Фильтрование, эмульгирование и пастеризация смесей

Для удаления из смеси нерастворившихся комочков сырья и возможных различных механических примесей ее фильтруют(после растворения компонентов и после пастеризации), используя дисковые, пластинчатые, цилиндрические и другие фильтры. Фильтрующие материалы в фильтрах периодически очищают или заменяют, не допуская скопления большой массы осадка.

Эмульгированиенеобходимо проводить в том случае, когда мороженое вырабатывают с растительным жиром или заменителем молочного жира с целью его равномерного распределения по всему объему. Смесь нагревают до температуры 60…65 °С, вносят растительные жиры или заменители молочного жира и проводят эмульгирование с помощью специального оборудования (эмульгаторов или диспергаторов). При их отсутствии смесь в течение 10 мин прогоняют через насос.

Возможен также вариант приготовления молочно-растительных сливок. Для этого растительный жир вводят в 30 % молока (цельного или обезжиренного) при температуре 60…65 °С и проводят эмульгирование. Затем молочно-растительные сливки вносят в смесь перед пастеризацией.

Пастеризациясмеси мороженого, помимо обеспечения необходимого санитарного состояния готового продукта, способствует хорошему смешиванию и растворению компонентов, а также создает лучшие условия для гомогенизации. Обработку смеси ведут в непрерывном потоке, без доступа воздуха, чем обеспечивают высокую эффективность пастеризации, сохранение ароматических веществ, а также витаминов. Пастеризацию проводят при температуре 85 °С с выдержкой 50…60 с или без выдержки при температуре 92…95 °С. Высокие режимы тепловой обработки объясняются тем, что смеси для мороженого содержат повышенное количество сухих веществ, которые, увеличивая вязкость смеси, оказывают защитное действие на микроорганизмы.

На предприятиях, вырабатывающих мороженое, смесь пастеризуют в автоматизированных пластинчатых пастеризационно - охладительных установках, трубчатых пастеризаторах и пастеризаторах с вытеснительным барабаном, а также в аппаратах периодического действия – ваннах со змеевиковой мешалкой, ваннах длительной пастеризации, пароварочных котлах и т. д.

Гомогенизация смесей

Отфильтрованная смесь после пастеризации поступает в гомогенизатор для дополнительной обработки. Процесс гомогенизации способствует повышению взбиваемости смеси, улучшает консистенцию готового мороженого и придает ему нежную структуру.

Смесь гомогенизируют при температуре, близкой к температуре пастеризации смеси (с целью избежания вторичного обсеменения).

Гомогенизаторы представляют собой насосы, способные перекачивать жидкости под большим давлением. Насосы снабжены специальным приспособлением – так называемом гомогенизирующим вентилем (гомогенизирующей головкой). Жидкость пропускают через имеющуюся в этой головке чрезвычайно узкую кольцевую щель. Давление в гомогенизаторе регулируют с помощью рукоятки гомогенизирующей головки.

Цель гомогенизации состоит в раздроблении жировых шариков. Как известно, жир в молоке присутствует в виде жировых шариков диаметром от 1 до 10 мкм. В процессе гомогенизации жировые шарики дробятся на более мелкие размером 1…2 мкм. Эффективность гомогенизации определяется размерами жировых шариков и количеством жировых скоплений. В правильно гомогенизированной смеси жировые шарики должны иметь одинаково малую величину (крупных шариков не должно оставаться) и располагаться раздельно. Взбиваемость смеси заметно ухудшается в том случае, когда после гомогенизации хотя бы 1 % жира будет присутствовать в виде крупных шариков. Присутствие одного крупного шарика жира в наиболее тонкой части перегородки между воздушными пузырьками значительно ослабляет ее, независимо от наличия поблизости мелких жировых шариков. Проходящую через гомогенизатор смесь следует подвергать вторичной гомогенизации при уже установившемся давлении.

Ни в коем случае нельзя допускать, чтобы часть смеси оставалась без гомогенизации. Последующее слипание жировых шариков повышает вязкость смеси и замедляет процесс взбивания, при этом структура и консистенция готового продукта несколько ухудшается.

Общая поверхность жира, входящая в соприкосновение с молочной плазмой, изменяется пропорционально диаметру жировых шариков. В хорошо гомогенизированной молочной смеси мороженого диаметр жировых шариков не должен превышать 2 мкм при отсутствии жировых скоплений. При их наличии смеси обладают наиболее высокой вязкостью и дают самую низкую взбиваемость.

Другая функция гомогенизации заключается в стабилизации оболочек жировых шариков. Для построения новых оболочек успешно используются молочные белки – казеин и сывороточные белки. Особую роль выполняют фракции казеина, представляющие собой очень гибкие молекулы, распределяющиеся по большей части поверхности жировых капель и защищающие их.

Известно, что температура 75…85 °С является оптимальной для гомогенизации смеси мороженого. Это обосновано тем, что при данных температурах межмолекулярные силы ослабевают и молекулы казеина приобретают подвижность.

