Процессы кристаллизации сахарозы при производстве помадных масс

Помада – это продукт кристаллизации сахарозы из пересыщенных сахаро-паточных или сахаро-молочно-паточных сиропов. Она представляет собой гетерогенную систему, состоящую из трёх фаз: твёрдой, жидкой и газообразной.

Твердая фаза помады представлена различными по размеру кристаллами сахарозы. Жидкая фаза помады – физически однородная, но по химическому составу сложная фаза, состоящая из нескольких компонентов. Состав жидкой фазы зависит от рецептуры помады, но в основном представляет собой раствор сахарозы, глюкозы, мальтозы, фруктозы, декстринов и небольшого количества продуктов разложения сахаров, а при получении помад молочных также- раствор лактозы, молочного белка и продуктов сахаро-аминной реакции.

Газообразная фаза – это пузырьки воздуха, которые образуются в результате интенсивного перемешивания сиропа в помадосбивальных машинах.

Основное влияние на консистенцию и качество помады оказывает соотношение между твёрдой и жидкой фазами и химический состав жидкой фазы, от которого зависят растворимость сахарозы в жидкой фазе и ее вязкость.

Кристаллы твердой фазы помады находятся в окружении жидкой фазы, которую можно назвать межкристальным сиропом и является пересыщенным раствором сахарозы в присутствии других сахаров.

Таким образом, раствор, насыщенный относительно мелких кристаллов, является пересыщенным относительно крупных. Мелкие кристаллы обладают большей растворимостью, чем крупные. Если кристаллы различного размера находятся в соприкосновении с насыщенным раствором, то более крупные будут самопроизвольно расти за счет равновесия или растворения мелких кристаллов.

На кристаллизацию сахарозы при помадообразовании основное влияние оказывают степень пересыщения сахаро-паточных растворов, их вязкость и температура, а также интенсивность перемешивания.

С увеличением пересыщения скорость кристаллизации растет. Начальная концентрация растворов сахарозы (начальная величина персыщения) оказывает основное влияние на кинетику кристаллизации. Увеличение начального пересыщения сокращает продолжительность латентного периода , происходит более быстрое и резкое падение концентрации и образуется в большем количестве центров кристаллизации. Процесс кристаллизации заканчивается быстрее.

Начальная концентрация сахаро-паточного сиропа, как и степень его пересыщения оказывает большое влияние на образование твердой фазы в процессе кристаллизации.

Кинетика кристаллизации сахарозы в процессе помадообразования состоит в следующем. На стадии латентного периода не происходит образование кристаллов сахарозы, сироп охлаждается и переходит в состояние пересыщения, которое является неустойчивым. Далее (на 2-ом) участке происходит образование центров кристаллизации и бурный рост достигших критического значения кристаллических зародышей. Третий участок кривой асимптотически приближается к равновесному содержанию твердой фазы.

Следовательно, процесс помадообразования в промышленности зависит в большей степени от исходной концентрации сиропа, а увеличение начальной концентрации сиропа способствует увеличению содержания твёрдой фазы в помаде.

Для получения помады мелкокристаллической структуры необходимо проводить предварительное переохлаждение сиропов с последующим механическим воздействием или создание условий быстрого переохлаждения с последующим интенсивным перемешиванием. Основной путь интенсификации процесса помадообразования является быстрое переохлаждение сиропа в тонкой пленке, т.е. в пленочных аппаратах-кристаллизаторах путём распыления уваренного сиропа.

Температура сбивания помадного сиропа оказывает существенное влияние на процесс кристаллизации сахарозы и качество готового продукта. С повышением температуры скорость кристаллизации сахарозы увеличивается. Чем ниже конечная температура охлаждения помадного сиропа, при которой происходит кристаллизация сахарозы, тем меньше величина кристаллов твёрдой фазы.

Вязкость насыщенного раствора сахарозы является одним из важнейших факторов, замедляющих процесс кристаллизации сахарозы. Однако вязкость не является самостоятельным фактором, а зависит от степени пересыщения, температуры, концентрации несахаров и их состава.

