XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Исключительное многообразие молочных продуктов, относящихся к дисперсным системам, их важное прикладное значение предопределяют необходимость изучения свойств и разработки методов физико-химического управления качеством на разных стадиях технологических процессов получения и переработки дисперсных систем. Есть все основания утверждать, что физико-химических процессов дисперсных систем является научной основой технологических процессов, протекающих в гетерогенных системах, в том числе процессов создания пищевых продуктов.

Пены представляют собой системы с сильно развитой поверхностью раздела фаз, что определяет их свойства. Пенообразующие дисперсные системы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, и предъявляемые к ним требования зависят от технического назначения.

В молочной промышленности используют большое количество пенообразующих масс. Условно их делят на 2 группы: продукты с пенной структурой, которые немедленно используют после их изготовления (суфле, коктейли, пенные напитки), и продукты, которые сохраняют длительное время свои свойства после определенной их технологической обработки (муссы, кремы, стабилизированные десерты).

В коллоидной химии обоснованы физико-химические закономерности формирования молочных пенообразующих дисперсных систем, установлены биотехнологические принципы пенообразования, определены технологические особенности производства продуктов на основе молочных ПДС, а также разработаны теоретические положения, позволяющие управлять пенообразованием в промышленности.

На основании исследований поверхностной активности раскрыт механизм участия компонентов молока в образовании межфазных пенных пленок. Выявлена взаимосвязь казеина, сывороточных белков, небелковых азотистых веществ, жировой фазы (агрегатного состояния триглицеридов и диаметра жировых шариков), фосфолипидов, лактозы, дисперсионной среды, активной и титруемой кислотности, поверхностного натяжения, вязкости, активности воды и температуры молока с его пенообразующей активностью.

Обоснована концепция формирования молочных ПДС. Рассмотрены физико-химические процессы, протекающие в результате насыщения дисперсионной среды молока, газом. Установлено влияние типа контакта и геометрии межфазных пленок на величину капиллярной силы взаимодействия воздушных пузырьков. Выполнены расчеты межфазной поверхности пенных пленок для прогнозирования устойчивости ПДС. Разработана классификация молочных пенообразующих дисперсных систем, основу которой составляют уровни, определяющие многообразие характеристик пенообразующих масс.

Особенности важнейших свойств пенообразующих дисперсных систем состоят в том, что значительная доля всех молекул или атомов располагается на поверхности раздела фаз. Эта часть вещества по своему положению находится в несимметричном силовом поле и отличается особенностями своего энергетического состояния. Действительно, создание межфазной поверхности требует применения усилий по разрыву связей. При этом значительная часть энергии накапливается здесь же, на межфазной границе.

Неограниченное диспергирование гетерогенной пенообразующий дисперсной системы переводит её в гомогенное состояние. Этот переход сочетает единство непрерывности и скачка, как и обратный процесс – возникновение новой фазы в гомогенной среде, т.е. происходит переход количественных изменений в качественные. Избыток свободной энергии приводит пенообразующие дисперсии к системам, стремящимся к уменьшению дисперсности. При этом пена, оставаясь неизменной по химическому составу, изменяет энергетические характеристики и, следовательно, коллоидно-химические свойства. Все эти особенности имеют большое значение в различных областях промышленности. Потенциальные возможности использования данного направления, основанные на знании свойств пенообразующих масс, практически неограниченны, однако с прикладных позиций требуют большего развития. В связи с многообразием свойств ПДС проанализируем наиболее значимые из них. Как ранее было отмечено, пены относятся к термодинамически неустойчивым системам, так как имеют сильно развитую поверхность раздела фаз. В связи с этим, процессы в них имеют тенденцию к коалесценции, связанную с сокращением поверхности, а следовательно, и с уменьшением поверхностной энергии. Устойчивое состояние системы соответствует полной коалесценции, то есть, расслоению системы с превращением в две объемные фазы – жидкость и газ с минимальной поверхностью раздела. Современные представления коллоидной химии, сформулированные в теориях устойчивости, не до конца объясняют поведение пены во времени. Выявление основных закономерностей устойчивости позволяет определить кинетику многих других процессов (диффузии газа, синерезиса) и на их основе качественно, а иногда и количественно оценить установленные закономерности. Терминология, описывающая проблему устойчивости, довольно неоднозначна. В традиционной коллоидной химии исходят из сравнения энергии» Гиббса, полученной диспергированием одной фазы в другой и системы, состоящей из этих же контактирующих фаз, но не в диспергированном состоянии.

Главным фактором устойчивости пены во времени являются стабилизирующие свойства ПАВ. Критериями оценки эффективности ПАВ являются величина адсорбции на границе раздела жидкость – газ, понижение поверхностного натяжения, предельная адсорбция. В качестве характеристик пенообразователей используют способность ПАВ адсорбироваться на поверхности пленки, определяя плотность зарядов и, соответственно, потенциала диффузионной части двойного электрического слоя.

Характерной чертой жировой фазы молока является полиморфизм триглицеридов, для которой отмечено более длительное установление равновесия «жидкий жир – твердый жир» в охлажденных сливках по сравнению с расплавом молочного жира. При этом кристаллизация триглицеридов молочного жира в дисперсном состоянии (в эмульсии) существенно отличается от кристаллизации в объемной фазе. Начало отвердевания происходит в эмульгированном жире при более низкой температуре, то есть требует более значительной степени переохлаждения. В связи с этим естественно предположить, что созревание сливок должно способствовать повышению пенообразующей способности сливок.

При использовании сливок с массовой долей жира 10% количество жировой фазы недостаточно для стабилизации образованных воздушных пузырьков, наблюдается дефицит поверхностно-активных веществ, и значения пенообразующей способности не отличаются повышенными показателями. Это подтверждено устойчивостью сливочных ПДС, которые при температуре хранения не выше основной области плавления триглицеридов имеют значения устойчивости 100%.

Основными направлениями регулирования с пенообразованием являются:

– применение антивспенивателей, то есть веществ, которые вытесняют пенообразователь с границы раздела фаз благодаря высокой способности растекаться на жидкостных пленках;

– энергетическое воздействие в форме охлаждения или нагревания, а также воздействие электромагнитных и звуковых волн с достаточно высокой интенсивностью;

– механическое удаление пены струей газа с поверхности молока;

– соблюдение технологических режимов производства, при которых не должно наблюдаться турбулентного движения молока в трубопроводах, процесса кавитации при работе насосов, превышение допустимого уровня механических воздействий.

Сильное вспенивание молока представляет собой крайне нежелательное явление. При пенообразовании происходит десорбция оболочек жировых шариков, наблюдаются потери составных частей молока, главным образом – молочного жира.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учебное пособие [текст] / Н.Л. Глинка. – Изд. стер. – М.: КНОРУС, 2013. – 752 с.

2. Кудряшов Л.С. Стандартизация, метрология и сертификация в пищевой промышленности.– М.: ДеЛи принт, 2002. – 260 с.

3. Кузнецова JI.C. Научное обеспечение и практические основы защиты поверхности пищевых продуктов от поражения мицеллярными грибами.– М., 2003. – 55 с.

4. Сапходоева О.И., Френкель Е.Н. Химия: учебное пособие [текст]. – Вольск, 2015. – 257 с.

Код для цитирования: Скопировать