Исследование пенообразующей способности порошка яичной скорлупы

УДК 637.48.04/.07 + 664.4.002 ББК 36.93

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕНООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОРОШКА ЯИЧНОЙ СКОРЛУПЫ

А.С. Саломатов, А.С. Саломатова

Статья посвящена вопросам рационального использования сырья с целью снижения количества отходов при одновременном повышении пищевой ценности и потребительских характеристик конечного продукта. В статье представлена информация о химическом составе яичной скорлупы, а также о влиянии добавки на ее основе на пенообразующую способность яичного белка. Статья завершается экономическим обоснованием применения данного вида сырья в технологии сбивных кондитерских изделий.

Ключевые слова: яичная скорлупа, добавка, микроэлементы, макроэлементы, сбивные кондитерские изделия, пенообразующая способность, пищевая ценность.

Сбивные кондитерские изделия (зефир, безе, пастила и др.) занимают значительную долю рынка кондитерских изделий и пользуются высоким спросом у потребителей благодаря их легкости и воздушности. Значительная доля воздушной фазы и, как следствие, высокая пористость, достигается сбиванием яичного белка до состояния устойчивой пены. Качество конечного продукта в значительной степени определяется качеством белковой пены, поэтому вопросу повышения пенообразующей способности яичного белка и улучшению реологических характеристик пены уделяется повышенное внимание. С другой стороны, значительная доля сбивных кондитерских изделий (в частности, на основе воздушного полуфабриката) практически не содержит минеральных веществ и других жизненно необходимых нутриентов, что требует дополнительного введения в технологию ингредиентов, позволяющих повысить пищевую ценность.

В качестве пенообразователя в технологии сбивных кондитерских изделий широкое распространение получил яичный белок, в то время как продукты переработки яиц, в частности яичная скорлупа, на предприятиях не используются и подлежат утилизации.

Результаты проведенных исследований показали, что в состав яичной скорлупы входит значительное количество микро- и макроэлементов (см. таблицу), жизненно необходимых для нормального развития организма. Минеральные вещества, попадая в организм человека с пищей, играют важную роль во многих процессах [3]. К примеру, калий в комплексе с натрием способствует проникновению питательных веществ через клеточную мембрану и регулирует рН среды. Магний участвует в обмене углеводов и белков, помогает поддерживать рН и обладает седативным действием. Фосфор необходим для синтеза белков, нуклеиновых кислот, а также костной ткани. Кальций необходим для формирования

Химический состав яичной скорлупы

Наименование химических веществ Содержание химического вещества, мг % Наименование химических веществ Содержание химического вещества, мг %

Алюминий 0,005 ± 0,001 Марганец 0,0004 ± 0,0002

Барий 0,03 ± 0,02 Медь 0,0003 ± 0,00003

Железо 0,006 ± 0,001 Молибден 0,00010 ± 0,00003

Кальций 34,05 ± 0,01 Натрий 0,10 ± 0,01

Кремний 0,030 ± 0,001 Стронций 0,05 ± 0,01

Литий 0,002 ± 0,001 Фосфор 0,07 ± 0,03

Магний 1,200 ± 0,001 Цинк 0,003 ± 0,002

костной ткани, играет важную роль в стабилизации нервной системы, противодействует стрессу, а также служит буферным веществом, поддерживая рН систем организма.

Данные таблицы свидетельствуют о значительном содержании в яичной скорлупе кальция - более 34 мг %, магния - 1,2 мг %; натрия - 0,1 мг %. Содержание в яичной скорлупе таких веществ, как барий, кремний, стронций и фосфор находится в пределах

0,02-0,07 мг %. Содержание в яичной скорлупе алюминия, железа, лития и цинка, марганца, меди, молибдена находится в пределах (0,1-0,6)10-2 мг %.

При сбивании яичного белка происходит насыщение массы воздухом. Образующаяся при этом пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из дисперсной фазы - воздуха и непрерывной дисперсной среды -жидкости. Процессам получения пены и исследованию ее устойчивости уделяется большое внимание в литературе [1, 2]. Жидкие пленки, разделяющие пузырьки воздуха, образуют пленочный каркас, являющийся основой пены. Структура пены определяется объемом газовой и жидкой фаз. В зависимости от этого соотношения ячейки могут иметь сферическую или многогранную форму. При превышении объема газовой фазы над объемом жидкости не более чем в 10-20 раз наблюдается сферическая форма ячеек. В такой пене пленки пузырьков имеют относительно большую толщину. Ячейки пен, для которых соотношение объемов газовой и жидкой фазы составляет несколько десятков, разделены значительно более тонкими пленками и имеют многогранную форму. Процесс пенообразова-ния сложен из-за комплексного влияния многочисленных факторов, среди которых можно выделить физико-химические, технологические и др. Закономерности, которыми характеризуется процесс пенообразования, в значительной степени зависят от условий проведения технологического процесса и большого числа параметров. Качество воздушного полуфабриката определяется качеством пенной массы, полученной при сбивании белка. По этой причине проведены исследования по выявлению оптимальных параметров приготовления пенной массы. Сбивание яичного белка проводили в присутствии лимонной кислоты в рецептурном количестве.