Начало кристаллизации сахарозы замедляется при добавлении в её растворы глюкозы, мальтозы, фруктозы, инвертного сиропа, сорбита и т.д. Образование центров кристаллизации и твердой фазы помады протекает более интенсивно при кристаллизации сиропов с меньшим содержанием патоки, а готовая помада характеризуется различным содержанием твердой фазы.

По мере увеличения твердой фазы кристаллизуемый сироп приобретает всё более пластичную кремообразную консистенцию с большим содержанием мелкокристаллических фракций.

Инвертный сироп задерживает в значительно меньшей степени рост кристаллов, чем патока, что объясняется значительно меньшей вязкостью сахаро-инвертных сиропов по сравнению с сахаро-паточными.

Из всех углеводов наиболее сильное тормозящее действие на кристаллизацию сахарозы оказывают декстрины, наименьшее – мальтоза.

Интенсивность перемешивания помадного сиропа ускоряет процесс помадообразования и ведет к образованию более мелкихкристаллов. Оптимальная частота вращения мешалки помадосбивального агрегата должна быть 400 об/мин.

3.3 Рекристаллизация сахарозы при темперировании конфетных масс, её влияние на качество изделий

Помадные массы являются высокодисперсными системами, в которых дисперсность составляет до 10^-4мкм. Такие высокодисперсные системы обладают избытком свободной поверхностной энергией, термически неустойчивы и стремятся уменьшить дисперсность частиц путем коагуляции или переконденсации – перетока вещества жидкой фазы от малых к более крупным частицам через дисперсионную среду.

В дисперсных системах с различным агрегативным состянием вещества с кристаллической дисперсной фазой происходит процесс рекристаллизации. Он вызван влиянием размера кристаллов на их растворимость.

В производственных условиях процесс рекристаллизации усиливается колебаниями температуры, а, следовательно, и пересыщением жидкой фазы, так как темперирование помадных масс осуществляется в большом объеме в цилиндрических ёмкостях, оборудованных пароводяной рубашкой и мешалкой.

Большая вязкость массы, незначительная разница в плотности кристаллов и жидкой фазы, малая подвижность кристаллов относительно межкристального раствора не позволяет быстро и равномерно выравниваться концентрации по всему объёму массы, даже при очень медленных скоростях изменения температуры.

Так как коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к помадной массе меньше коэффициента теплоотдачи от пароводяной смеси к стенке, то передаваемая теплота не успевает мгновенно отвестись и равномерно распределиться по всей массе. Таким образом, несмотря на перемешивание, в массе возникает температурный градиент.

Изменение концентрации жидкой фазы, растворимости в ней сахарозы может происходить при введении в помаду различных рецептурных добавок (подварок, спирта, эссенций, масла сливочного).

При колебаниях температуры или концентрации жидкой фазы периодически происходит то растворение, то рост кристаллов. Но так как крупные кристаллы растут быстрее, а растворяются медленнее, чем маленькие кристаллы, то после многократных колебаний в итоге крупные кристаллы вырастают, а мелкие уменьшаются и затем полностью растворяются.

Скорость рекристаллизации возрастает с увеличением амплитуды и частоты колебания температуры, повышением дисперсности кристаллов и других факторов. Поэтому процесс темперирования должен быть кратковременным, а помада на выходе из помадосбивальной машины должна иметь температуру, близкую к температуре её формования.

Перегрев помадной массы усиливает процесс рекристаллизации, повышает растворимость сахарозы, что ведет к снижению содержания твердой фазы за счет растворения самых мелких кристаллов. Качество помады при этом ухудшается.

3.4 Реологические свойства конфетных масс (помадных, молочных, ликёрных) и их влияние на способ формования

Конфетные массы – высокодисперсные концентрированные структурированные дисперсные системы.

