Влияние температурного режима на вязкостные свойства глазури

УДК 664.143

Л.А. Надточий, А.И. Лепешкин, Е.Д. Дудник, А.В. Проскура, М.Б. Мурадова, Р.М. Мельчаков

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА ВЯЗКОСТНЫЕ СВОЙСТВА ГЛАЗУРИ

На различных этапах технологического процесса производства пищевой продукции важно учитывать реологические свойства пищевых систем, так как данные показатели оказывают существенное влияние на качество готового продукта. В настоящей работе проведены исследования влияния температуры плавления на структурно-механические свойства глазури для кондитерских изделий с использованием ротационного вискозиметра марки RHEOTEST. Объектом данного исследования служила пищевая глазурь, разработанная в качестве покрытия батончиков-мюсли. Изменяющимся входящим параметром эксперимента выбрана температура плавления глазури, наиболее часто используемая в кондитерской промышленности, в частности 85, 90 и 95°С. Оцениваемым параметром эксперимента была эффективная вязкость глазури при различном механическом воздействии на объект исследования со скоростью сдвига от 1 до 102 с1. С целью изучения тиксотропных свойств образцов глазури оценивали способность к восстанавливаемости структуры после механического воздействия по истечении 15 минут в состоянии покоя, после чего измеряли эффективную вязкость образцов глазури в обратном порядке (со скоростью сдвига от 102 до 1 с1). В результате данного исследования доказано влияние температурного режима на эффективную вязкость глазури: при 85°С глазурь не затвердевает из-за максимального значения коэффициента вязкости, данная температура является оптимальной по показателю степени восстанавливаемости исследуемого продукта; при 90°С зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига была ниже на 5% по сравнению с образцом при 85°С; при 95°С продукт показал самые низкие значения коэффициента эффективной вязкости. Образец глазури, выработанный при рекомендуемой температуре плавления (85°С), был проанализирован с точки зрения консистенции готового продукта с помощью автоматического цифрового пенетрометра, что позволило охарактеризовать глазурь как слишком твердый объект с ограниченной возможностью к растеканию.

Ключевые слова: глазурь, реологические свойства, эффективная вязкость, тиксотропные свойства, скорость сдвига, температура плавления, пенетрация, консистенция.

L.A. Nadtochii, A.I. Lepeshkin, E.D. Dudnik, A.V. Proskura, M.B. Muradova, R.M. Melchakov

THE INFLUENCE OF TEMPERATURE REGIME ON THE GLAZE VISCOUSITY

PROPERTIES

It is important to take into account the rheological properties of food systems at various stages of food product technological process, since these indicators affect on the finished product quality significantly. The researches of the melting point influence on the structural and mechanical properties of the glaze for confection by means of the rotary viscometer RHEOTEST were conducted. The object of this research was food glaze, designed as a coating for muesli bars. The melting point of the glaze, which is most often used in confectionery industry, in particular 85, 90 and 95°C, was chosen as a changing input parameter of the experiment. The estimated parameter of the experiment was the effective viscosity of the glaze under various mechanical effects on the investigation object with shear rate from 1 to 102 s-1. In order to study the thixotropic properties of the glaze samples, the ability to restore the structure after mechanical action after 15 minutes at rest was evaluated, then the effective viscosity of the glaze samples in the opposite direction (with a shear rate from 102 to 1 s-1) was measured. In result the influence of the temperature regime on the effective glaze viscosity was proved: at 85°C the glaze does not harden because of the maximum value of viscosity coefficient, such temperature is optimal in terms of the recovery degree of the investigated product; at 90°C effective viscosity dependence on shear rate was lower on 5% compared to the sample at 85°C; at 95°C the product showed the lowest values of the effective viscosity coefficient. The glaze sample produced at the recommended melting point (85°C) was analyzed in terms of the consistency of the finished product with an automatic digital penetrometer, that made it possible to characterize the glaze as a too hard object with a limited possibility of spreading.

Key words: glaze, rheological properties, effective viscosity, thixotropic properties, shear rate, melting points, penetration, consistency.

DOI: 10.17217/2079-0333-2018-45-43-49

Цель и методика исследований

В последнее время сохраняется тенденция увеличения спроса на глазированную продукцию. В кондитерской промышленности используются различные виды глазури, среди которых наиболее распространенными являются шоколадная, сахарная, фруктовая и йогуртовая. Среди глазированных продуктов наиболее востребованы у потребителя следующие виды кондитерских изделий: конфеты, орехи, сухофрукты, сырки, мороженое, зефир, мармелад, халва, печенье и торты [1].