Эмульгаторы – такие как моноглицериды – играют важную защитную роль во время гомогенизации смеси мороженого. С другой стороны, функция эмульгатора несколько ограничена, поскольку моноглицериды при температуре гомогенизации находятся в жидком состоянии и могут смешиваться с жирами (сила притяжения на пограничной поверхности между жиром и водой очень мала, то же самое касается и поверхностного натяжения). Собственный эффект эмульгатора проявляется при охлаждении и созревании смеси.

Гомогенизация понижает тепловую стабильность молочных белков. Понижение стабильности белков вызывается высокой кислотностью смеси (водородный показатель приближается к 4,7), большим количеством кальция по сравнению с содержанием цитратов и фосфатов, высоким давлением или слишком высокой температурой гомогенизации.

Совокупность всех этих факторов может вызвать коагуляцию смеси в процессе гомогенизации.

Выбор давления гомогенизации зависит от состава смеси – чем ниже в ней содержание жира, тем выше давление гомогенизации, и наоборот. Молочные смеси гомогенизируют при давлении 12,5…15,0 МПа, сливочные при 10…12, пломбирные – при 7,5…9,0 МПа. При использовании двухступенчатого гомогенизатора на первой ступени осуществляется дробление жировых шариков под давлением 15…20 МПа, на второй ступени – при давлении 5 МПа происходит разбивание жировых скоплений.

Нарушение режимов гомогенизации приводит к дестабилизации жира при фризеровании и ухудшению консистенции готового продукта – появлению жировой крупки.

Гомогенизированные смеси имеют следующие преимущества перед негомогенизированными: за счет повышения дисперсности жира при созревании и хранении не происходит его отстоя; мороженое получается более нежным, пластичным, маслянистым; при фризеровании смесь лучше взбивается (без образования крупинок масла), а при закаливании формируются мелкие кристаллы льда.

Эффективность гомогенизации смесей необходимо периодически проверять с помощью существующих методов.

Охлаждение и созревание смесей

Гомогенизированную смесь быстро охлаждают до температуры 0…6 °С (с помощью пластинчатых и оросительных охладителей, а также автоматизированных установок) с целью создания неблагоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, а также для подготовки смеси к следующему процессу обработки – созреванию.

Созревание смеси – важная стадия технологического процесса производства мороженого (раньше ее рекомендовали только для смесей, приготовленных с использованием желатина).

В процессе созревания происходит гидратация белков молока, стабилизатора и эмульгатора, дальнейшая адсорбция различных веществ, содержащихся в смеси, на поверхности жировых шариков. Кроме того, при снижении температуры до 4 °С происходит отвердевание молочного жира и кристаллизация эмульгатора – моноглицерида.

Таким образом, целью созревания смеси является повышение ее взбиваемости и улучшение консистенции готового мороженого.

Для смесей, не подвергавшихся созреванию, очень трудно получить желаемую взбитость, продукт имеет худшие показатели консистенции и сопротивления таянию. Поэтому созревание смеси независимо от массовой доли жира и применяемого стабилизатора необходимо проводить при температуре 0…6 °С не менее 4 ч. Дальнейшее созревание до 24 ч может быть предусмотрено в каждом конкретном случае (что связано с работой предприятия, с загрузкой оборудования и т. д.). Понижение температуры созревания смеси оказывает благоприятное действие, но она должна быть не ниже 0 °С.

Физико-химические изменения, протекающие в смеси при созревании, значительно улучшает ее взбиваемость; мороженое получается с более нежной структурой и консистенцией, о чем свидетельствует размер кристаллов льда и продолжительность сопротивляемости таянию.

Улучшение структуры мороженого, вызываемое созреванием смеси, объясняется главным образом гидратацией молочных белков и стабилизатора. В результате увеличивается количество связанной воды, уменьшается содержание свободной воды (связанная вода дает при замерзании более мелкие кристаллы, чем свободная).

Повышение взбиваемости смеси частично обусловлено гидратацией молочных белков и стабилизатора и частично – отвердеванием глицеридов жира в жировых шариках.

Фризерование смесей

Замораживание смеси является одной из самых ответственных стадий изготовления мороженого, обусловливающей в значительной степени качество готового мороженого. Состав смеси, ее состояние, скорость и степень замораживания определяют получение мороженого мелкокристаллической структуры и нежной консистенции. Лучшим способом замораживания смеси с получением мороженого высокого качества является замораживание во фризерах непрерывного или периодического действия. Замораживание смеси мороженого во фризере называют процессом фризерования. Во время фризерования смесь насыщается воздухом при одновременном частичном замораживании. Степень вработки воздуха в частично замерзшую смесь представляет собой процесс чисто физического порядка, и поэтому зависит от таких физических свойств как вязкость, поверхностное натяжение, внутреннее сцепление, а также от состояния ингредиентов смеси. Она характеризуется таким показателем как взбитость, которая определяется скоростью взбивания смеси (т. е. скоростью включения в нее пузырьков воздуха).