По результатам исследований рекомендованы следующие параметры сбивания яичного белка: температура охлажденного белка -

(0-10) °С; частота вращения лопастей сбивальной машины - 10,0 с-1; продолжительность сбивания - 20-25 мин.

Очищенную от пленки и обработанную яичную скорлупу измельчали до размера частиц (20-100)-10-6 м и вводили на стадии сбивания яичного белка. Качество полученной сбитой массы оценивали по двум показателям - кратности пены и эффективной вязкости.

Применение добавки из яичной скорлупы (ДЯС) в технологии сбивных кондитерских изделий требует проведения исследований по выявлению влияния добавки на пенообразующие свойства белка, что позволит определить технологические условия введения. С целью выявления степени измельчения ДЯС и оптимальных его дозировок проведена серия экспериментов. ДЯС в количестве от 0 до 4 % вводили в яичный белок перед сбиванием. Влияние количества и степени измельчения ДЯС на кратность пены представлено на рис. 1.

Количество ДЯС, %

Рис. 1. Зависимость кратности белковой пены от количества ДЯС и степени его измельчения, 10-6 м: (1 - 100; 2 - 80; 3 - 60;

4 - 40; 5 - 20)

Данные на рис. 1 показывают, что наибольшее влияние на кратность белковой пены оказывает размер частиц ДЯС. Так, при введении ДЯС с размером частиц 40-10^ м (кривая 4) и 20-10-6 м (кривая 5) в количестве 2 % от массы сахара наблюдаются наибольшие величины пенообразующей способности (736 % и 724 % соответственно) при доле ДЯС * 2 %. Как увеличение, так и уменьшение доли ДЯС приводит к снижению пенообразующей способности яичного белка. Увеличение доли ДЯС до 4 % приводит к получению минимальной кратности пены (299 %).

Технологические процессы и оборудование

Введение ДЯС с размером частиц более 60406 м (кривые 1, 2 и 3) приводит к значительному снижению кратности белковой пены. При этом кратность пены снижается пропорционально доли ДЯС, введенной в сбитую массу. Введение ДЯС в количестве 4 % оказывает негативное влияние на кратность пены при любой степени измельчения яичного порошка. Вероятно, как крупные частицы ДЯС, так и большое их количество разрушают структуру пены, тем самым препятствуют процессу пенообразования.

В условиях производства на стадии формования на сбитую массу осуществляется механическое воздействие, поэтому важным является определение влияния добавки ДЯС на реологические характеристики пенной массы. Для пенных масс наиболее важными реологическими показателями является эффективная вязкость [4].

В лабораторных условиях проведены исследования по влиянию ДЯС на показатели эффективной вязкости пенной массы. Исследования проводили на ротационном вискозиметре FIRST RM. Исследовали зависимость эффективной вязкости пенной массы от градиента скорости. Измерения проводили при температуре 20 °С. Данные эксперимента представлены на рис. 2.

О

03

С

нЧ

I—I

О

Ъ й  еч — К | і—і И о

175

150

125

00

75

50

25

с

і ц \ Т

\\ * Л

к и

к 9 Ч " к ч V

\v ** ** ч U; : + 76

1  II 1 * + 60 Г ~ і

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 Частота вращения, с-1

Рис. 2. Зависимость эффектной вязкости от частоты вращения и количества ДЯС:

Данные рис. 2 показывают, что эффективная вязкость контрольного образца составляет 165 Па-с. С увеличением градиента скорости эффективная вязкость массы снижается за счет разрушения коагуляционных структур. Особенно интенсивно процесс изменения эффективной вязкости происходит при увеличении частоты вращения до 15 с-1. При градиен-

те скорости 15 с-1 начинается область разрушения структуры, и вязкость меняется незначительно. Увеличение частоты вращения до 50 с-1 способствует снижению вязкости пенной пассы до 15 Па-с.

