Вакуумные насосы, вакуум. Ремонт вакуумных насосов. Техническая и научная информация о вакууме, методах его получения и направлениях применения в науке и промышленности. Статьи на тему технологий применяемых в современном мире на основе вакуумной техники.

02.07.2025, 06:19

Наполнение шоколада пузырьками - аэрация. Вакуум в технологическом процессе.

Аэрация шоколада – искусство или наука?

Включение пузырьков в шоколад приводит к образованию пены, в которой газ диспергируется в непрерывной жировой фазе, в основном из какао-масла, которое также содержит частицы сахара, какао и сухого молока. Аэрация позволяет шоколадным изделиям иметь малый вес по отношению к объему, тем самым снижая калорийность порции (хотя и не по весу). Она также придает уникальную текстуру конечному продукту. Во всем мире можно найти огромное количество различных аэрированных шоколадных изделий.

Аэрация шоколада широко используется в коммерческих целях с момента патентования аэрированного продукта в 1935 году. С тех пор было разработано несколько методов введения пузырьков в шоколад. Несмотря на различные методы включения пузырьков в шоколад, наука образования и стабилизации пузырьков до сих пор плохо изучена.

Процессы аэрации шоколада.

В целом, закрытые системы аэрации предпочтительнее открытых систем, поскольку они позволяют более широкий выбор объемного соотношения газ/жидкость и также могут работать при давлении выше одной атмосферы. Это автоматически делает пену менее подверженной дестабилизирующему воздействию механического перемешивания, встречающегося в открытых системах. Более ранние публикации показали, что можно достичь различных плотностей, от 1,20 г/см3 (микроаэрация, характеризующаяся наличием более мелких пузырьков и более низкой газовой фракцией) до 0,23 г/см3 (макроаэрация, характеризующаяся наличием более крупных пузырьков). Самая низкая плотность, которая когда-либо была заявлена, составляет 0,10-0,20 г/см3. Некоторые из обсуждаемых здесь процессов уже доступны в продаже в той или иной форме. Поэтому методы изложены в общем принципе без подробного описания условий процесса.

Аэрация вакуумным способом.

Этот процесс состоит из смешивания газа с жировой суспензией, помещения продукта в форму, расширения пузырьков путем применения вакуума и одновременного охлаждения для формирования стабильной кристаллической структуры, в которой удерживаются пузырьки газа. Газ выходит из раствора под вакуумом, образуя пузырьки. Важно, чтобы продукт был надлежащим образом охлажден, чтобы избежать схлопывания.

Вакуумный процесс производит аэрированную эмульсию с переменным размером пузырьков и пониженной плотностью 0,40-0,70 г/см3 от начальной плотности шоколада от 1,25 до 1,30 г/см3 . Давление вакуума может варьироваться от 0,68 до 0,95 бар, но может быть и ниже. Некоторые из образующихся пузырьков довольно большие по размеру с диаметром в несколько миллиметров.

Аэрация растворенным газом.

В этом процессе газ растворяется в темперированном шоколаде под определенным давлением. Когда смесь выпускается из сопла в сосуде под давлением, она расширяется, заставляя газ выходить из раствора в виде пузырьков. Затем вспененный шоколад можно формовать и охлаждать, что помогает стабилизировать аэрированную структуру.

Процесс растворенного газа производит однородные, «тонкостенные» пузырьковые структуры с плотностью до 0,40-0,70 г/см3.

Аэрация методом экструзии.

Этот процесс используется для создания полых трубок по всей длине продукта. Это делается путем выдавливания темперированного шоколада через матрицу, которая включает трубки. Конечный продукт имеет отверстия, идущие по всей его длине, таким образом добавляя объем новым способом. Этот процесс дает шоколад с дифференцированной структурой и с хрустящей и уникальной текстурой.

Другие методы включают в себя улавливание газа в кристаллизованной жировой фазе, хлопьеобразование и аэрацию с обратной фазой, а также холодную экструзию.

Наука аэрации шоколада.

Основы устойчивости масляной пены.

В то время как понимание свойств водных пен привлекло значительное внимание, исследования неводных пен были в высшей степени скудными. Причина расхождения в научном интересе, как полагают, связана с фундаментальным различием в механизмах стабилизации. Фундаментальный прогресс в стабилизации масляных пен был недавно рассмотрен. В водных пенах поверхностно-активные вещества адсорбируются на границе раздела, изменяя ее поверхностные свойства, что обеспечивает важный механизм стабильности пены. Присущее большинству масел низкое поверхностное натяжение подразумевает, что у поверхностно-активных веществ на основе углеводородов мало или вообще нет стимула адсорбироваться на границе раздела. В результате поверхностные свойства лишь незначительно изменяются при увеличении концентрации поверхностно-активного вещества и не оказывают существенного влияния на стабильность пены.

Отсутствие модификации поверхностных свойств подразумевает, что стабильность масляных пен в значительной степени зависит от скорости дренажа, т. е. реологических свойств масляной фазы. В многофазных системах, таких как, например, шоколад, реология жира, как ожидается, будет лишь способствующим фактором. Недавние исследования показали, что в многофазных системах наличие жидкокристаллических структур и твердых частиц на границе раздела приводит к большей стабилизации масляных пен. Ключевые факторы, регулирующие аэрацию шоколада Скромное фундаментальное понимание масляных пен как коллоидных систем, однако, не помешало коммерческой эксплуатации таких систем пищевой промышленностью. Очевидно, что это область большого коммерческого интереса, судя по количеству патентов, охватывающих инженерные решения и ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества и аэрирующие жиры, для повышения уровней аэрации продуктов на основе жира. Этот факт иллюстрирует большое количество ноу-хау, разработанных в отрасли.

