Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курсовая. сделанная.docx
Скачиваний:
127
Добавлен:
17.11.2018
Размер:
1.3 Mб
Скачать
  1. Машинно-аппаратурная схема производства зефира

Рисунок 4. Схема линии производства зефира с непрерывным сбиванием зефирной массы под давлением.

Описание машинно-аппаратурной схемы

Приготовление рецептурной смеси для сбивания производится в смесителе 1, в который непрерывно поступают все компоненты смеси — яблочное пюре из сборника 2 через бачок уровня 3 с плунжер­ным насосом 4, яичный белок из бачка 5 с насосом 6, уваренный сахаро-паточно-агаровый сироп из сборника 7 с плунжерным насосом 8. Сахарный песок из сборника 9 через магнитный уловитель 10 и дозирующее устройство 11 непрерывно подается в воронку смесителя.

Для дозировки кислоты и красителя с эссенцией установлены бачки с дозирующими краниками соответственно 12 и 13.

Рецептурный смеситель имеет рубашку для темперирования теплой водой.

Готовая рецептурная смесь поступает из смесителя 1 в приемный бачок 14 (с подогревом), из которого шестеренчатым насосом 15 непрерывно подается в сбивальный механизм 16; при этом в смесь вводится под давлением воздух, поступающий из ресивера 17.

Для регулирования давления воздуха установлен воздушный редуктор 18 с манометрами 19. Количество поступающего воздуха измеряется ротаметром 20.

Установка для сбивания состоит из разъемной сбивальной камеры и привода с вариатором. Внутри сбивальной камеры расположены два статора, из которых один неподвижно скреплен с корпусом, а второй с крышкой камеры. На внутренней стороне каждого статора имеются зубья, расположенные 16 концентрическими рядами. Между зубьями статоров расположены зубья ротора; размеры зубьев выбраны такими, что образуется кольцевой канал извилистой формы шириной 1 мм. Рецептурная смесь вместе с воздухом, поступающим от компрессора и имеющим давление 4—6 атм, подается внутрь камеры. Ротор изготовлен из бронзы и имеет диаметр 348 мм. Внутренняя поверхность сбивальной камеры выполнена из нержавеющей стали, а статоры из бронзы. Сбивальная камера снабжена рубашкой для водяного охлаждения.

Производительность сбивального механизма достигает 350 — 400 кг/ч зефирной массы.

  1. Основные физико-химические процессы, протекающие при производстве зефира «Ванильный»

4.1. Пенообразование.

В настоящее время применяются два способа сбивания кондитерских пен:

1) путем продолжительного механического встряхивания (взбалтывания) сахаро-паточного сиропа или сахаро-яблочной смеси в присутствии пенообразователя;

2) путем насыщения массы воздухом при избыточном давлении.

Первый способ предусматривает интенсивное перемешивание рецептурной смеси при атмосферном давлении. При этом воздух захватывается и дробится на мелкие частички. При продолжительном взбалтывании дисперсность воздушных пузырьков увеличивается, а вязкость массы повышается. Постепенно образуется густая пена, представляющая собою двухфазную систему газ — жидкость. Дисперсной фазой является воздух, а дисперсионной средой — раствор сахара, патоки, кислоты и пектина.

При образовании пены происходит сильное развитие поверхности раздела на границе газообразной и жидкой фаз. Чем больше диспергированы воздушные пузырьки, тем больше их поверхность, тем больше величина свободной поверхностной энергии. Такая система является неустойчивой и стремится самопроизвольно уменьшить запас свободной энергии за счет сокращения поверхности раздела, т.е. коалесценции пены.

Чтобы сделать пену более устойчивой, стабилизировать ее, необходимо ввести в состав пленки, облекающей воздушные пузырьки, какое-либо поверхностно-активное вещество. Молекулы ПАВ состоят из гидрофобной части и гидрофильной, способной гидратироваться. Вследствие такого строения молекулы ПАВ при растворении или диспергировании в жидкости сорбируются на поверхности раздела фаз, проявляя при этом ряд важных свойств: понижают поверхностное натяжение на границе раздела жидкость—газ и жидкость—жидкость, образуют агрегаты (мицеллы) при определенной концентрации вещества и т.д.

Адсорбируясь на поверхности раздела фаз, молекулы ПАВ образуют своеобразный поверхностный слой, в котором они располагаются определенным образом. Гидрофильная часть молекул находится в водной фазе, а гидрофобная направлена в сторону газовой среды или твердой поверхности, если последняя гидрофобна.