Характер зависимости эффективной вязкости для кривой 2, полученной при исследовании пенной массы с ДЯС, имеет ряд отличий. Введение в пенную массу ДЯС оказывает влияние на эффективную вязкость системы. Максимальное значение эффективной вязкости для кривой 2, полученной при внесении в пенную массу ДЯС в количестве 2 %, составляет 175 Па-с, что выше контроля. Это можно объяснить тем, что частицы ДЯС, обладая большей удельной поверхностью и способностью образовывать более сильные связи, распределяясь по объему пенной массы, приводят к уплотнению коагуляционно-структурных образований этих частиц. Стабилизирующее действие ДЯС, вероятно, связано с возникновением адсорбционных слоев, замедляющих стекание жидкости в пленке и, тем самым, предохраняющих пузырьки от коалес-ценции. Адсорбционные слои, придавая пленке высокую структурную вязкость, повышают механическую прочность, создают как бы упругий каркас, сообщая пене определенные физико-химические свойства твердого тела, что препятствует резкому снижению эффективной вязкости при увеличении частоты вращения.

Таким образом, по результатам работы можно сделать следующие выводы.

1. Разработана технология добавки из яичной скорлупы. Для этого проведены исследования химического состава яичной скорлупы. Выявлено значительное содержание кальция, более 34 мг %; магния - 1,2 мг %; натрия - 0,1 мг %.

2. Проведены исследования влияния добавки из яичной скорлупы на пенообразующую способность яичного белка. Показано, что введение добавки с размером частиц 40-10-6 м в количестве 2 % на стадии сбивания способствует увеличению кратности белковой пены на 16 %. Сбитая масса с порошком яичной скорлупы должна соответствовать следующим требованиям: кратность (730 ± 10) %; количество добавки из яичной скорлупы (2,0 ± 0,1) %.

3. Показано, что при производстве сбивных кондитерских изделий с предложенной добавкой, происходит снижение себестоимости на 6,3 %. Подсчитано, что к примеру, при

Саломатов А.С., Саломатова А.С.

выработке в сутки 100 кг воздушного полуфабриката с предложенной добавкой экономическая эффективность в год будет составлять 128,5 тыс. руб. На одну тонну выработки воздушного полуфабриката повышенной пищевой ценности экономическая эффективность составит 3,7 тыс. руб.

Литература

1. Мухамедиев, Ш.А. Эмульсии и пены: строение, получение, устойчивость / А.Ш. Мухамедиев, В.А. Васькина // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2008. - № 4. -С. 17-20.

2. Мухамедиев, Ш.А. Эмульсии и пены: строение, получение, устойчивость / А.Ш. Мухамедиев, В.А. Васькина // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2008. - № 5. -С. 21-24.

3. Тутельян, В.А. О нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации / В.А. Тутельян //Вопросы питания. - 2009. - Т. 78. - № 1. - С. 4-16.

4. Dickinson, E. Food emulsions and foams: Stabilization by particles // Current Opinion in Colloid & Interface Science. - 2010. - Vol. 15, Iss. 12. - P. 40-49.

Саломатов Алексей Сергеевич. Кандидат технических наук, преподаватель кафедры технологии и организации питания, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск). Область научных интересов - повышение пищевой ценности сбивных кондитерских изделий. Контактный телефон: (8-351)267-97-33, e-mail: salomatovas@mail.ru

Саломатова Анна Сергеевна. Студент 6 курса, Челябинская государственная агроинженерная академия (г. Челябинск). Область научных интересов - применение комплексных добавок в технологии кондитерских изделий пенной структуры. Контактный телефон: (8-351)267-97-33, e-mail: zwezda7453@mail.ru

ANALYSIS OF THE FOAMING CAPACITY OF EGG SHELL POWDER

A.S. Salomatov, A.S. Salomatova

The article considers rational use of eggshell in order to reduce the amount of waste while improving nutritional value and quality of final product. The article describes the chemical content of the eggshell and analyzes the influence of eggshell powder additive on foaming capacity of egg white. The authors also justify the economical benefits of the use of the eggshell powder in the aerated confectionary

Keywords: eggshell, additive, micronutrients, macronutrients, aerated confectionary, foaming capacity, nutritional value.

Aleksei Sergeevich Salomatov. Candidate of Science (Engineering), lecturer at the Department of Food Processing and Catering Department of South Ural State University, Chelyabinsk. Research interest: improvement of the nutritional value of aerated confectionary. Telephone: (8-351)267-97-33, e-mail: salomato-vas@mail.ru

Anna Sergeevna Salomatova, 6th year student of Chelyabinsk State Academy of Agroengineering, Chelyabinsk. Research interests: the application of additives in aerated confectionary and its influence on the foaming capacity. Telephone: (8-351)267-97-33, e-mail: zwezda7453@mail.ru

Поступила в редакцию 10 ноября 2013 г.