В пищевой промышленности под глазированием понимают нанесение покрывающего материала на поверхность продукта для получения однородной глянцевой пленки, что обеспечивает продукту привлекательный внешний вид [2]. Помимо влияния на органолептические свойства продукта, глазирование способствует защите продукта от влаги, тем самым продлевая срок годности кондитерских изделий [3, 4].

По своим свойствам глазури относятся к структурированным высокодисперсным системам, в которых дисперсионной средой является расплавленный заменитель масла какао (ЗМК), а дисперсной фазой - частицы какао-порошка, сахара и других рецептурных компонентов. Реологические свойства глазури определяются, с одной стороны, текучестью расплавленной жировой фазы, а с другой - количеством, видом и гранулометрическим составом компонентов дисперсной фазы [5]. Необходимо, чтобы их гранулометрический состав был равномерным и находился в узком диапазоне распределения от 30 до 75 мкм при отсутствии мелких и крупных частиц [6].

Структурно-механические свойства глазури - это основные технологические свойства, влияющие на устойчивость при хранении продукта, деформационное поведение пищевой системы в процессе глазирования, а также условия взаимодействия глазури с пищевым продуктом. От деформационных свойств глазури зависит прежде всего ее способность плавно и равномерно распределяться на поверхности изделия тонким слоем и устойчиво связываться с ним [7].

Знание реологических свойств объектов имеет важное значение как для проектирования технологического процесса производства, так и для контроля качества пищевых продуктов [8]. При операции глазирования реологические свойства важны, так как некоторые физические процессы, происходящие во время глазирования (деформация, выравнивание), зависят от реологического поведения пленкообразующего покрытия [9].

Определяющими реологическими параметрами исследуемого объекта чаще всего служат предельное напряжение сдвига (предел текучести) и пластическая вязкость, на которые существенное влияние оказывают температурный фактор и степень измельчения (дисперсность) глазури [10]. Установлено, что с понижением температуры пластическая вязкость увеличивается, что обусловлено переходом части дисперсионной среды в дисперсную фазу [11].

В настоящей работе было исследовано влияние температуры на реологические свойства глазури, используемой в качестве покрытия кондитерских изделий, а также степень пенетрации для определения консистенции готового продукта.

Материалы и методы

Объектом настоящего исследования являлась многокомпонентная глазурь, разработанная в качестве пищевого покрытия для батончиков-мюсли.

Структурно-механические свойства глазури определяли методом ротационной реометрии с использованием ротационного вискозиметра марки RHEOTEST MedingenGmbH RN 4.1, NewCastle, DE (цилиндр HS с внутренним диаметром 3,5 см). Для определения реологических свойств поддерживали температуры 85, 90, 95°С для проведения процесса плавления глазури при помощи термостата 1и1аЬоРР 50. Были проанализированы значения эффективной вязкости образцов глазури при периодическом изменении во времени скорости сдвига от 1 до 102 с \ Реологические исследования проводили трижды с учетом допустимой погрешности 0,05.

Измерение консистенции готовой глазури проводили с помощью цифрового автоматического пенетрометра марки К95500 путем анализа сопротивления текстуры продукта проникновению в него индентора (конуса) со следующими размерами: угол 60°, рабочая масса индентора 69,8 г. Температура продукта при измерении составляла 12°С. Проводили от трех до пяти погружений конуса в исследуемый продукт.

Расчет предельного напряжения сдвига осуществляли вычислением среднего арифметического значения глубины погружения, применяя формулу Ребиндера:

0 = К-£,

п

где К - константа корпуса, зависящая от величины угла при его вершине, Н/кг, ^ - величина вертикальной внедряющей силы, Н; П - глубина погружения конуса, м;

F = т • g,

где т - масса конуса и груза, кг; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Результаты исследования

В Университете ИТМО на кафедре прикладной биотехнологии ведутся исследования по разработке рецептур сложного сырьевого состава для различных целевых аудиторий. В настоящей работе объектом исследования была многокомпонентная глазурь для батончиков-мюсли. Рецептурный состав разработанной глазури представлен в табл. 1.

Таблица 1

Состав рецептуры разработанной глазури

Сырьевые ингредиенты Рецептура глазури (без учета потерь),

г/100 г сухих веществ г/100 г продукта

Молоко сухое цельное 13,16 14,00

Какао-порошок 7,40 8,00

Сахарная пудра 36,00 36,00

Масло сливочное несоленое 32,60 38,00

Сухой фруктовый сок 7,04 8,00

Вода питьевая 0,00 8,00

Концентрат сывороточных белков 3,80 4,00

Итого 100,00 100,00

На рис. 1-4 показана зависимость эффективной вязкости от градиента скорости сдвига при периодическом изменении во времени скорости сдвига от 1 до 102 с 1 при различных температурах проведения процесса плавления, где п1 - значения эффективной вязкости, измеряемые в прямом направлении, п2 - значения эффективной вязкости, измеряемые в обратном направлении.

