Характеристика властивостей емульсій, виготовлених

з окремим і спільним застосуванням сухого

знежиреного молока й бурякового пектину

Вміст на водну фазу, %		Відділення водної фази. В'язкість, в пуазах
Сухе знежирене молоко	Пектин	Концентрація жиру в емульсіях, %
		50	55	50	55
-	0,5	35,3	34,3	4,8	13,5
1,14	-	32,0	26,0	4,2	7,1
5,75	-	13,0	8,0	7,1	15,8
1,74	0,5	14,9	9,1	18,4	26,4
5,75	0,5	3,9	1,1	19,7	71,4

Рис. 7. Розташування часточок перцю або гірчиці

на поверхні поділу вода-олія

Поряд з високою міцністю між фазні адсорбційні шари повинні мати здатність до швидкого відновлення при випадковому розриві. Тому найкращими стабілізаторами є речовини середньої гідрофільності, які утворюють між фазні адсорбційні шари, володіючі поряд з міцністю тиксотропними властивостями.

За механізмом, що визначає адсорбцію в між фазному шарі, емульгатори поділяють на три класи:

- речовини з гетерополярною молекулярною структурою і ланцюговим будування типу жирних кислот;

- макромолекулярні речовини типу білків, молекули яких в різних напрямках не рівномірні, але не володіють такою незбалансованості як жирні кислоти. Довжина й структура основного ланцюга, а також природа, розмір і частота розподілу бічних ланцюгів визначають їх розчинність і поведінкою на поверхні розподілу фаз;

- тонкодиспергіровані нерозчинні тверді тіла, здатні концентруватися на поверхні розподілу фаз і утворювати на частинах фази тверді захисні оболонки.

При виготовленні продукції масового харчування, звичайно, використовують емульгатори другого й третього класів, молочні і яєчні білки, фосфатиди, пектинові речовини, мелену гірчицю, мелений перець, желатин тощо.

У випадку використання в якості емульгаторів глобулярних білків, в адсорбційному шарі має місце розгортання білкових глобул і руйнування їх сегментів, що сприяє формуванню між фазного шару та збільшенню його міцності. При нормальній тепловій (а також поверхневій) денатурації білків, коли структура глобул порушується і змінюється гідрофобно-гідрофільний баланс молекул, також спостерігається збільшення щільності між фазного адсорбційного шару. Наприклад, зміна гідрофобно-гідрофільного балансу яєчних жовтків має місце в ході нагрівання їх до 75-80°С при виробництві голландського соусу. При більш глибокій денатурації білків вони піддаються згортанню і щільність, утворюючи ними між фазного шару знижується. Основним типом зв'язків для глобулярних білків у між фазному адсорбційному шарі є гідрофобна взаємодія. Крім температурного фактору, властивостями білкових між фазних адсорбційних шарів можна керувати через регулювання рН середовища і введення в систему полісахаридів. Максимальна щільність між фазних адсорбційних шарів має місце при значеннях рН середовища близьких до ІЕТ білків (див. табл. 4).

Позитивний ефект таких полісахаридів, як пектинові речовини, альгінат натрію тощо проявляється, по-перше, а тому, що вони утворюють із білками білково-полісахаридні комплекси з високою емульгуючою здатністю (див. табл. 5), по-друге, в тому що підвищується в'язкість дисперсного середовища та стійкість емульсії. Використання перцю і гірчиці в якості твердих емульгаторів обумовлено наявністю на поверхні їх частин гідрофобних і гідрофільних груп, здатних з’єднуватись відповідно неполярними та полярними рідинами.

При перемішуванні води і олії в присутності перцю або гірчиці їхні частинки концентруються на між фазній поверхні, причому більша частина їх власної поверхні при цьому знаходиться у воді, яка їх краще змочує. Таким чином на частинках жиру утворюється міцна просторова коагуляційна структура, яка перешкоджає їх коалесценції (мал. 7).

Однак, наявність на поверхні крупинок жиру тільки одного шару твердого емульгатора ще недостатньо для агрегативної стійкості емульсії. Капельки жиру при зіткненні повинні були б злипатися, оскільки завжди існує між фазний поверхневий натяг на межі поділу твердий емульгатор - дисперсійне середовище. Відносну стійкість емульсії можна пояснити або за рахунок виникненням на поверхні частин заряду, або за рахунок досить товстої соль-ватної оболонки з боку води.

Утворення і стабілізація емульсії твердими емульгаторами можливі тільки при умові, коли розмір частинок перцю та гірчиці або іншого емульгатора менший, ніж розмір краплин жиру. Але, досить високе подріблення може привести до того, що дуже маленькі частинки емульгаторів внаслідок високої інтенсивності броунівського руху не будуть адсорбуватися на між фазній поверхні, тобто перестануть бути емульгаторами.

Для кожної емульсії існує оптимальне співвідношення між кількістю емульгатора, води та олії.

