Многие пищевые продукты обычно представляют собой коллоидно-капиллярнопористые тела и являются структурированными системами, свойства которых можно характеризовать определенными структурно-механическими показателями. Особо важное значение они имеют для тех полуфабрикатов и готовых изделий, которые должны сохранять придаваемую им сложную форму.
Из всех вырабатываемых у нас кремов лучшей способностью сохранять рисунок обладает крем «Шарлотт». Эта способность придается ему, с одной стороны, компонентами рецептуры, с другой - способом их смешивания - интенсивным сбиванием.
Сливочное масло, являющееся основной составной частью рецептуры крема, представляет собой гелеобразную дисперсную систему, в которой непрерывны обе фазы: жировая и водная. В процессе сбивания сливочного масла с молочно-сахаро-яичным сиропом образуется эмульсия-пена, в состав которой, кроме жира, белковых веществ, сахаров вводится еще одна фаза - воздух. При получении такой системы необходима стабилизация ее.
Известно, что концентрированные дисперсные системы можно сделать стабильными лишь путем образования на их частицах гелеобразноструктурированных адсорбционных слоев лиофильных коллоидов или полуколлоидов. Можно предположить, что такими гелеобразноструктурированными адсорбционными слоями воздушных пузырьков, образуемых в креме, являются белковые и липоидные вещества.
Поскольку сливочный крем является эмульсией-пеной, органолептические достоинства его и способность сохранять форму в значительной степени зависят от количества и распределения воздуха, насыщающего крем при сбивании. Поэтому на предприятиях при оценке качества крема кроме определения содержания влаги, сахара и жира следует рассчитать плотность и содержание воздуха.
Плотность крема. Этот показатель определяют путем взвешивания определенного объема продукта. В стеклянную или пластмассовую посуду цилиндрической формы вместимостью около 50 мл наливают воду до краев, излишек ее снимают ребром шпателя и взвешивают на технических весах. Определение проводят несколько раз и берут среднее арифметическое. После этого в тот же совершенно сухой сосуд вносят крем, избегая захвата воздуха и принимая меры к тому, чтобы весь сосуд. был заполнен до самого верха. Ребром шпателя счищают излишек крема и взвешивают сосуд. Для получения точного результата делают не менее трех определений и берут среднее арифметическое. Взвешивание производят на технических весах с точностью до 0,01 г.
Плотность р (в кг/м³) крема вычисляют по формуле: р = а/b,
где а - навеска крема, кг; b - объем сосуда, м³;
Сбивание сливочного крема «Шарлотт» необходимо производить до плотности 750 - 850 кг/м³.
Содержание воздуха в креме. Этот показатель находят путем взвешивания определенного объема рецептурной смеси для крема и готового крема. Рецептурную смесь нужно готовить аккуратно, не насыщая ее воздухом.
Количество воздуха в креме выражают в процентах по отношению к объему жира и рассчитывают по следующей формуле:
где А - количество воздуха, % к объему жира;
V - объем жира в навеске крема, %;
р1 - плотность рецептурной смеси без воздуха, кг/м³;
р2 - плотность крема, кг/м³.
Крем хорошего качества должен содержать не менее 100% воздуха.
Сливочный крем, как эмульсия-пена, является системой термодинамически неустойчивой. Со временем пленки между пузырьками воздуха утончаются, пузырьки лопаются, наблюдается разрушение пены. Размеры более мелких пузырьков воздуха уменьшаются, а более крупных - увеличиваются. Причина этого заключается в том, что по законам капиллярности газ, находящийся в мелких пузырьках пены, испытывает большее давление, чем газ, заполняющий крупные пузырьки. Давление стремится выравняться путем диффузии через жидкую пленку, что приводит к уменьшению размеров мелких пузырьков и увеличению размеров больших.
В связи с этим немаловажное значение приобретает длительность использования крема в производстве. В настоящее время при ручном способе художественной отделки тортов и пирожных крем используют в течение 2 - 3 ч после приготовления. Это приводит к разрушению пены, ухудшению органолептических показателей продукта. Применение механизированного способа художественного оформления изделий позволит сократить длительность использования крема в производстве.
