Aerarea ciocolatei a fost utilizată pe scară largă comercial de la brevetarea unui produs aerat în 1935 1. De atunci, au fost dezvoltate mai multe metode de introducere a bulelor în ciocolată 2. În ciuda diferitelor metode de includere a bulelor în ciocolată, știința formării și stabilizării bulelor este încă puțin înțeleasă.

Marea Britanie

Procese de aerare a ciocolatei

În general, sistemele de aerare închise sunt preferate sistemelor deschise, deoarece permit o alegere mai largă a raportului volum gaz/lichid și pot funcționa, de asemenea, peste o presiune atmosferică. Acest lucru face ca spuma să fie mai puțin predispusă la acțiunea destabilizatoare a agitației mecanice întâlnite la sistemele deschise. Publicațiile anterioare au arătat că se pot obține o varietate de densități, de la 1,20 g/cm3 (micro-aerare caracterizată prin prezența unor bule mai mici și fracțiune de gaz mai mică) la 0,23 g/cm3 (macro-aerare - caracterizată prin prezența unor bule). Cea mai mică densitate care a fost revendicată vreodată este de 0,10-0,20 g/cm33. Unele dintre procesele discutate aici sunt deja disponibile comercial într-o formă sau alta. Prin urmare, metodele sunt prezentate în principiu, fără a intra în condiții detaliate ale procesului.

Figura 1 Exemple de cofetărie aerată cu ciocolată

Aerare prin proces de vid

Acest proces constă în amestecarea gazului în suspensia de grăsime, depunerea produsului într-o matriță, extinderea bulelor prin aplicarea unui vid și răcirea simultană pentru a forma o structură cristalină stabilă în care sunt prinse bulele de gaz. Gazul iese din soluție sub vid formând bule. Este important ca centrele să fie răcite corespunzător pentru a evita prăbușirea. O imagine a unei cutii de vid industriale este prezentată în Figura 2.

Webinar: peisajul alternativelor lactate pe bază de plante și provocările sale tehnice

Odată cu schimbarea dinamică a tendințelor și din ce în ce mai mulți jucători care intră în diferențierea pieței de produse lactate pe bază de plante, devine o cheie. Există o mulțime de produse pentru care consumatorii pot alege și este mai dificil ca niciodată să ieși în evidență.

Figura 2 Cutie de vid

Procesul de vid produce un centru aerat cu o dimensiune variabilă a bulei și o densitate redusă de 0,40-0,70 g/cm 3 de la o densitate inițială de ciocolată de 1,25 până la 1,30 g/cm 3. Presiunile de vid pot varia de la 0,68 la 0,95 bar, dar pot fi și mai mici. Unele bule formate au dimensiuni destul de mari, cu un diametru de câțiva milimetri 4 .

Aerare prin proces de gaz dizolvat

În acest proces, gazul este dizolvat în ciocolata călită sub o anumită presiune. Când amestecul este lăsat să se elibereze din duza din vasul sub presiune, acesta se extinde provocând ieșirea gazului din soluție sub formă de bule 5. Ciocolata spumată poate fi apoi turnată și răcită, ceea ce ajută la stabilizarea structurii aerate (Figura 3).

Procesul de gaz dizolvat produce structuri de bule uniforme, cu pereți subțiri, cu densități de până la 0,40-0,70 g/cm3. Whittaker & Phillips au fost primii inventatori care au format bule în ciocolată lichidă cu gaz presurizat6.

Figura 3 Aerarea ciocolatei prin proces de gaz dizolvat

Aerare prin proces de extrudare

Acest proces este utilizat pentru crearea tuburilor goale pe toată lungimea produsului. Acest lucru se face extrudând ciocolata călită printr-o matriță care încorporează tuburile. Produsul final are găuri care se întind pe lungimea sa, adăugând astfel volum în mod nou. Acest proces produce o ciocolată cu o structură diferențiată și cu o textură crocantă și unică 2 .

Unele alte metode includ captarea gazelor într-o fază de grăsime cristalizată, aerare în descuamare și fază inversă și extrudare la rece 2 .