Способность смеси к быстрому взбиванию в большинстве случаев сочетается со способностью к достижению высокой взбитости. Однако бывают смеси, которые взбиваются медленно, но имеют высокую взбитость; и наоборот – возможны смеси, обладающие способностью взбиваться быстро, но имеющие невысокую взбитость.

При взбивании смесь насыщается воздухом, который образует ряд мелких воздушных пузырьков или ячеек, отделяемых друг от друга пленками из частично замороженной смеси. Объемная доля воздуха и размеры воздушных пузырьков зависят от следующих факторов:

- от эффективности работы взбивающего механизма (мешалки);

- от вязкости смеси, обусловленной ее составом (содержания СОМО, жира, сахарозы, введенного стабилизатора и т. д.);

-от степени удерживания введенного в смесь воздуха.

Вязкость смеси имеет значение только для степени насыщения смеси воздухом, которая затрудняется с ее повышением. Что же касается удержания смесью вбитого в нее воздуха, то это связано с целым рядом явлений. Перемешивание и взбивание способствуют распределению попавшего в смесь воздуха в виде пузырьков размером от 30 до 150 мкм. Однако не весь воздух остается в смеси. Большие воздушные пузырьки легко разрушаются с потерей воздуха, поэтому средний размер пузырьков в мороженом высокого качества должен быть не более 60 мкм. Следовательно, удержание воздуха в смеси зависит от прочности перегородок между воздушными пузырьками, которая, в свою очередь, зависит от сил поверхностного натяжения и адсорбции жировых шариков, степени деэмульгирования жира, размера образующихся жировых частиц и т. д.

Взбитость мороженого (В) выражают в процентах в виде отношения разности веса определенного объема смеси (Sс) и мороженого (Sm) к весу того же объема мороженого:

В = 100 (Sc - Sm) / Sm

Для сливочного мороженого и пломбира достигается взбитость 90…120 %, для молочного – 50…60 % (плодово-ягодного мороженого – 40…60 %).

В процессе фризерования образуется новая фаза (кристаллы льда и жира), разделенная прослойками жидкой фазы. От правильности проведения этого процесса в значительной степени зависят структура и консистенция готового продукта.

Структура мороженого характеризуется главным образом размерами кристаллов льда, количеством вводимого воздуха и его дисперсностью, т. е. размерами воздушных пузырьков. Чем мельче кристаллы льда и пузырьки воздуха, тем нежнее структура мороженого. При употреблении продукта не обнаруживаются кристаллы льда, имеющие размер менее 50 мкм.

Мороженое при недостаточной взбитости получается слишком плотным, с грубой структурой и консистенцией. Мороженое с высокой взбитостью тает медленнее.

В настоящее время в промышленности используют преимущественно фризеры непрерывного действия.

По сравнению с фризерами периодического действия, фризеры непрерывного действия имеют следующие преимущества:

- высокая производительность;

- меньшие энергетические затраты на получение единицы продукции;

- простота обслуживания и высокая надежность;

- возможность автоматического регулирования его производительности, а также степени взбитости, вязкости, температуры продукта;

- получение мороженого однородного состава;

- возможность сокращения последующего процесса закаливания за счет высокой степени замораживания продукта;

- возможность организовать производство мороженого поточным методом.

Важнейшими узлами фризеров являются: морозильный цилиндр с мешалкой (снабженной взбивательным устройством и ножами скребкового типа); система охлаждения рабочего цилиндра; система подачи продукта и воздуха. Система охлаждения может быть аммиачной и фреоновой, обеспечивающей охлаждение смеси до минусовых температур. В горизонтальных фризерах взбивание смеси протекает лучше, чем в вертикальных.

Процесс фризерования смеси происходит следующим образом. После достижения криоскопической температуры вода в смеси мороженого начинает превращаться в мельчайшие кристаллы льда. При этом в незамороженной части влаги повышается концентрация растворенных веществ (сахарозы, лактозы, минеральных солей) и понижается температура замораживания. Таким образом, процесс фризерования происходит при постепенно понижающейся температуре продукта.

Формирующиеся в мороженом в процессе фризерования воздушные пузырьки, их дисперсность, равномерность распределения, объемная доля воздуха в продукте оказывают большое влияние на структуру и вкусовые достоинства мороженого.

Во фризер должна поступать смесь с температурой не выше 6 °С, температура мороженого при выходе из фризера обычно составляет -3,5…-6 °С.

Скорость замораживания зависит от температурного перепада между смесью и хладагентом. В процессе фризерования на стенках цилиндра намерзает слой смеси, который непрерывно срезается ножами. Замораживание смеси может протекать с требуемой скоростью лишь при тщательной очистке стенок цилиндра от пристающего к ним слоя смеси. Неполадки в работе аппарата объясняются искривлением стенок фризера, скребкового механизма и притуплением скребков. В большинстве случаев искривление скребкового механизма является следствием неправильной эксплуатации фризера (особенно при его промывке).