»п 00 а\ ,—1 00 ,—1 »п ,—1 ,—1

сч т ю ГГ1 ю 0\ ГЯ сч гя оо 00

о ,—1 сч Г-" <м" оо" ОО^ о- ОО^ ,—1 9 9 о

-4 сч сч т »п »п г- г- 00 00

Э, 1/8

Рис. 1. Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости при 95°С

С

г

40 35 30 25 20 15 10 5

4 5 00 а\ 1 3 00 4 4 1 3 4 5 1 ,—1

2 Ю т <4 0\ <4 <4 00, 00,

о ,—1 <м" Г-" сч 4 00^ аС сТ 0^8 8 8 ,—1 о

-4 1 1 2 2 3 3 5 5 г- г- а\ о\

Ц 1/s

Рис. 2. Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости при 90°С

45 40 35 30 25 20 15 10 5

4 5 8 о\ 1 3 8 4 4 4 1 3 4 5 1 1

2 СП ю а\ т <4 сч <4 00 00,

о ,—1 Г-" 0^8 4 0^8 о" 0^8 8 8 ,—1 0

1 1 2 2 3 3 4 5 »п г- г- о\ а\ 1

Рис. 3. Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости при 85°С

^ 1/5

£ 45 | 45 35 30 25 20 15 10 5 0

4 5 8 а\ 1 8 4 4 а\ 4 1 3 4 5 1 1

сч т Ю т ю а\ <4 сч <4 00, 00,

о ,—1 г-" <м" оо" 4 0^8 аС о- 0^8 8 8 ,—1 0

1 1 сч сч 3 3 4 5 5 г- г- а\ о\ 1

П1 Па с при 85°С -т|1 Па с при 95°С -П1 Пас пРи 90°С ^ 1/5

Рис. 4. Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости при различных температурах

0

0

Зависимости эффективной вязкости исследуемых образцов от градиента скорости сдвига показывают, что вязкость глазури при уменьшении температуры нагрева увеличивается непропорционально (рис. 1-3). Отмечено, что наилучшие показатели по эффективной вязкости и по тиксотропии показал образец глазури при 85°С. Исследование образца при 95°С показало низкие значения эффективной вязкости при малых нагрузках (скорость сдвига менее 20 с"1). У образца глазури при 90°С эффективная вязкость ниже на 8%, чем у образца глазури при 85°С.Таким образом, можно сделать вывод, что образец глазури при 85°С продемонстрировал более высокие значения эффективной вязкости на начальном этапе исследования при малоинтенсивном механическом воздействии.

Наиболее высокие значения эффективной вязкости при малых нагрузках показал образец при 85°С в отличие от образца при 90°С, в котором зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига была ниже на 5%.

Результаты исследований, по которым можно судить о тиксотропных свойствах образцов, показали, что наименьшую площадь петли гистерезиса продемонстрировал образец, подвергавшийся тепловой обработке при 85°С (рис. 3). Образец глазури при температуре исследования 90°С (рис. 2) обладал более выраженными тиксотропными свойствами по сравнению с образцом при 95°С (рис. 1), однако уступал образцу при температуре 85°С (рис. 3).

При проведении исследования консистенции глазури было определено шесть значений при-пенетрации (табл. 2). По данным табл. 2 определили константу корпуса, при а = 60° (табл. 3).

Таблица 2

Показания пенетрометра

Величина глубины погружения к, мм Ясв, мм

12,8 11,8 1 12,3 | 10,4 | 13,1 10,2 11,8

Таблица 3

Значения константы конуса

Угол при вершине конуса 2(а)° 30 45 60 90 120

К 0,959 0,416 0,214 0,073 0,0217

После получения показаний пенетрометра вычислили значение предельного напряжения сдвига по формуле:

0 = 1057 Па.

На основании этого показателя была выявлена твердость глазури в соответствии с предложенной классификацией материалов [12]. Она соответствует определению: «Слишком твердый с ограниченной способностью к размазыванию».

Выводы и рекомендации

Зависимость эффективной вязкости от температуры пищевой системы является важной характеристикой в пищевых технологиях, так как данный показатель обуславливает качество готового продукта. В результате исследования структурно-механических свойств глазури был выявлен рациональный температурный режим технологического процесса производства разработанной глазури. Производство, транспортирование и нанесение глазури на поверхность кондитерского изделия при 85°С обеспечивают равномерное распределение на поверхности продукта и устойчивое связывание пищевых систем. Данный температурный режим целесообразно применять в технологических процессах глазирования кондитерских изделий, в частности батончиков-мюсли.

