Аерація шоколаду - Мистецтво чи наука?

Аерація шоколаду широко використовується в комерційних цілях з моменту патентування аерованого продукту в 1935 р. 1. З тих пір було розроблено кілька методів введення бульбашок у шоколад 2. Незважаючи на різні методи включення бульбашок до шоколаду, наука про утворення і стабілізацію бульбашок все ще недостатньо вивчена.

Процеси аерації шоколаду

Загалом, закриті системи аерації є кращими для відкритих, оскільки вони дозволяють ширше вибирати об'ємне співвідношення газ/рідина, а також можуть працювати вище одного атмосферного тиску. Це автоматично робить піну менш схильною до дестабілізуючої дії механічного перемішування, що виникає у відкритих системах. Попередні публікації показали, що можна досягти різноманітної щільності, від 1,20 г/см3 (мікроаерація, що характеризується наявністю менших бульбашок і меншою фракцією газу) до 0,23 г/см3 (макроаерація - характеризується наявністю більших бульбашки). Найнижча щільність, яку коли-небудь заявляли, становить 0,10-0,20 г/см33. Деякі з обговорених тут процесів вже є комерційно доступними в тій чи іншій формі. Тому методи викладені в загальному принципі, не вдаючись до детальних умов процесу.

Рисунок 1 Приклади газованих кондитерських виробів з шоколаду

Аерація вакуумним процесом

Цей процес складається із змішування газу в жировій суспензії, осадження продукту у форму, розширення бульбашок за допомогою вакууму та одночасного охолодження з утворенням стабільної кристалічної структури, в якій бульбашки газу затримуються. Газ виходить з розчину під вакуумом, утворюючи бульбашки. Важливо, щоб центри належним чином охолоджувались, щоб уникнути руйнування. Зображення промислової вакуумної коробки показано на малюнку 2.

Вебінар: Ландшафт молочних альтернатив на рослинній основі та його технічні проблеми

З динамічно мінливими тенденціями та все більшою кількістю гравців, які входять до рослинних альтернатив молочної продукції, диференціація ринку стає ключовим фактором. Для вибору споживачів є багато товарів, і виділити їх важче, ніж будь-коли.

Рисунок 2 Вакуумна коробка

У процесі вакуумування утворюється аерований центр зі змінним розміром бульбашок і зменшеною щільністю 0,40-0,70 г/см 3 від початкової щільності шоколаду від 1,25 до 1,30 г/см 3. Вакуумний тиск може коливатися від 0,68 до 0,95 бар, але може бути і меншим. Деякі утворені бульбашки мають досить великі розміри, діаметр яких становить кілька міліметрів 4 .

Аерація процесом розчиненого газу

У цьому процесі газ розчиняється у загартованому шоколаді під певним тиском. Коли суміші випускають із сопла в посудині під тиском, вона розширюється, з-за чого газ виходить з розчину у вигляді бульбашок 5. Потім спінений шоколад можна формувати та охолоджувати, що сприяє стабілізації аерованої структури (Рисунок 3).

Процес розчиненого газу утворює однорідні «тонкостінні» бульбашкові структури з щільністю до 0,40-0,70 г/см3. Whittaker & Phillips були першими винахідниками, які формували бульбашки в рідкому шоколаді за допомогою газу під тиском6.

Рисунок 3 Аерація шоколаду методом розчиненого газу

Аерація методом екструзії

Цей процес використовується для створення порожнистих труб по всій довжині виробу. Це робиться шляхом екструзії загартованого шоколаду через матрицю, яка включає трубки. Кінцевий продукт має отвори, що проходять по довжині, отже, додавання великої кількості новими способами. Цей процес дає шоколад з диференційованою структурою та хрусткою та унікальною текстурою 2 .

Деякі інші методи включають захоплення газу у кристалізованій жировій фазі, лущення та зворотно-фазову аерацію та холодну екструзію 2 .

