образованию массы с мягкой пластической структурой.

Повышение температуры оказывает негативное влияние на пластичность и плотность конфетной массы. В таблице 2 представлены данные влияния температуры сахарно-глюкозо-фруктозного сиропа на показатели качества взбитой массы.

Полученные данные можно объяснить тем, что сахара увеличивают термодинамическую денатурацию глобулярных протеинов при заваривании сиропом. Механизм увеличения температуры денатурации белков состоит в том, что сахар снижает термодинамическую аффинность (силу взаимодействия веществ) белковых молекул к сиропу. Температурная денатурация глобулярных белков приводит к увеличению поверхности молекул, обращенных к сиропу и их гидрофобности. Таким образом, заваривание белковой пены сахарно-глюкозо- фруктозным сиропом тормозит развертывание белков под действием тепла, чем объясняется более высокая термическая стабильность глобулярных белков в присутствии сахаров.

Таблица 2.

Влияние температуры сахарно-глюкозо-фруктозного сиропа на показатели качества взбитой массы

Table 2.

Influence of the temperature of sugar-glucose-fructose syrup on the quality indicators of the whipped mass

Образец Sample	Температура сиропа, °С Syrup temperature, °C	Плотность массы, кг/ м 3 Mass density, kg/m 3	Пластическая крепость массы, кПа Plastic mass strength, kРа	Характеристика массы Mass characteristic
Конфетная масса на сывороточном белке Candy mass on whey protein	90–95	890,0	1,76	мягкая, липкая, тянущая, не держащая форму soft, sticky, pulling, not holding shape
	96–100	933,0	1,92
	100–105	957,0	1,98	мягкая, пластичная, тянущая, пористая, держащая форму soft, plastic, pulling, porous, shapeholding
	106–110	1092,0	2,12

Проведенными исследованиями подтверждено, что при производстве сбивных конфетных масс рекомендуемым количеством гидроколлоидов, обеспечивающим агрегатно-устойчивую пенообразную структуру, является 1,0% желатина и 1,0% гуммиарабика (гидромодуль 1:1). Меньшее количество гидроколлоидов не обеспечивает создание мягкой структуры конфетной массы. При внесении в конфетную массу гидроколлоидов в количестве более 1,0% значительно повышается вязкость и плотность массы, такую массу трудно формировать, а готовый продукт приобретает грубую структуру и тягучую консистенцию.

Продолжительность сбивания массы зависит от конструкции сбивочных машин, скорости вращения вала, формы лопастей и их расположения, от величины загрузки. С увеличением времени сбивания объем пены увеличивается, повышается ее дисперсность, а значит, и устойчивость.

Однако продолжительность взбивания имеет свой предел, выше которого объем пены уменьшается, ухудшается ее качество и устойчивость. Важным показателем качества затяжных аэрированных конфетных масс является их плотность. Она уменьшается в процессе аэрации, при которой происходит насыщение дисперсионной среды пузырьками воздуха, размеры которых колеблются в широких пределах. Для определения режимов приготовления конфет проводили исследование влияния длительности взбивания конфетной массы на структурные свойства готового изделия, полученные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Характеристика конфетной массы в зависимости от продолжительности взбивания

Table 3.

Characteristics of the candy mass depending on the duration of whipping

Продолжительность сбивания, мин Downing duration, min	Плотность массы, кг/м 3 Mass density, kg/m 3	Характеристика массы Mass characteristic
5–7	850,0	в массе заметны включения, после формирования корпуса растекаются | inclusions are noticeable in the mass, after the formation of the body they spread
10–15	1136,0	масса однородная хорошо насыщена воздухом, хорошо формируется, после формирования корпуса сохраняют форму | the homogeneous mass is well saturated with air, it is well formed, after the formation of the body they retain their shape
17–20	1332,0	масса однородная, хорошо насыщенная воздухом, тяжело формируется, нетранспортабельна | the mass is homogeneous, well saturated with air, but it is difficult to form, non-transportable

При взбивании белка с гидроколоидами масса насыщается воздухом, образуется большое количество тонких пленок, окутывающих пузырьки воздуха. После заваривания количество жидкой фазы увеличивается, воздух поступает в достаточном количестве, поэтому объем газообразной фазы значительно увеличивается. Вместе с тем начинается процесс гелеобразования, начинает образовываться каркас будущего корпуса.

Если прекратить процесс взбивания рано, то отформованные изделия без основания каркаса, а если слишком удлинить взбивание, то образовавшийся каркас разрушается и уже не восстанавливаются после формовки. На основании проведенных исследований были установлены следующие режимы приготовления сбивной конфетной массы тяжелого типа: продолжительность взбивания составляет 10–15 мин, температура заваривания сиропом 100–105 ºС, при этом плотность составляет 950–1150 кг/м3, массовая доля влаги 10–13%.

Сбивные конфетные массы согласно классификации П.А. Ребиндера, принадлежащие к псевдопластичным телам. Псевдопластическое поведение белковых растворов обусловлено склонностью молекул ориентироваться по основной оси направления течения, а также ассоциацией слабо связанных димеров и олигомеров к мономерам. Текучесть сбивных конфетных масс описывается степенной моделью Оствальда-де-Виля:

τ п = К × γ ⁿ , (1)

где τ п – напряжение сдвига, Па; К – коэффициент консистенции; γ – скорость сдвига, с^-1; n – индекс течения.