При достижении определенной концентрации ПАВ начинается мицеллообразование. Считают, что в этом случае адсорбированные молекулы ориентируются перпендикулярно поверхностному слою. Значение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) зависит от ряда факторов и, в первую очередь, от длины углеводородного радикала молекулы ПАВ и температуры раствора. С увеличением длины цепи ККМ уменьшается.

С увеличением концентрации ПАВ вспениваемость раствора сначала увеличивается до максимального значения, затем остается практически постоянной или понижается. Обычно изменение пенообразующей способности с ростом концентрации связывают с мицеллообразованием, поскольку при достижении ККМ происходит завершение формирования адсорбционного слоя, который в этот момент приобретает максимальную механическую прочность. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ в растворе (выше значения ККМ) скорость диффузии молекул в поверхностный слой молекул уменьшается, чем и объясняется, по-видимому, некоторое снижение пенообразующей способности.

Помимо природы и концентрации пенообразователя на устойчивость пены влияют температура, вязкость дисперсионной среды, рН среды, поверхностное натяжение растворов, введение в жидкую фазу электролитов и др.

Влияние температуры на устойчивость пен неоднозначно и связано с протеканием многих конкурирующих процессов. При увеличении температуры повышается давление внутри пузырьков, увеличивается растворимость ПАВ, уменьшается поверхностное натяжение. Эти факторы способствуют повышению устойчивости пены. Но при повышении температуры усиливаются тепловые колебания адсорбированных молекул и, следовательно, ослабляется механическая прочность поверхностного слоя, образованного молекулами ПАВ. Кроме того, вязкость пенообразующего раствора снижается, что увеличивает скорость истечения жидкости из пены, а также изменяются условия гидратации полярных групп ПАВ, что вызывает уменьшение устойчивости пены. Поэтому влияние температуры на устойчивость цены необходимо анализировать в каждом конкретном случае.

Большинство поверхностно-активных веществ стабилизируют пену в щелочной среде. Пенообразующая способность неионогенных ПАВ не зависит от величины рН в области значений от З до 9. Белки проявляют максимальную пенообразующую способность в изоэлектрической точке.

Белки – амфотерные полиэлектролиты, подобно аминокислотам они обладают кислотными и основными свойствами. Эти свойства белка обусловлены электрохимической природой R-радикалов аминокислот, входящих в состав белка. Поскольку большая часть ионогенных и полярных R-групп находится на поверхности белковой глобулы, то они определяют кислотно-основные (амфотерные) свойства и заряд белковой молекулы. Кислые свойства белку придают аспарагиновая и глутаминовая аминокислоты, диссоциация их карбоксильных групп является источником отрицательных электрических зарядов на поверхности белковой молекулы. Основные свойства белку придают лизин, аргинин, гистидин, способные к протонированию и к созданию на поверхности белковой молекулы положительных зарядов. Таким образом, чем больше кислых аминокислот содержится в белке, тем сильнее выражены его кислотные свойства, тем выше суммарная плотность отрицательного заряда, и чем больше основных аминокислот, тем ярче проявляются основные свойства белка и выше плотность положительных зарядов на его молекуле.

Суммарный заряд белковой молекулы определяется соотношением в ней кислых и основных радикалов аминокислот и величиной их констант диссоциации (рК), значения которых колеблются в довольно широких пределах.

Амфотерный характер белков особенно ярко проявляется при изменении рН белкового раствора. В кислой среде в результате высокой концентрации Н+-ионов идет подавление кислотной диссоциации карбоксильных групп и интенсивное протонирование NH2, –NH-, имидазольных групп - суммарный заряд белковой молекулы будет положителен. В основной среде, при избытке ОН-ионов, будет наблюдаться обратная картина: интенсивная диссоциация карбоксильных групп и депротонирование основных групп - суммарный заряд отрицателен. Естественно, что каждый белок при каком-то определенном значении рН будет иметь суммарный электрический заряд, равный нулю; такое состояние белка называется изоэлектрическим, а величина рН, обусловливающая состояние, изоэлектрической точкой (ИЭТ). В этой точке белок имеет наименьшую растворимость в воде, белковые растворы обладают минимальной устойчивостью и минимальным осмотическим давлением. ИЭТ каждого белка определяется соотношением кислых и основных групп, величиной их рК: чем больше это соотношение и ниже величина рК групп, тем ниже ИЭТ белка. У кислых белков ИЭТ < 7, у нейтральных около 7, ау основных > 7. При рН меньше ИЭТ белок будет находиться в форме поликатиона, при рН больше ИЭТ групп - в форме полианиона, в ИЭТ - в форме амфотерного полииона. Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии условно можно изобразить следующим образом:

ОН- + NH2+ - R – COO- + H+.