Наука про аерацію шоколаду

Основи стійкості масляної піни

Хоча розумінню властивостей водних пін приділяється значна увага, дослідження неводних пін були надзвичайно дефіцитними. Вважається, що причина невідповідності наукових інтересів пов’язана з принциповою різницею в механізмах стабілізації. Фундаментальний прогрес стабілізації масляних пін нещодавно був розглянутий Фрібергом 7. У водних пінах поверхнево-активні речовини адсорбуються на поверхні розділу, змінюючи властивості поверхні, що забезпечує важливий механізм стабільності піни 8. Властивий низький поверхневий натяг більшості масел означає, що поверхнево-активні речовини на основі вуглеводнів мало або зовсім не спонукають адсорбуватися на межі розділу. Як результат, властивості поверхні лише незначно змінюються внаслідок збільшення концентрації ПАР і не мають суттєвого впливу на стійкість піни.

Відсутність модифікації властивостей поверхні означає, що стійкість масляних пін сильно залежить від швидкості дренажу, тобто реологічних властивостей масляної фази. У багатофазних системах, як, наприклад, шоколад, реологія жиру, як очікується, буде лише фактором, що сприяє цьому. Недавні дослідження Шрести показали, що в багатофазних системах наявність рідкокристалічних структур і твердих частинок на межі розділу призводить до більшої стабілізації масляних пін 9. Ключові фактори, що регулюють аерацію шоколаду. Скромне фундаментальне розуміння масляної піни як колоїдної системи не перешкоджало комерційній експлуатації таких систем харчовою промисловістю. Очевидно, це область, що представляє великий комерційний інтерес, судячи з кількості патентів, що охоплюють інженерні розчини та інгредієнти, такі як ПАР та аераційні жири, для підвищення рівня аерації продуктів на основі жиру. Цей факт ілюструє велику кількість ноу-хау, розроблених у галузі.

Обмежені фундаментальні знання про масляні піни також означали, що необхідно вдаватися до емпіричних зусиль для вивчення схильності масел до піноутворення. Ряд досліджень щодо впливу умов обробки та інгредієнтів на властивості аерованого шоколаду опубліковано 4,10-11. Загальний огляд основних факторів, що сприяють цьому, обговорюється в літературі, представлений нижче. Деталі досліджень можна отримати за посиланням.

Вплив властивостей жиру

Властивості та вміст жиру суттєво впливають на аерацію шоколаду. Взагалі кажучи, більший вміст жиру призводить до більшої затримки газу, тобто об'ємної частки газу. Показано, що поведінка кристалів жирів надзвичайно впливає на структуру аерації шоколаду. В ідеалі жир при кристалізації повинен починатися з швидкої часткової кристалізації, але потім кристалізуватися повільніше, щоб забезпечити захоплення газу всередині системи 4 .

Поліморфізм жирів, такий як какао-масло, також є вигідним для процесів включення бульбашок у піни на основі жиру. У цьому випадку правильний характер жирів є вирішальним фактором переробки. Встановлено, що жирові кристали в β ’поліморфній формі сприяють включенню більшої кількості дрібних бульбашок 12-13. Наявність великих β-кристалів, навпаки, призводить до включення більших і менших розмірів бульбашок 12. Сато показав, що салатну олію можна збити до стійкої піни з додаванням кристалів жиру з високою плавильністю у β-поліморфній формі13. Він стверджував, що стабілізація була результатом адсорбції орієнтованих кристалів жиру на межі розділу повітря-масло. Постачальники жиру та олії застосували цю технологію для контролю складу та поведінки кристалізацій жирів для виробництва аераційних жирів, що широко використовуються у кондитерських начинках.

Вплив емульгаторів

Шреста продемонстрував, що стабілізація жирової піни за допомогою емульгаторів може бути досягнута лише тоді, коли емульгатори адсорбуються на межі повітря-олія у вигляді пластинчастих кристалічних структур або твердих частинок 9. Досліджень впливу емульгаторів у шоколаді дуже мало. Джеффрі повідомив, що додавання в шоколад комбінації гліцерил моностеарату (GMS) та лецитину дало аерований шоколад щільністю 0,20 г/см32. У дослідженні Haedelt та співавт. вплив емульгаторів (полігліцерину полірицинолеат (PGPR), GMS та тристеарат сорбітану (STS)) на аерацію шоколаду був набагато менш очевидним 11. Можливо, що процес аерації, який використовувався в дослідженні, міг вплинути на функціональність емульгатора.

