процеси структуроутворЕння у виробництві

м’яких маргаринів

М’які маргарини є переохолодженими високодисперсними емульсіями прямого, зворотнього або змішаного типу, до складу яких входять високоякісні харчові жири рослинного і тваринного походження у натуральному та модифікованому вигляді, молоко, вода, вітаміни, поверхнево-активні речовини (ПАР), харчові барвники, ароматизатори, сіль та інші добавки.

М’які маргарини призначені для безпосереднього вживання в їжу, домашньої кулінарії, а також для використання у мережі громадського харчування: при виготовленні кулінарних, кондитерських та хлібо-булочних виробів.

Науковими дослідженнями доведено, що біологічно повноцінний жир, призначений для харчування здорового організму, повинен містити 20-30 % лінолевої кислоти, 40-60 % олеїнової кислоти та не більше 30 % насичених жирних кислот, у складі яких середньо- та високомолекулярні жирні кислоти знаходяться у відношенні 1:1. До речі, середньомолекулярні насичені кислоти швидко усмоктуються у кишечнику та не відкладаються у жирових депо людського організму. Вміст транс-ізомеризованих жирних кислот у маргаринах загального призначення не повинен перевищувати 30 % від суми усіх жирних кислот, а у дієтичних – 8 %, тому що транс-ізомери, хоч і не завдають негативного впливу на організм, але поступаються традиційним цис-ізомерам харчовою цінністю.

Для дієтичного харчування людей з порушенням жирового обміну та хворих атеросклерозом потрібні жири з підвищеним вмістом лінолевої кислоти (не менше 40 %), у яких співвідношення між насиченими та поліненасиченими жирними кислотами наближається до 1:2.

Ефективність дії есенціальних жирних кислот значною мірою залежить від вмісту оптимальної кількості токоферолу (вітаміну Е). Наявність у раціоні великої кількості поліненасичених жирних кислот з дефіцитом альфа-токоферолу ініціює вільно-радикальне окислення тканинних ліпідів, внаслідок чого утворються гідропероксиди. Однак і надлишок токоферолу є небажаним, оскільки у цьому випадку він виступає в ролі прооксиданту. Кількість токоферолу визначають відносно вмісту в жирі найважливішої есенціальної кислоти – лінолевої. Оптимальним вважається введення 0,5–0,8 мг альфа-токоферолу на 1 г лінолевої кислоти.

Високу біологічну цінність мають фосфоліпіди, а також фітостероли, які містяться у жирах. Оптимальна доза фосфоліпідів у жирі – 0,7 % від загальної маси жиру, а добова потреба в них людини – близько 5 г.

Вживання жирів зазначеного кислотного складу, збагачених біологічно активними добавками (вітамінами А, Е, фосфоліпідами, бета-ситостеролом), знижує рівень холестерину у сироватці крові та в печінці, забезпечуючи чіткий антисклеротичний ефект.

У природі не існує жирового продукту, який би повністю відповідав вимогам, що висувають зараз до харчового жиру. Всі види жирів наземних тварин, включаючи вершкове масло, бідні на поліненасичені кислоти. Водночас більшість рідких рослинних олій містять значні кількості цих кислот, особливо соняшникова, сойова, кукурудзяна, бавовняна олії. Однак у рослинних оліях помітно недостатній вміст насичених жирних кислот. Внаслідок цього у харчуванні доцільно використовувати поряд з тваринними жирами та рослинними оліями відповідні суміші типу «маргарин».

Жирова композиція маргаринів є багатокомпонентною системою, яка включає натуральну рослинну олію (соняшникову, бавовняну, сойову, кокосову та інші харчові масла), а також модифіковані (гідровані та переетерифіковані) жири. При цьому слід зазначити, що модифіковані жири повинні містити мінімальну кількість транс-ізомерів ненасичених жирних кислот. Останнім часом з’явилися відомості про те, що транс-ізомери спричиняють зменшення у крові вмісту ліпідів високої густини, які перешкоджають відкладенню холестерину на внутрішніх стінках кровоносних судин. У виробництві маргаринів є всі умови для добору жирових компонентів у повній відповідності до фізіологічних вимог і напрямків їх використання. Практично маргарини можна одержувати за найрізноманітнішими рецептурами, як щодо жирнокислотного та гліцеридного складу, так і щодо збагачення їх біологічно активними речовинами.

У той же час, здатність жиру забезпечити життєво важливі для організму метаболічні процеси визначається не тільки його жирнокислотним складом, але і внутрішньо- та міжмолекулярним розподілом жирних кислот у триацилгліцеринах. З’ясовано, що не менше однієї третини лінолевої кислоти повинно знаходитись у положенні 2 триацилгліцеринів, де ця поліненасичена кислота краще захищена від окислення і разом з тим більш доступна для синтезу біологічно активних речовин. Жир оптимального жирнокислотного та гліцеридного складу повинен бути рідким за температури тіла людини, концентрація в ньому найбільш високоплавких (тринасичених) ацилгліцеринів не повинна перевищувати їхню розчинність у жирі за цієї температури.