Поскольку белок обычно является более сильной кислотой, чем основанием, то его ИЭТ соответствует рН ниже 7. Для достижения ИЭТ в растворе белка должно содержаться некоторое количество кислоты, подавляющее избыточную ионизацию кислотных групп. Так как в ИЭТ число взаимодействующих основных и кислотных групп в молекуле одинаково, то гибкая молекула белка в этом состоянии свертывается в клубок. На форму макромолекул белка влияет не только изменение рН среды, но и введение в раствор индифферентного электролита. Очевидно, эти факторы должны влиять и на те свойства раствора, которые зависят от формы растворенных макромолекул, например, вязкость. При добавлении электролитов происходит сдвиг изоэлектрической точки, одновременно с этим смещается и максимум пенообразования.

С уменьшением поверхностного натяжения растворов его пенообразующая способность увеличивается, так как для получения одинакового объема пены требуется затратить меньше работы.

Для получения пенообразных кондитерских масс в качестве стабилизаторов пены широкое применение получили яичные белки, молочнобелковые пенообразователи ВНИМИ и голландской фирмы «Хайфоама». Установлено, что наилучшую способность пенообразования в 2%-водном растворе проявляет китайский яичный белок. Большинство пенообразователей ВНИМИ и «Хайфоама» образуют в водном растворе небольшое количество нестойкой пены.

Пенообразующая способность белковых препаратов с увеличением их концентрации повышается. Однако оптимальная, так называемая критическая, концентрация мицеллообразования для белковых пенообразователей еще не установлена. При получении пастильной массы свежий яичный белок добавляют в количестве 1,0-1,5% массы рецептурной сахаро-яблочной смеси.

Как отмечалось выше, максимальная пенообразующая способность белков проявляется в изоэлектрической точке, которая достигается в слабо- кислых средах. При изготовлении пастильных масс величина рН колеблется в пределах З,2—3,8. В таких сильнокислых средах пенообразующая способность молочных белков резко снижается. Поэтому они используются лишь при изготовлении некоторых сбивных конфетных масс. Пока точно не установлено влияние сахара на пенообразующую способность белковых растворов. Его роль может быть двоякой. Как известно, сахар повышает поверхностное натяжение водных растворов и, следовательно, затрудняет их пенообразование. С другой стороны, с повышением концентрации сахара увеличивается вязкость жидкости в пленках пены, что замедляет их разрушение и повышает стабильность пен. Какой из этих факторов будет иметь перевес, во многом зависит от температуры, так как с повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение и вязкость растворов.

Исследованиями пенообразования белково-сахарных масс при соотношении белка и сахара 1:2 установлено, что продолжительность процесса сбивания и вязкость масс с увеличением доли сахара возрастают, а объемная доля воздушной фазы и размер пузырьков воздуха уменьшаются.

Функциональная зависимость между основными показателями качества пенообразных масс выражается уравнением

где П— эффективная вязкость пены; 0 — вязкость жидкости; В — коэффициент пропорциональности; Vв — объемная доля воздушной фазы; dср— средний диаметр воздушных пузырьков.

Из формулы видно, что изменение вязкости пенообразующих масс вызывает изменение одного из показателей структуры и тем самым влияет на их качество.

В состав крахмальных паток входят декстрины, обладающие свойствами поверхностно-активных веществ. Поэтому чем больше в растворе патоки и больше в ней декстринов, тем выше пенообразующая способность. Кроме того, патока значительно повышает вязкость растворов.

Для повышения стабильности пены и увеличения вязкости сбиваемого раствора добавляют агар, желатин и другие вещества. При производстве пастильных изделий вводится яблочное пюре. С увеличением концентрации сухих веществ рецептурной смеси за счет плотного остатка студнеобразующего яблочного пюре пенообразование, как правило, улучшается. Полагают, что растворимый пектин яблочного пюре адсорбируется в пленках воздушных пузырьков пены и способствует увеличению их прочности.

Пригодность яблочного пюре для сбивания пастильной массы оценивается в основном по его студнеобразующей способности: чем она выше, тем меньше расходуется пюре.

При работе с хорошим студнеобразующим яблочным пюре сбивание протекает нормально при влажности рецептурной смеси 44—42%. Такая смесь образуется при смешивании уплотненного пюре и сахара в соотношении 1:1.

На аэрацию массы большое влияние оказывает температура. С повышением температуры уменьшается вязкость жидкой фазы, что благоприятствует подъему пены, но образованная пена легко коалесцирует.