У прямих емульсіях типу олія/вода при недостатній кількості емульгатора, адсорбційні шари не насичені і механічно слабкі, вода, не зв'язана емульгатором стікає між оболонками дисперсної фази. При надлишку емульгатора, внаслідок недостатньої кількості вільної води, його дисперсність знижується і він використовується не повною мірою. Невикористані можливості емульгатора дозволяють у цьому випадку ввести в систему додаткову кількість олії. Разом з тим, якщо дисперсність емульгатора дуже висока, то йому необхідна відповідна кількість води для гідратації і частка олії в системі знижується.

Вище говорилося, що при наявності двох фаз: олії і води, можливе утворення та існування як прямої емульсії – олія/вода, так і зворотної - вода/олія. Тип емульсії визначається гідрофобно-гідрофільним (або гідрофобно-ліпофільним) балансом емульгатора. Між фазний адсорбційний шар складається із трьох частин: власне моно-плівки емульгатора і двох прошарків - водного та неводного, зв´язаних з полярними і неполярними групами емульгатора. Дисперсійним середовищем буде та рідина, яка утворює більш товсту соль-ватну оболонку з полярними, або неполярними групами емульгатора. У випадку переваги водної соль-ватної оболонки утвориться стійка емульсія типу олія/вода.

У випадку введення в емульсію емульгатора зі зворотним гідрофільно-гідрофобним балансом при енергійному перемішуванні можливе звернення емульсії, так як дисперсіонна фаза звертається в дисперсну фазу і навпаки.

В процесі виробництва продукції масового харчування і звернення емульсії не зустрічаються, але може спостерігатися інше, явище – утворення безліч емульсії. Слід мати на увазі, що утворення між фазного адсорбційного шару включає дві стадії: на першій йде адсорбція емульгатора, а на другій - формування структури між фазного шару. Кожна зі стадій протікає в часі. Тому висококонцентровані емульсії обов'язково, а концентровані емульсії бажано одержувати шляхом послідовного введення в систему невеликих об'ємів олії, щоб емульгатор встигав адсорбуватися на межі поділу фаз, про що часто згадується в технології виробництва голландського соусу. Недотримання цієї умови може привести до утворення множинної емульсії, де дисперсна фаза сама є емульсією, що містить краплі іншої фази.

Стабільність або стійкість емульсій у значному ступені залежить від в'язкості системи, чим вона вище, тим стабільніша емульсія. Свій внесок у в'язкість системи вносять і дисперсійне середовище і дисперсна фаза.

Чим вище концентрація й дисперсність фази, тим більша в'язкість системи. Тому при високій концентрації фази не завжди намагаються домогтися її високої дисперсності, тому що в'язкість системи й без того досить велика емульсія стабільна. І навпаки, коли концентрація фази невисока, збільшити в'язкість і стійкість емульсії можна за рахунок підвищення дисперсності фази.

В'язкість системи залежить від стану дисперсійного середовища. При введенні в дисперсійне середовище згущувачів в'язкість всієї системи зростає, одночасно зростає її стійкість до коалесценції. У випадку додавання драгле-утворюючих речовин, система набуває властивостей драглям, її стійкість до коалесценції стає практично необмеженою в час існування драглів.

На початку розділу говорилося, що присутність в емульсіях водного й жирового середовища дозволяє використовувати при їхньому виробництві як жиророзчинних так і водорозчинних різних смакових домішок. При цьому слід враховувати не тільки смакові, але і фізико-хімічні властивості домішок, які можуть проявитися в поверхневій активності, вплив на рН середовищі та електростатичну дію компонентів у між фазному адсорбційному шарі.

Піно-утворюючі структури.

Класичному визначенню пін, як дисперсних систем, у яких дисперсійним середовищем є рідина, а дисперсною фазою служить газ, відповідають такі кулінарні вироби як збиті вершки, коктейлі і деякі інші. Близькими до них за технологією виробництва є суфле, муси, самбуки і креми із твердо-подібним дисперсійним середовищем.

Вся кулінарна продукція з пінною структурою відноситься до "вологих" пін, у яких співвідношення об'ємів або кратність фаз

менш 10.

Пінність системи одержують при диспергуванні газу в рідині в присутності піно-утворювачів. Рідини без піно-утворювачів скільки-небудь стійкої піни не дають. Роль піноутворювача, як емульгатора в емульсіях, полягає в зниженні поверхневого натягу на кордоні розділу фази і, головне, в утворенні на поверхні розділу інших захисних плівок, що перешкоджають коалесценції, По вимогах, які пред'являються до структурно-механічних властивостей між фазних адсорбційних шарів у пінах, прийнятій класифікації піно-утворювачів, формам руйнування (седиментація, флокуляція, коалесценція) пінні системи також не відрізняються від емульсій.

Подібно емульсіям процес формування між фазного адсорбційного шару в пінах включає дві стадії: адсорбцію піноутворювача на межі розділу фаз і формування структур між фазного шар. Міцність що сформувалась між фазного адсорбційного шару визначає найважливішу технологічну характеристику харчових пінних структур - їх стійкість в ході таких технологічних процесів, як перемішування і змішування з іншими компонентами, а також у ході охолодження та нагрівання.