Крім того, вимоги до жирових основ маргаринів визначаються також сферою та умовами їх використання. Жирові основи бутербродних м’яких маргаринів з підвищеним вмістом ацилгліцеринів лінолевої кислоти мають знижену твердість (30-70 г/см), тому їх фасують методом наливання у полімерну тару. Ці маргарини тривалий час повинні зберігати дрібнокристалічну консистенцію у широкому діапазоні температур споживання, що насамперед забезпечується підбором гліцеридного складу жирової основи.

Головним методом одержання жирових основ маргарину з певними фізико-хімічними характеристиками є змішування твердих пластичних і рідких компонентів, склад та технологія попередньої модифікації яких значною мірою визначається ресурсами та вартістю жирової сировини.

Тверді пластичні компоненти – гідровані та переетерифіковані жири – одержують з натуральних олій та жирів методами хімічної модифікації [1]. У композиції жирів маргарину вони є структуроутворювачами. За рідкий компонент використовують рідкі рослинні олії.

Таким чином, головна роль у структуроутворенні маргарину належить жировій основі, структура якої, у свою чергу, значною мірою залежить від умов охолодження та темперування.

Швидке охолодження жирової основи сприяє утворенню дрібнокристалічної основи маргарину. Повільне охолодження супроводжується послідовною кристалізацією ацилгліцеринів відповідно до їхньої температури тверднення. При цьому тверді ацилгліцерини утворюють великі кристали, які спричиняють виникнення неоднорідної структури, а також таких дефектів маргарину, як “мучнистість”, “мраморність” та ін.

В умовах швидкого охолодження жирова фаза кристалізується у вигляді найдрібніших голкоподібних кристалів. Далі під час завершення процесу кристалізації, незважаючи на підвищення температури за рахунок виділення «прихованої» теплоти кристалізації, відбувається подальше зростання одиничних кристалів, що врешті-решт призводить до неоднорідності структури маргарину.

У виробництві маргарину під час тверднення жирової фази відбуваються дуже складні процеси кристалізації та рекристалізації з утворенням цілого ряду модифікацій, які позначають так: , , ¹, .

Утворення модифікацій у зазначеному порядку відбувається тільки за певних умов (швидкості охолодження, перемішування та термостатування).

Кристали жиру в маргарині відносять звичайно до ¹-форми. Перехід у -фазу може негативно вплинути на консистенцію маргарину через утворення більших за розмірами кристалів. Стабілізація у -форму може відбуватися під час зберігання продукту за підвищених температур.

Одержання продукту необхідної кристалічної форми залежить від багатьох факторів:

швидкості охолодження – зі збільшенням її утворюється нестійка кристалічна модифікація;

швидкості перемішування – при швидкому перемішуванні утворюється дрібніша кристалічна структура, ніж при повільному або без перемішування;

вмісту насичених і ненасичених твердих ацилгліцеринів – чим більше міститься у жировій фазі ненасичених ацилгліцеринів, тим більше утворюється нестійких кристалічних модифікацій;

утворення теплоти кристалізації – фактора особливо важливого, оскільки повільне та повне виділення теплової енергії з жирової фази маргарину, що кристалізується, спричиняє одержання продукту однорідної пластичної консистенції.

Для отримання рівномірної консистенції маргарину потрібно його повністю охолодити та завдати додаткової механічної обробки, щоб запобігти реверсії кристалічної структури й утворенню нестійких мікрокристалів.

З метою оптимізації виробничих процесів виготовлення маргарину необхідно установити термодинамічну рівновагу між теплотою кристалізації та холодильним агентом. При цьому можуть виникати такі варіанти термодинамічної залежності:

– жироводна емульсія недостатньо охолоджена:

-  Т₁ =  Т₂;

– переохолоджена: - Т₁ > Т₂ - Т₃;

– оптимальні умови охолодження - Т₁>Т₂,

де Т₁ – температурний градієнт на перших двох циліндрах переохолоджувача; Т₂ – температурний градієнт на останніх двох циліндрах переохолоджувача; Т₃ – температурний градієнт за рахунок виділення теплоти кристалізації.

При недостатньому охолодженні температурні градієнти в усіх циліндрах переохолоджувача майже однакові, а маргарин виходить твердим або у вигляді грудок.

При дуже глибокому охолодженні продукт переохолоджується і стає надто рідким і непридатним для пакування.

Оптимум охолодження досягається тоді, коли швидкість охолодження хоча б у двох останніх циліндрах буде відносно великою і максимум температурного перепаду становитиме 20 % від загального температурного градієнта (Т₀).