Вплив типу газу

Тип газу, який використовується для аерації, сильно впливає на аеровану структуру шоколаду, як показано на малюнку 4. Haedelt et al. показали, що аерований шоколад, що виробляється з розчинними в шоколаді газами, такими як діоксид вуглецю та закис азоту, призводить до утворення більших бульбашок і більших обсягів накопичення. З іншого боку, аргон та азот, які значно менш розчинні, дають зразки з меншими бульбашками та меншими значеннями затримки газу 10. Кількість газу, що входить до складу шоколаду, і спосіб його змішування також дуже важливі для того, щоб отримати гарну дисперсію та рівномірний розмір міхура. Відсутність знань про фазову поведінку газів у шоколаді значно обмежує розуміння ефекту різних газів. Використання фазової діаграми для вивчення стійкості піни неводної піни було досліджено Jederstroem та співавт. як спробу розробити метод формулювання піноутворюючих аерозолів з бажаною піноутворюючою поведінкою 15. Вони помітили, що екструзія композицій з контуром випаровування, що закінчується в межах композиції, в якій присутні пластинчасті рідкі кристали, утворює надзвичайно стійкі піни.

Рисунок 4 Шоколад, аерований а) діоксидом вуглецю та б) азотом

Вплив в'язкості

Як обговорювалося вище, очікується, що реологія шоколаду впливатиме на його аераційні характеристики. Вважається, що значення виходу має більш виражене значення з точки зору стійкості бульбашок при створенні шоколадної піни під вакуумом, оскільки швидкість зсуву навколо бульбашок дуже низька. Пластична в'язкість, навпаки, більше пов'язана з ростом бульбашок і є більш важливою при аерації під позитивним тиском.

Кореляція між в'язкістю та аераційними властивостями шоколаду наразі розчаровує, головним чином тому, що враховані властивості потоку вимірюються на незагартованому шоколаді, як правило, при 40 ° C, тоді як аерація зазвичай здійснюється на загартованому шоколаді приблизно при 30 ° C 11. Взагалі, в'язкість, виміряна при 40 ° C, не має реального відношення до в'язкості шоколаду після його загартування 16. Відсутність відповідної послідовної в’язкої методики для характеристики властивостей текучості загартованого шоколаду під час аерації перешкоджає розумінню. Останні розробки вбудованих методів, таких як профіль швидкості ультразвуку - перепад тиску (UVP-PD) 17, потенційно дозволять охарактеризувати властивості потоку загартованого шоколаду та його відношення до характеристик аерації.

Висновки

Вакуумні та розчинені газові процеси широко застосовуються у виробництві кондитерських виробів з аерованого шоколаду. Незважаючи на те, що галузь розробила значні технологічні рішення та ноу-хау для виробництва аерованого шоколаду, наука залишається мало зрозумілою. Запропоновано певний прогрес у розумінні стабілізації жирових пін, але його застосування до аерованого шоколаду ще потрібно перевірити. Останні розробки вбудованих методів можуть потенційно дозволити характеристику загартованого шоколаду і використовуватись як діагностичні інструменти для кращого контролю аерації шоколаду.

Список літератури

1. Тодд, Дж. (1935). Патент No 459582. GB

2. Джеффрі, М. С. (1989). Газований/формований шоколад. Кондитер-виробник, 69 (11), 53-6

3. Гедель, Дж., Кук, П. та Харґрівз, Дж. (2006). Патент No WO2006122823. 4. Хемскерк, Р. (1990). Газовані сполуки на основі жиру - Співвідношення ціни та якості. Харчовий маркетинг та технології, 4 (2), 54-5

5. Лі Р. (1991). Основні принципи у виробництві та характеристиці пінопластових кондитерських виробів. Кондитерське виробництво, 57 (3), 210-1

6. Уітакер А. та Філліпс С. Б. (1938). Патент No 480951. GB

7. Фріберг, С. Е. (2010). Піни з неводних систем. Сучасна думка в галузі колоїдів та інтерфейсів., 15, 359-64