Ограниченные фундаментальные знания о масляных пенах также означали, что необходимо было прибегнуть к эмпирическим усилиям для изучения тенденции масел к пенообразованию. Было опубликовано несколько исследований о влиянии условий обработки и ингредиентов на свойства пористого шоколада.

Влияние свойств жира.

Свойства и содержание жира оказывают значительное влияние на аэрацию шоколада. В общем, более высокое содержание жира приводит к большему удержанию газа, т. е. объемной доле газа. Кристаллизационное поведение жиров, как было показано, оказывает значительное влияние на структуру аэрации шоколада. В идеале жир при кристаллизации должен начинаться с быстрой частичной кристаллизации, но затем кристаллизоваться медленнее, чтобы обеспечить увлечение газа в системе.

Полиморфизм жиров, таких как какао-масло, также известен как выгодный для процессов включения пузырьков в пены на основе жира. В этом случае правильный температурный режим жиров является решающим фактором обработки. Было обнаружено, что кристаллы жира в β'-полиморфной форме облегчают включение большего количества мелких пузырьков. С другой стороны, наличие крупных β-кристаллов приводит к включению более крупных и меньшего количества пузырьков. Салатное масло можно взбить до устойчивой пены с добавлением высокоплавких кристаллов жира в β-полиморфной форме. Утверждается, что стабилизация является результатом адсорбции ориентированных кристаллов жира на границе раздела воздух-масло. Поставщики жиров и масел использовали эту технологию для управления составом и поведением кристаллизации жиров для производства аэрирующих жиров, широко используемых в кондитерских начинках.

Влияние эмульгаторов.

Исследования родемонстрировали, что стабилизация жировых пен эмульгаторами может быть достигнута только тогда, когда эмульгаторы адсорбируются на границе раздела воздух-масло в виде пластинчатых кристаллических структур или твердых частиц. Исследования влияния эмульгаторов на шоколад очень редки. Добавление комбинации глицерилмоностеарата (ГМС) и лецитина в шоколад дало аэрированный шоколад с плотностью 0,20 г/см3. В исследовании влияние эмульгаторов (полиглицеринполирицинолеат (ПГПР), ГМС и сорбитантристеарат (СТС)) на аэрацию шоколада было гораздо менее очевидным. Возможно, что процесс аэрации, использованный в исследовании, мог повлиять на функциональность эмульгатора.

Влияние типа газа.

Тип газа, используемого для аэрации, оказывает сильное влияние на аэрированную структуру шоколада. Исследования показали, что аэрированный шоколад, произведенный с использованием растворимых в шоколаде газов, таких как углекислый газ и закись азота, приводит к образованию более крупных пузырьков и больших удерживаемых объемов. С другой стороны, аргон и азот, которые значительно менее растворимы, дают образцы с меньшими пузырьками и более низкими значениями удерживаемого газа. Количество газа, включенного в шоколад, и метод его смешивания также очень важны для получения хорошей дисперсии и однородного размера пузырьков. Отсутствие знаний о фазовом поведении газов в шоколаде значительно ограничивает понимание влияния различных газов. Использование фазовой диаграммы для изучения стабильности пены неводной пены было исследовано, в качестве попытки разработать метод для формулирования пенящихся аэрозолей с желаемым пенообразованием. Экструзия композиций с траекторией испарения, заканчивающейся в диапазоне составов, в которых присутствуют пластинчатые жидкие кристаллы, приводит к образованию чрезвычайно стабильных пен.

Влияние вязкости.

Как обсуждалось выше, реология шоколада, как ожидается, влияет на его аэрационные характеристики. Считается, что предел текучести имеет более выраженное значение с точки зрения стабильности пузырьков при создании шоколадной пены в вакууме, поскольку скорость сдвига вокруг пузырьков очень низкая. Пластическая вязкость, с другой стороны, больше связана с ростом пузырьков и более важна при аэрации под положительным давлением.

Корреляция между вязкостью и аэрационными свойствами шоколада до сих пор была разочаровывающей, в основном потому, что учитываемые свойства текучести измеряются на не темперированном шоколаде обычно при 40 °C, в то время как аэрация обычно проводится на темперированном шоколаде при температуре около 30 °C. В целом, вязкость, измеренная при 40 °C, не имеет реального отношения к вязкости шоколада после его темперирования. Отсутствие подходящей поточной методики вязкости для характеристики текучести темперированного шоколада во время аэрации затрудняет понимание. Недавние разработки поточных методик, таких как профиль скорости ультразвука - падение давления, потенциально позволят характеризовать свойства текучести темперированного шоколада и их связь с характеристиками аэрации.

Выводы.

Вакуумные и растворенные газовые процессы широко используются в производстве аэрированных шоколадных кондитерских изделий. Хотя отрасль разработала значительные технологические решения и ноу-хау для производства аэрированного шоколада, наука остается едва ли понятой. Было предложено некоторое продвижение в понимании стабилизации жировых пен, но его применение к аэрированному шоколаду все еще требует проверки. Недавние разработки поточных методов потенциально могут позволить характеризовать темперированный шоколад и использоваться в качестве диагностических инструментов для лучшего контроля аэрации шоколада.