Реологические характеристики. В настоящее время важное значение при оценке качества пищевых продуктов придается их реологическим (структурно-механическим) свойствам. Изучение реологических свойств структурированных систем позволяет определить характер образовавшихся в них структур. Знание реологических свойств различных структур, в частности пищевых продуктов, важно и с практической стороны, так как большинство пищевых продуктов претерпевает различные механические воздействия в процессе производства.
По характеру связей между отдельными молекулами, макромолекулами, мицеллами или микрокристаллами все структуры делятся на коагуляционные (тиксотропнообратимые), конденсационно-кристаллизационные (необратимо разрушающиеся) и смешанные - коагуляционно-кристаллизационные.
Коагуляционные типы структур образуются за счет взаимодействия между частицами, вызванного ван-дерваальсовыми (межмолекулярными) силами. При образовании таких структур в месте контакта между частицами остаются слои дисперсионной среды. Наличие тонкой жидкостной прослойки между частицами обусловливает меньшую прочность структуры, но зато придает ей пластичность и эластичность.
Специфическим свойством коагуляционных структур является тиксотропия - способность структур после их разрушения, происшедшего в результате какого-либо механического воздействия, самопроизвольно восстанавливаться во времени.
В конденсационно-кристаллизационных структурах соединение отдельных частиц осуществляется непосредственными атомными или фазовыми контактами. Эти структуры являются необратимо разрушающимися.
Большой интерес представляют смешанные коагуляционно-кристаллизационные структуры, к которым относятся многие пищевые продукты.
К этому же типу смешанных структур относится крем «Шарлотт», структура которого образуется из частично разрушаемой в процессе сбивания кристаллизационно-коагуляционной структуры сливочного масла и вновь образуемой дисперсной фазы - воздуха, пузырьки которого заключены в оболочку из белковых и липоидных веществ, создающих коагуляционную структуру в креме.
Реологические свойства структурированных систем оцениваются следующими показателями: эффективной вязкостью, предельным напряжением сдвига (прочностью), пластичностью, эластичностью, упругостью.
Для сливочного крема показателями, наиболее полно характеризующими изменение структуры под влиянием различных факторов и способность сохранять рисунок, являются эффективная вязкость и прочность. Измерение этих показателей производится методами тангенциального смещения пластинки и ротационной вискозиметрии, позволяющими получать значения реологических характеристик в абсолютных единицах.
Знание реологических характеристик крема необходимо для установления оптимального технологического режима производства его, а также для сравнительной оценки крема, получаемого из разных партий сливочного масла.
Метод тангенциального смещения пластинки позволяет определить эффективную вязкость крема при действии на него усилий, практически не разрушающих структуру. Способность крема сохранять форму характеризуется также его упругими и эластичными свойствами, которые выражаются в виде модулей упругости Еу и упругости-эластичности Еуэ, определяемых с помощью этого метода. Принцип метода тангенциального смещения пластинки в узкопараллельном зазоре, осуществляемый на приборе Вейлера - Ребиндера, заключается в том, что пластинка, погруженная в исследуемую систему, испытывает деформации сдвига под действием усилий, прикладываемых к этой пластинке.
Этот 
метод может быть использован в двух модификациях. Пластинка может быть подвешена с помощью жесткой тяги к динамометру, а кювета, заполненная исследуемой системой с погруженной в нее пластинкой, укреплена на подъемном столике. Столик с кюветой опускается с постоянной скоростью, при этом пружина растягивается и в системе возникает напряжение сдвига. Растяжение пружины регистрируют с помощью отсчетного микроскопа, снабженного окулярным микрометром. Таким образом, в данной модификации прибора на систему действует переменное (все возрастающее) напряжение сдвига.