Увеличение концентрации сахара уменьшает пенообразующую способность белков. При замене части сахара на яблочное пюре пенообразующая способность белка повышается. Аналогичное воздействие оказывает крахмальная патока, в состав которой входят декстрины, обладающие свойствами поверхностно-активных веществ. Кроме того, патока значительно повышает вязкость пенных пленок и замедляет отток жидкости из пены.

Частичная замена сахара патокой снижает степень пересыщения жидкой фазы пастилы и тем самым замедляет процесс кристаллизации сахарозы, что положительно сказывается на структуре пастилы. Однако повышенная дозировка патоки нежелательна, так как она может ухудшить консистенцию пастилы и замедляет процесс сушки.

При сбивании пастильной массы целесообразно в начальный период поддерживать температуру 18—20°С, а в конце сбивания, когда вязкость массы сильно увеличивается, — З0—32°С.

Продолжительность сбивания массы зависит от конструкции сбивальной машины, частоты вращения вала, формы лопастей и их расположения, от размеров загрузки. С увеличением времени сбивания объем пены увеличивается, повышается ее дисперсность, а следовательно, и устойчивость. Однако продолжительность сбивания имеет свой предел, выше которого объем пены уменьшается, ухудшается ее качество и устойчивость. Оптимальным временем сбивания считают 10—15 мин. При производстве пастилы и зефира сбитую пенную массу смешивают с горячим клеевым (агаро-сахаро-паточным) сиропом или горячей мармеладной массой. Этим достигается фиксирование образованной пены, придание ей механической прочности, необходимой при формировании пастильной массы. После смешивания температура всей массы повышается до 50°С, адсорбированный в пленках яичный белок коагулирует, образуя прочные пленки. При остывании массы происходит желирование агарового раствора, формирование студнеобразного каркаса, окружающего воздушные пузырьки.

По мере сбивания яблочного пюре и сахара происходят растворение сахара, диспергирование воздуха. Постепенно образуется густая, пышная пена с сильно развитой поверхностью раздела фаз. Такая система обладает избытком поверхностной энергии, термодинамически неустойчива и стремится самопроизвольно сократить поверхность раздела. Поэтому после прекращения сбивания пена начнет быстро разрушаться вследствие оттока избыточной жидкости с пленок и синерезиса пены, диффузного переноса газа от более мелких пузырьков к более крупным. Это ведет к утончению пленок. Когда величина h достигает значений, при которых П<О (область первого минимума на изотерме П(h), между пленками преобладают силы притяжения, что вызывает сближение и слияние отдельных воздушных пузырьков, т.е. происходит процесс коалесценции пены.

При дальнейшем утончении пленки достигают равновесной толщины h1, при которой расклинивающее давление равно внешнему капиллярному давлению П = Р. Такие пленки принято называть черными пленками. Они образуются в виде черных пятен в исходной более толстой неравновесной пленке. Разность давлений Пмакс—Р является барьером, который препятствует переходу к пленкам меньшей толщины. При толщине h1 в пленке преобладают электростатические силы, поэтому при сближении пузырьков они отталкиваются. На участке кривой от первого минимума до первого максимума производная dП/dh<0, что согласно первым двум уравнениям, отвечает наибольшей устойчивости пен. Таким образом, тонкие жидкие (черные) пленки играют решающую роль в устойчивости пен и эмульсий.

Вторым после пенообразования процессом, предопределяющим структуру пастилы, является студнеобразование.

Чтобы зафиксировать пенную структуру, придать массе необходимую для формования механическую прочность, пенообразную массу смешивают с горячим агаро-сахаро-паточным сиропом или горячей мармеладной массой.

При смешивании клеевой сироп или мармеладная масса с растворенным пектином заполняют пространство между воздушными пузырьками, покрытыми адсорбционным слоем белковых молекул. Происходит значительное утолщение пенных пленок и обогащение их студнеобразующими молекулами агара или пектина. Температура массы после смешивания повышается до 50°С. Она близка к температуре денатурация яичного альбумина. В результате свертывания белка вокруг воздушных пузырьков образуется слой в виде плотного коагулята.

Дальнейшее охлаждение массы в процессе формования пастилы соответствует температурным условиям желирования агара. Однако скорость студнеобразования значительно замедляется из-за высокой кислотности массы (рН 3,2-3,8), а, следовательно, малой концентрации потенциалопределяющих ионов ОН-, от которых зависит потенциал на поверхности молекул агара.

Обрзаующуюся при этом структура изображена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема совмещения пенной и студневой структуры пастилы.