Учеными показано, что между твердыми телами и истинно вязкими жидкостями в природе существуют огромное многообразие тел промежуточного характера. К таким телам относятся все конфетные массы, обладающие комплексом структурно-механических свойств: вязкостью, упругостью, пластичностью, релаксацией напряжений. Эти свойства обусловливают способность конфетных масс сопротивляться деформации под действием внешних сил при технологической обработке и являются общими и характерными свойствами, определяющими возможность их переработки.

По характеру связей между отдельными молекулами, макромолекулами или микрокристалликами все структуры делятся на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные. В кристаллизационных дисперсных структурах могут возникать также и образования микрокристалликов новой фазы из пересыщенных растворов. Именно таков механизм образования помады и поверхностной кристаллической корочки в молочных и ликерных конфетных корпусах. Из пересыщенного раствора выделяющиеся кристаллики в определенных условиях сращиваются в кристаллическую структуру.

Помадная масса хорошего качества должна содержать 55-60% твердой фазы и 40-45% жидкой фазы.

Вкусовые качества помады зависят от её структуры и консистенции.

Структура помады определяется, главным образом, величиной кристаллов, составляющих её твердую фазу.

Размеры кристаллов сахарозы в твердой фазе помады зависят от целого ряда факторов.

1. От коэффициента пересыщения к моменту роста кристаллов. С увеличением степени пересыщения раствора скорость кристаллизации повышается. Размер основной массы кристаллов должен быть 20 мкм.

2. От рецептуры сиропа. С увеличением количества патоки в рецептуре, повышается вязкость, замедляется рост кристаллов, и скорость кристаллизации уменьшается. Увеличенное содержание патоки в рецептуре повышает дисперсность помады.

3. С увеличением влажности помадного сиропа удлиняется процесс помадообразования, т.е. снижается степень пересыщения раствора из-за снижения вязкости сиропа, удлиняется процесс сбивания и повышается размер кристаллов.

4. Чем ниже температура сиропа при сбивании, тем мельче кристаллы сахарозы. Снижение температуры помадного сиропа перед сбиванием приводит к пересыщению, быстрому образованию большего числа центров кристаллизации и сокращению латентного периода.

5. Чем интенсивнее сбивание помадного сиропа, тем меньше размер кристаллов.

Помада как вязко-пластичное тело – сложная дисперсная система. Высокодисперсная часть её, в основном, и определяет структурно-механические особенности помады.

По своим пластично-вязким свойствам помада относится к структурированным дисперсным системам. Поэтому она обладает аномалией вязкости.

Вязкость помады зависит от её влажности, температуры, дисперсности и количества патоки в рецептуре.

Помада обладает тиксотропными свойствами, зависящими от её дисперсности. Чем меньше размер кристаллов, тем больше эти свойства проявляются.

Размеры кристаллов, соотношение между кристаллами различной величины определяют консистенцию помады. Влияют на вязкость массы.

Вязкость помады характеризуется её способностью к транспортированию, формованию, влияет на процесс формирования корпуса, поскольку помада представляет собой структурированную дисперсную систему.

Способы формования конфетных масс обусловлены их консистенцией. В кондитерской промышленности наиболее широкое распространение получили следующие способы формования: отливка корпусов конфет в формы (жёсткие, мягкие, с крахмалом), выпрессовывание, прокатка пластов, отсадка корпусов конфет, размазка пластов.

Отливка и отсадка дают сразу изделия желаемой формы, а размазывание, прокатка и выпрессовывание требуют последующей резки.

Выбор способа формования зависит в основном от свойств конфетной массы, её структурно-механических свойств (вязкость, пластичность, прочность и т. д.) и физико-химических свойств (влажность , температура, рецептурный состав и прочее). Некоторые массы можно формовать только одним способом, а другие – целым рядом способов.

Основными факторами при выборе способа формования являются реологические свойства конфетных масс. Это вязкость, которая при необходимости может изменяться путем регулирования влажности, жирности и, главным образом, температуры.

Отливка - наиболее распространенный способ формования и основан на текучести масс в горячем состоянии, обладающей низкой вязкостью. Этим способом получают помадные, фруктовые, желейные, ликерные, молочные конфетные корпуса и мармелад.