После обработки экспериментальных данных были построены логарифмические кривые течения lg – lg для образцов конфетных масс, которые с достаточной точностью аппроксимируются прямыми, приведенными на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость lgτ – lgγ для конфетных масс типа «нугатинов» с добавлением комплексных смесей желатин – гуммиарабик: 1 – конфетная масса на яичном белке (контроль), 2 – конфетная масса на сывороточном белке

Figure 1. The dependence lgτ – lgγ for candy masses of the «nugatin» type with the addition of complex mixtures of gelatin – gum arabic:1 – candy mass on egg white (control), 2 – candy mass on whey protein

С помощью полученного графика (рисунок 1) находили индекс течения (n) по тангенсу угла наклона данной зависимости к оси абсцисс и коэффициент консистенции (К) по величине отрезка на оси ординат, при lg = 0. Результаты экспериментальных данных были обработаны на ЭВМ и получены математические зависимости предельного напряжения изучаемых конфетных масс от соотношения рецептурных компонентов. Константы полученных данных и математические зависимости структурно-механических свойств сбивных конфетных масс представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Константы уравнения течения и математические зависимости структурно-механических свойств затяжных аэрированных конфетных масс с добавлением комплексных смесей желатин – гуммиарабик

Table 4.

Flow equation constants and mathematical dependences of the structural and mechanical properties of protracted aerated candy masses with the addition of gelatin-gum arabic complex mixtures

Образец Sample	Коэффициент консистенции К, Па с n Consistency coefficient K, Pa с n	Индекс течения n Current index n	Математическое уравнение Mathematical equation	Коэффициент корреляции| Correlation coefficient
Конфетная масса на яичном белке (контроль) Candy mass on egg white (control)	0,41	0,12	у = 0,001 х 1,737	0,97
Конфетная масса на сывороточном белке Candy mass on whey protein	0,47	0,18	у = 0,034 х 1,233	0,98

Соответствие экспериментальных значений с теоретическими подтверждает предположение о том, что реологические свойства затяжных аэрированных конфетных масс описываются степенным уравнением.

Анализ реологических констант затяжных аэрированных конфетных масс с добавлением комплексных смесей желатин – гуммиарабик показал, что коэффициент консистенции для затяжных аэрированных конфетных масс на сывороточном белке был в 1,5 раз выше, чем у конфетной массы на яичном белке.

На основании исследований реологических характеристик систем был сделан вывод, что добавление гидроколлоидов значительно повышает их вязкость и стабилизирует структуру. Целостность массы зависит от степени гелеобразования белковой пленки на грани раздела фаз, обуславливающей достаточную для стабилизации пены механическую прочность пленки.

При формировании гелей сывороточных белков, желатина и гуммиарабика происходит перераспределение фаз в смешанном геле и изменения структуры в пространстве. Сетчатые структуры смешанных гелей сывороточных белков, желатина и гуммиарабика формировались при рН 6,65–6,93.

Согласно распределению фаз сывороточных белков в смеси с желатином и гуммиарабиком путем нагревания с последующим охлаждением образуются взаимопроникающие сети. В этом случае первой формируется сеть сывороточных белков. Обе фазы гомогенно распределялись внутри агрегатов, образуя прочную агрегатноустойчивую структуру конфетных масс.

Микроструктура конфетных масс приведена на рисунке 2.

(a)                           (b)

Рисунок 2. Микроструктура затяжных аэрированных конфетных масс типа «мягких нугатинов»: (a) – на яичном белке; (b) – на сывороточном белке

Figure 2. The microstructure of protracted aerated candy masses of the «soft nougatin» type: (a) – on egg white; (b) – on whey protein

Полученные результаты иллюстрируют структуру, степень дисперсности и равномерность распределения структурных компонентов по каждому образцу. Из рисунка 2 видно, что все образцы характеризуются однородной мелкоячеистой структурой, без признаков синерезиса.

Кроме того, установлено, что при введении раствора гидроколлоидов в конфетную массу необходимо смешение водного раствора желатина с водным раствором гуммиарабика в соотношении 1:1 и время для набухания. При смешивании набухших растворов гидроколлоидов с подогретым до 60 ºС глюкозным сиропом образуется конфетная масса с глянцевой поверхностью, чего не происходит при добавлении раствора гидроколлоидов непосредственно во взбитую массу. Это, вероятно, объясняется взаимодействием аминогрупп с глюкозой и другими сахарами (гликозиллирование). Высокомолекулярные углеводы тормозят кристаллизацию сахарозы и обеспечивают глянцевый блеск массы. Возможно, альдегидные группы сахаров взаимодействуют с лизином с образованием ряда продуктов, которые придают глянцевый блеск поверхности конфетных масс.

Заключение

Исследовано влияние технологических факторов на изменение структурно-механических свойств затяжных аэрированных конфетных масс на основе сывороточных белков. Установлено, что использование композиции структурообра-зователей желатин – гуммиарабик способствует улучшению стабильности конфетных масс на основе сывороточных белков при механическом воздействии и получении масс с глянцевой поверхностью. В белково-полисахаридных комплексах в зависимости от параметров среды возможно изменять состояние системы, формировать комплексы разной структуры. Все это позволяет создать новый ассортимент кондитерских изделий с устойчивой агрегативной структурой, а также повышенной пищевой и биологической ценностью.