8. Лангевін Д. (2000). Вплив міжфазної реології на властивості піни та емульсії. Адв. Колоїдний інтерфейс Sci., 88, 209-22

9. Шреста, Р. Г., Шреста, Л. К., Соланс, К., Гонсалес, К., & К., А. (2010). Неводна піна з надзвичайною стабільністю в системі моногліристат дигіцерол/оливкова олія. Колоїдний прибій A, 353, 157-65

10. Хаельт, Дж., Беккет, С. Т., і Ніранджан, К. (2007). Шоколад, індукований бульбашками: відповідна структура зі сенсорною реакцією. J. Food Sci., 72, 138-42

11. Гедель, Дж., Лео Пайл, Д., Беккет, С., і Ніранджан, К. (2005). Індуковане вакуумом утворення бульбашок у темперованому шоколаді. J. Food Sci, 70 (2), 159-64

12. Hoerr, C. W. (1960). Морфологія жирів, олій та укорочених речовин. J. Am. Олія Хім. Соц., 37, 539-46

13. Хуей, Ю. Х. (1996). Промислові олійно-жирові продукти Bailey’s. Нью-Йорк: Wiley

14. Сато К. (2009). Мікроструктури жирових кристалів, досліджені методами мікропроменевої рентгенівської дифракції синхротонного випромінювання. Конференція AOCS: Кристалізація ліпідів, зародження до застосування. Торонто

15. Jederstroem, G., Rydhag, L., & E, F. S. (1979). Рідкі кристалічні фази в аерозольних складах. J Pharm Sci, 62, 1979–83

16. Талбот Г., Сміт К. та Каїн Ф. (2005). Зміни в’язкості під час загартування молочного шоколаду та нанесених покриттів. Intrafood 2005. Валенсія

17. Васселл П., Віклунд Дж., Штадінг М., Бонвік Г., Сміт К., Алмірон-Ройг Е. та ін. (2010). Вимірювання в'язкості ультразвукового доплера в лінійній в'язкості та твердому жировому профілі жирових сумішей. Food Sci. Тех., 45, 877-83

Про авторів

Хоселіо Вієйра є головним науковим співробітником Центру технологічних продуктів Nestlé для кондитерських виробів у Йорку, Великобританія. Хоселіо за освітою є хіміком та має ступінь доктора філософії фізичної хімії в Оксфордському університеті. Після закінчення університету він протягом 11 років працював у Dow AgroSciences у розробці засобів захисту рослин у групі Formulation Science & Technology у Бразилії та Великобританії. Потім він приєднався до Nestlé у Центрі технологій продуктів у Бове, Франція, присвяченому розробці технологій виробництва морозива. Після п’яти років перебування у Франції Хоселіо був переселений до Йорка, де зараз він працює у відділі науки. Його інтереси включають колоїдні та рецептурні науки. Хоселіо є співавтором та опублікував ряд наукових робіт та патентів на технології шоколаду та морозива. Він також є членом виконавчого комітету Formulation Science & Technology Group, предметної групи Королівського хімічного товариства у Великобританії.

Венката Р. Сундара, має ступінь бакалавра (сільське господарство), магістра (харчова технологія) та доктора філософії (Ноттінгем, Великобританія) з харчової науки і вже 27 років бере активну участь у дослідженнях продуктів харчування. Його рання дослідницька робота в оборонній лабораторії харчових продуктів (Індія) включала розробку раціонів швидкого приготування їжі та виживання для Збройних Сил. Потім він працював у Федеральному дослідницькому центрі харчування в Карлсруе (Німеччина) на посаді наукового співробітника Олександра фон Гумбольдта, перш ніж приступити до дослідницького центру Nestlé, Лозанна (Швейцарія) у 1995 році. з акцентом на фрукти/овочі, шоколад та молочну хімію та технологію переробки. Він є науковим співробітником IFST (Великобританія). В даний час він є керівником групи газованих та наповнених кондитерських виробів та базується в Центрі технологічних продуктів Nestlé, Йорк, Великобританія.