С помощью методов пенетрации была определена консистенция разработанной глазури при 12°С, охарактеризованная как «слишком твердая с ограниченной способностью к размазыванию» в соответствии с регламентируемой классификацией материалов по данной методике. Результаты проведенного исследования относительно консистенции глазури целесообразно

использовать в нормативных документах на кондитерском производстве, в частности устанавливать рекомендуемые температуры хранения глазированной продукции не выше 12°С.

Литература

1. Rao M.A. Rheology of Fluid, Semisolid, and Solid Foods: Principles and Applications. -3rd ed. - New York-Heidelberg -Dordrecht-London: Springer, 2014. - Food Engineering Series. - 461 р.

2. Арет В.А., Руднев С.Д. Реология и физико-механические свойства материалов пищевой промышленности: учеб. пособие. - СПб.: ИЦ Интермедия, 2014. - 252 с.

3. Подготовка кондитерского сырья к производству (глазурь) [Электронный ресурс]. -URL: http: // www.baker-group.net (дата обращения: 2.04.2018).

4. Муратова Е.И., Смолихина П.М. Реология кондитерских масс: моногр. - Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. - 188 с.

5. Meza B.E., Peralta J.M., Zorrilla S.E. Rheological characterization of full-fat and low-fat glaze materials for foods // Elsevier: Journal of Food Engineering. - 2016. - № 2. - Р. 57-66.

6. Meza B.E., Peralta J.M., Zorrilla S.E. Rheological properties of a commercial food glazematerial and their effect on the film thicknessobtained by dip coating // Journal of Food Process Engineering. - 2015. - № 5. - Р. 510-516.

7. Забодалова Л.А., Белозерова М.С. Инженерная реология: учеб.-метод. пособие. - СПб.: Ун-т ИТМО, 2016. - 41 с.

8. Коновалова М.Ю., Евтушенко А.М. Реологические характеристики пряничного теста // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2013. -№ 2(16). - 5 с.

9. Peralta J.M., Meza B.E., Zorrilla S.E. Mathematical modeling of a dip-coating process using a generalized Newtonian fluid // Industrial & Engineering Chemical Research. - 2014. - № 3. -Р. 6533-6543.

10. Влияние температуры продукта, градиента скорости и касательных напряжений на реологические характеристики майонеза провансаль «Колибри» / Б.Л. Николаев, Л.К. Николаев, А.Ф. Денисенко, А.Ю. Круподёров, А.В Кузнецов // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2013. - № 1(11). - 5 с.

11. Зобкова З.С., Фирсова Т.П., Зенина Д.В. Влияние способа внесения трансглутаминазы на структурно-механические свойства йогурта и протеолитическую активность заквасочных культур // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014. - № 3. - С. 28-32.

12. Iakovchenko N.V., Arseneva T.P. Tapioca Maltodextrin in The Production of Soft Unripened Cheese // Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria. - 2016. - № 1. - Р. 47-56.

Информация об авторах Information about the authors

Надточий Людмила Анатольевна - Университет ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики); 191002, Россия, Санкт-Петербург; доцент, кандидат технических наук; l_tochka@corp.ifmo.ru

Nadtochii Ludmila Anatolyevna - ITMO University (Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics); 191002, Russia, St. Petersburg; Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; l_tochka@corp.ifmo.ru

Лепешкин Артем Ильич - Университет ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики); 191002, Россия, Санкт-Петербург; аспирант; spamificotor94@gmail.com

Lepeshkin Artem Ilich - ITMO University (Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics); 191002, Russia, St. Petersburg; postgraduate student; spamificotor94@gmail.com

Дудник Евгения Дмитриевна - Университет ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики); 191002, Россия, Санкт-Петербург; магистрант; evgesha220894@yandex.ru

Dudnik Evgeniya Dmitrievna - ITMO University (Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics); 191002, Russia, St. Petersburg; Master's student, evgesha220894@yandex.ru

Проскура Алена Владиславовна - Университет ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики); 191002, Россия, Санкт-Петербург; магистрант; pav060695@mail.ru

Proskura Alyona Vladislavovna - ITMO University (Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics); 191002, Russia, St. Petersburg; Master's student, pav060695@mail.ru

Мурадова Мариам Башировна - Университет ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики); 191002, Россия, Санкт-Петербург; магистрант; mari.muradova1996@gmail.com

Muradova Maria Bashirovna - ITMO University (Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics); 191002, Russia, St. Petersburg; Master's student; mari. muradova1996@gmail. com

Мельчаков Роман Максимович - Университет ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики); 197101, Россия, Санкт-Петербург; бакалавр; romanmelchakov@mail.ru

Melchakov Roman Maksimovich - ITMO University (Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics); 191002, Russia, St. Petersburg; Bachelor's student, romanmelchakov@mail.ru