З метою досягнення однорідної структури маргарин після глибокого охолодження потрібно інтенсивно перемішувати, тоді дрібнодисперговані кристали твердої фази утворюють у рідкій фазі коагуляційні структури, які, за П.А.Ребіндером, мають здатність до тиксотропії, обумовлену Ван-дер-Ваальсовими силами зчеплення. У цьому випадку одержують маргарин з найбільш виразними пластичними властивостями.

У противному разі перевага конденсаційно-кристалізаційної структури може надати маргарину в процесі зберігання крихкості та сприятиме подальшому його зміцненню за рахунок процесів трансформації кристалів у більш стабільну високоплавку форму.

Таким чином, утворення заданої структури маргарину при оптимальному підборі жирових компонентів на стадіях охолодження і механічної обробки може проходити по-різному. Так, охолодження емульсії і наступна перекристалізація маргарину без перемішування спричиняє утворенню конденсаційно-кристалізаційної структури. При цьому навіть при роботі в оптимальному температурному режимі спостерігається нерівномірний розподіл твердої фази у рідкій та поява великих кристалічних включень внаслідок зрощення одиничних кристалів, що негативно впливає на структурно-реологічні властивості маргарину.

Для усунення цих явищ потрібно знайти метод забезпечення таких умов, які б сприяли утворенню переважно коагуляційної структури маргарину. Наприклад, з метою декристалізації структури переохолодженій емульсії завдають інтенсивної і відносно тривалої механічної обробки, внаслідок чого під час зберігання в маргарині менше утворюється твердих просторових структур, причому без суттєвої модифікації кристалів. Механічна обробка переохолодженої емульсії сприяє одержанню високопластичного маргарину, який має дещо нижчі характеристики міцності та структура якого наближається до коагуляційної.

5. Особливості складу м’яких маргаринів і низькокалорійних паст

Тенденція до суттєвого збільшення випуску м’яких маргаринів, фасованих у коробочки з полімерних матеріалів, простежується в усіх промислово розвинених країнах. Так, в Англії та Германії їх виробництво становить від 70 до 90 % загального обсягу випуску столових маргаринів.

Для м’яких маргаринів характерні підвищена біологічна цінність, однорідна пластична консистенція, здатність добре намащуватись безпосередньо після виймання з побутового холодильника.

Вміст жирової фази у рецептурах м’яких маргаринів варіюється у досить широких межах і становить від 40 до 82 %. Продукти, які містять 40-60 % жирів, належать до низькокалорійних і є порівняно новими у групі маргаринів. Виробляються також дієтичні м’які маргарини бутербродного призначення, до складу жирової основи яких входить до 50 % ацилгліцеринів фізіологічно активної лінолевої кислоти.

Структурні властивості та харчова цінність м’яких маргаринів визначаються складом і фізико-хімічними характеристиками жирової сировини. У зв’язку з цим приділяють велику увагу підбору компонентів жирової фази.

Науковими дослідженнями виявлено, що краще засвоюються організмом ті жири, які знаходяться у стані дрібнодисперсної емульсії з температурою плавлення у межах 28-34⁰С. У той же час вони повинні зберігати протягом тривалого часу дрібнокристалічну структуру, однорідну пластичну консистенцію у широкому диапазоні температур. Іншими словами, за фізичними властивостями м’які маргарини за температур 20-35 ⁰С повинні наближатися до вершкового масла, а за більш низьких – перевершувати його за легкоплавкістю та пластичністю.

Для забезпечення гарної пластичності та здатності намазуватися вміст твердих ацилгліцеринів у м’яких маргаринах повинен становити 10-20 % в інтервалі температур від 10 до 30 ⁰С. З цією метою при розробці рецептур м’яких маргаринів використовують жирові композиції, які включають рідкі рослинні олії (соняшникову, соєву, бавовняну, кукурудзяну, ріпакову та ін.) та частково гідровані жири (харчові саломаси) таких марок:

1 – температурою плавлення 32-34 ⁰С, твердістю 180-250 г/см;

2 – температурою плавлення 34-36 ⁰С, твердістю 280-350 г/см;

3-1 – температурою плавлення 35-37 ⁰С, твердістю не нижче 550 г/см;

3-2 – температурою плавлення 35-37 ⁰С, твердістю 400-500 г/см;

4 – температурою плавлення не вище 27 ⁰С, твердістю не більше 50 г/см;

5 – температурою плавлення 42-45 ⁰С, твердістю не нижче 800 г/см;

6 – температурою плавлення не нижче 53 ⁰С, твердість – не визначається.

Характеристику харчових саломасів названих марок наведено у табл. 5.1.

Таблиця 5.1 – Характеристика харчових саломасів