Відповідно до цих умов більшість кулінарних виробів з пінною структурою являють собою твердо-подібні пружно-пластитно-в´язкі системи з коагуляційною структурою.

У системі масового харчування в якості піноутворювачів широко використовують білок курячого яйця, желатина, а також метилцелюлозу та білки молока.

Білок курячого яйця використовують у свіжому, висушеному і замороженому вигляді. Як ефективний початок, відповідального за піно-утворюючу здатність білка, відзначають овоглобулін. Присутність жовтка, утримуючого жир, знижує піно-утворюючу здатність білка.

Піно-утворююча здатність желатину в значній мірі залежить від молекулярної маси, чим вона більша, тим вище піно-утворююча здатність речовини.

Характеристика піно-утворюючої здатності вказаних речовин, встановлена в процесі струшування їхніх розчинів у закритому циліндрі, представлена в табл. 6.

Таблиця 6

Піноутворювач	Концентрація піноутворювача в розчині, суха речовина, %	Кратність піни, %	Стійкість піни, в % об'єму до початкового через 30 хв.
Білок курячого яйця	2,0	2,47	86
	3,0	2,84	91
	3,6	2,11	88
Желатин	0,9	2,37	83
	1,6	2,43	85
	2,0	2,40	82
Метилцелюлоза	0,1	2,03	46
(МЦ-8)	0,5	2,75	50
	1,0	2,55	48
Знежирене молоко (СОМ)	5,0	1,80	75
	10,0	2,00	72
	15,0	1,70	69

При механізованому способі збивання систем кратність піни зростає, так для білка курячого яйця вона становить 5,0 - 8,0, для желатину - 3,0 - 3,5.

Керувати процесом піно-утворення можливо за допомогою впливу на властивості піноутворювачів дисперсійного середовища, а також на умовах формування між фазного адсорбційного шару.

Є певний взаємозв'язок між процесом формування між фазного адсорбційного шару та режимом збивання суміші: швидкістю і тривалістю збивання, а також формою робочого органа. Так зазначена залежність носить складний і специфічний для кожної системи характер, то можна обмежитися лише загальними зауваженнями, що режим збивання (або умови збивання) повинен забезпечити максимально сприятливі умови для прояву властивостей піноутворювачів, швидкості адсорбції й формування шару.

В існуючих рецептурах кулінарної продукції з пінною структурою враховується відношення між кількістю піноутворювачів та інших компонентів, при якому в достатній мірі проявляється здатність піноутворювача. При розробці нових рецептур цю обставину слід враховувати так, як недостачу і надлишок піноутворювача відбивається на якості готової продукції. Слід мати на увазі можливість спільного використання декількох піно-утворювачів, при якому проявляється синергізм їх піно-утворюючої здатності.

При використанні в якості піноутвотювача білка курячого яйця глобули білку в адсорбційному шарі зазнає конфірмаційні, тобто денатураційні зміни, які на першому етапі процесу сприяють формуванню міцних еластичних між фазних структур. По мірі збільшення тривалості збивання та поглиблення денатураційних змін білку між фазні шари втрачають еластичність і набувають жорсткості.

Для випікання виробів між фазний адсорбційний шар повинен бути еластичним інакше під тиском повітря, що розширюється від нагрівання, вони можуть лопнути, що спричинить зменшення об'єму та збільшення щільності виробу.

Разом з тим, якщо пінна маса (білкова) збита недостатньо і між фазні шари не формувалися в достатньому ступені, піна в наслідок її нестійкості при перемішуванні з іншими компонентами буде руйнуватися.

На практиці необхідну стійкість збитої білкової маси й достатню міцність між фазного адсорбційного шару визначають по здатності піни зберігаючи надану їй форму та триматися на вінчику, не сповзаючи з нього.

Температурний оптимум для піно-утворювання білку курячого яйця лежить в інтервалі 10-20°С, максимальна стійкість піни спостерігається при 20°С.

Вплив домішок сахарози до маси білка курячого яйця проявляється в зв'язуванні нею вологи і відповідному збільшенням в'язкості системи, що погіршує умови адсорбції піноутворювача в між фазному шарі, тому системи на основі білка курячого яйця із цукром збивають при температурі порядком 50°С.

Одночасно, зв'язування вологи сахарозою збільшення в'язкості системи ведуть до підвищення стійкості піни (табл. 7). Не виключено, що підвищена стійкість піни в цукро-білкових системах обумовлена дегідратируючим і денатураційним ефектом сахарози на білок.

Кажучи про вплив кислотності середовища на піно-утворюючі властивості білку курячого яйця можна відмітити проявлення максимальної піно-утворюючої здатності та стійкості піни при значенні рН середовища 7,5-9,4. Використовуване на практиці підкислення білкових систем, як і додавання солі повареної трохи знижують піно-утворюючу здатність білка і значно відбивається на стійкості піни.

Таблиця 7