Формование отливкой – это процесс дозирования и заполнения форм массой в текучем состоянии и структурирование массы в формах. Отливку производят в разрушаемые из крахмала или в жесткие из силикона формы. Отдельные виды изделий формуются в формы из сахара-песка.

При отливке выполняются следующие операции: формование ячеек в крахмале, отливка конфетной массы, выстаивание при определенных условиях отлитой в крахмал массы, далее выборка корпусов из крахмала и удаление крахмала с поверхности

К крахмалу как формовочному материалу предъявляются особые требования, его влажность - 5-9%, формы после выштамповывания должны быть неосыпающиеся, с гладкой поверхностью и легко удаляться с отформованных корпусов.

Температура конфетной массы при формовании отливкой имеет важное значение, так как с повышением температуры снижается вязкость и она легче отливается. Оптимальная температура для отливки конфетных масс, ^оС: помадная (сахарная и молочная) 65-72, с добавлением орехов и злаковых культур 70-75, фруктово-помадная 80-85, фруктовая 96-106, желейная 70-75, молочная 110-110, ликёрная 90-95.

Формы крахмальные и силиконовые можно заполнять как одной массой, так и несколькими в виде слоев или внутри корпуса находится другая конфетная масса.

Выстаивание конфетных корпусов происходит в установках ускоренной выстойки, где для каждого вида конфетной массы установлен определенный режим: помадная масса –38-40 мин. при температуре 4-10^оС, фруктовая масса – 50-60 мин. при температуре 4-10^оС, молочная и ликёрная масса -60-90мин. при температуре 25-28^оС в начале и 8-10^оС в конце выстойки.

Способом размазки с последующей резкой формуют многие конфетные массы (помадные, фруктовые, ореховые, сбивные, кремовые).

Процесс формования размазкой состоит из подготовки конфетной массы, её размазки, выстойки и резки. Размазывают конфетные массы при следующих температурах ^оС: помадные –60-65; фруктовые – 80-85; сбивные - 55-60.

На размазном конвейере получают из бесформенных пластичных масс однослойные и многослойные конфетные корпуса и неглазированные конфеты. Сначала конфетная масса загружается в каретки без дна с регулируемым зазором и далее поступает на движущуюся транспортерную ленту. При изготовлении неглазированных конфет толщина пласта – 14 мм, глазированных –12 мм.

Для охлаждения конфетных пластов над размазным транспортером размещают охлаждающие камеры, куда подается воздух с температурой 15-20^оС. Далее пласт разрезается в двух взаимно перпендикулярных направлениях струнными или дисковыми ножами на прямоугольные формы.

При формовании прокаткой конфетный пласт образуется при прохождении массы между вращающимися валками. Температура помадных масс составляет 60^оС, содержание влаги 12%.

Полученный в зазоре между валками бесконечный пласт поступает на непрерывно движущуюся транспортерную ленту. Отформованный пласт поступает в охлаждающий шкаф с температурой воздуха 5-8^оС с продолжительностью выстаивания 7-12 мин. Дисковыми и гильотинными ножами пласт разрезается на отдельные корпуса конфет.

Выпрессовывание помадных масс является перспективным способом формования. Позволяет получать массы различных форм и размеров и создать непрерывный поток производства.

Процесс выпресовывания состоит в выдавливании через профилированные формующие матрицы массы в виде жгута бесконечной длины с последующим охлаждением и резкой.

Для формования выпрессовыванием помадных конфетных масс необходимо в рецептуру вводить модифицированный крахмал для повышения вязкости массы и придания им пластических свойств. Кроме того, необходимо создать интенсивное перед формованием с 60-70 до 18-25^оС охлаждение массы.

Ротационный способ формования состоит в формовании конфетных масс с помощью роторов (РЗ ШМФ-4). Этим способом формуются конфетные массы с влажностью 10-11% и жирностью 2-18%.. Преимущество способа состоит в том, что можно получать корпуса конфет с чистой поверхностью и различной конфигурации.