При изучении действия на систему постоянной нагрузки применяют вторую модификацию прибора Вейлера-Ребиндера (рис. 5). Он состоит из массивного штатива, имеющего наверху вилку с двумя площадками, на которые опирается с помощью острой призмы 7 легкий диск 6. Призма закреплена в середине диска так, чтобы линия опоры проходила через его центр тяжести. Диск находится в безразличном равновесии и представляет собой легкоподвижный блок с незначительным трением. Через диск перекинута нить 8, на одном конце ее подвешена пластинка 3 через подвеску 5, а на другом - имеется противовес 9, который можно нагружать или разгружать с помощью разновеса.
Исследуемую систему с погруженной в нее пластинкой помещают в кювету 2, устанавливаемую на подъемный столик 1, и подсоединяют к нити. К пластинке прикладывают нагрузку путем плавного нагружения разновесом противовеса. Перемещение пластинки в системе регистрируют с помощью микроскопа 4, снабженного окулярным микрометром. По истечении времени, необходимого для нагрузки системы, разновес плавно снимают и регистрируют перемещение пластинки при разгрузке системы.
По полученным данным строят кривые деформации пластинки во времени (реограммы), общий вид которых представлен на рис. 6.
Напряжение, действующее на систему, определяют по формуле Р = F/2s
где Р - действующее напряжение, Па; F - нагрузка, прилагаемая к системе, Н; s - боковая поверхность пластинки, м².
Модули упругости (Еу) и упругости-эластичности. (Еуэ) рассчитывают по следующим формулам:
где Р - действующее напряжение, Па; εотн.у и εотн.уэ - относительные упругая и упруго-эластичная деформации.
Относительную деформацию - отношение абсолютной деформации к расстоянию от пластинки до стенки кюветы определяют по формуле
где εабс - абсолютная деформация, деления шкалы; n - цена деления шкалы окулярного микрометра, м; а - расстояние от пластинки до стенки кюветы, м.
Эффективную вязкость n (в Па х с) системы рассчитывают по формуле n = P/D,
где Р - действующее напряжение, Па; D - градиент скорости деформации при течении системы, определяется как тангенс угла наклона прямолинейного участка кривой (см. рис. 6).
Этот метод предусматривает использование пластинки с острой горизонтальной нарезкой для устранения скольжения, неизбежно возникающего в случае применения гладких пластинок. При работе со сливочным кремом лучше использовать алюминиевую пластинку с острой горизонтальной нарезкой размером 2 Х 1,5 см. Нами экспериментально установлено, что расстояние от пластинки до стенки кюветы (величина а) должно быть 3,5 - 5 мм.
Длительность проведения опыта на приборе Вейлера - Ребиндера зависит от упругих, эластичных, тиксотропных свойств системы, а также от создаваемых градиентов скоростей. Для крема необходимо использовать чрезмерно малые градиенты скорости с целью меньшего разрушения структуры, которая быстро изменяется при действии различных факторов. При таких условиях упруго-эластичные деформации в креме развиваются в течение 3 - 4 мин, после чего начинается течение с постоянной (эффективной) вязкостью. Вследствие этого длительность нагрузки системы должна составлять 6 мин, и такой же по длительности должна быть ее разгрузка.
Эффективная вязкость крема при высоких значениях градиентов скоростей (до 80 с-1), близких к тем, которые возникают при отделке изделий, а также прочностные характеристики системы определяются на ротационном вискозиметре РВ-8, который широко применяется при исследованиях пищевых продуктов.
Представленные на рис. 7 реологические кривые для крема «Шарлотт» указывают на наличие структуры в этом полуфабрикате и аномалию вязкости в ней. Исследование реологических свойств сливочного крема «Шарлотт» в широком интервале градиентов скоростей сдвига позволило отнести эту систему к упруго-пластично-вязким телам, а также выразить зависимость логарифма вязкости крема от логарифма градиента скорости (рис. 8) в виде уравнения lgn = rlgD + b, где r - тангенс угла наклона прямой, b - отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.
Нами установлено, что крем хорошо сохраняет рисунок при значениях прочности (предельного напряжения сдвига) не менее 200 Па и эффективной вязкости не менее 2,8 Па х с, при градиентах скоростей, возникающих при отделке кремом изделий D = 50 с-1. Крем хорошего качества должен иметь плотность 750 - 850 кг/м³ и содержать не менее 100% воздуха.