Știința aerării ciocolatei

Bazele stabilității spumei de ulei

În timp ce înțelegerea proprietăților spumelor apoase a primit o atenție considerabilă, studiile asupra spumelor neapoase au fost remarcabil de rare. Se consideră că motivul discrepanței în interesul științific este legat de diferența fundamentală a mecanismelor de stabilizare. Progresul fundamental al stabilizării spumelor de ulei a fost revizuit recent de Friberg 7. În spumele apoase, agenții tensioactivi se adsorb la interfață, schimbându-i proprietățile suprafeței, ceea ce oferă un mecanism important pentru stabilitatea spumei 8. Tensiunea superficială scăzută inerentă a majorității uleiurilor implică faptul că agenții tensioactivi pe bază de hidrocarburi se absorb puțin sau deloc pentru a se adsorbi la interfață. Ca rezultat, proprietățile suprafeței sunt modificate doar marginal prin creșterea concentrației de surfactant și nu au niciun efect semnificativ asupra stabilității spumei.

Lipsa modificării proprietății suprafeței implică faptul că stabilitatea spumelor de ulei depinde în mare măsură de rata de drenaj, adică proprietățile reologice ale fazei oleaginoase. În sistemele multifazice, cum ar fi ciocolata, de exemplu, se așteaptă ca reologia grăsimilor să fie doar un factor care să contribuie. Studii recente realizate de Shrestha au arătat că, în sistemele multifazice, prezența structurilor cristaline lichide și a particulelor solide la interfață are ca rezultat o mai mare stabilizare a spumelor de ulei 9. Factori cheie care guvernează aerarea ciocolatei Înțelegerea fundamentală modestă a spumelor de ulei ca sisteme coloidale nu a împiedicat totuși exploatarea comercială a acestor sisteme de către industria alimentară. Este, evident, un domeniu de mare interes comercial, judecând după numărul de brevete care acoperă soluții și ingrediente de inginerie, cum ar fi surfactanți și grăsimi de aerare, pentru a spori nivelurile de aerare a produselor pe bază de grăsimi. Acest fapt ilustrează marea experiență dezvoltată în cadrul industriei.

Cunoașterea fundamentală limitată a spumelor de ulei a însemnat, de asemenea, că este necesar să se recurgă la eforturi empirice pentru a studia tendința uleiurilor de a spuma. O serie de studii privind efectul condițiilor de prelucrare și a ingredientelor asupra proprietăților de ciocolată aerată au fost publicate 4,10-11. O prezentare generală a principalilor factori care contribuie discutați în literatură este prezentată mai jos. Detalii despre studii pot fi obținute din referință.

Influența proprietăților grase

Proprietățile și conținutul de grăsimi au un efect semnificativ asupra aerării ciocolatei. În general vorbind, un conținut mai ridicat de grăsime duce la o mai mare reținere a gazelor, adică fracția de volum a gazului. S-a demonstrat că comportamentul de cristalizare a grăsimilor are o influență remarcabilă asupra structurii de aerare a ciocolatei. În mod ideal, grăsimea la cristalizare ar trebui să înceapă cu cristalizarea parțială rapidă, dar apoi să cristalizeze mai încet pentru a permite antrenarea gazelor în sistem 4 .

Polimorfismul grăsimilor, cum ar fi untul de cacao, este, de asemenea, cunoscut ca fiind avantajos pentru procesele de includere a bulelor în spume pe bază de grăsimi. În acest caz, temperamentul corect al grăsimilor este un factor crucial de procesare. S-a constatat că cristalele de grăsime în forma polimorfă β facilitează încorporarea unor cantități mai mari de bule mici 12-13. Prezența cristalelor β mari, pe de altă parte, duce la includerea unor bule mai mari și mai puține 12. Sato a arătat că uleiul de salată poate fi biciuit până la o spumă stabilă prin adăugarea de cristale de grăsime cu topire ridicată în forma β polimorfă13. El a susținut că stabilizarea a rezultat din adsorbția cristalelor de grăsime orientate la interfața aer-ulei. Furnizorii de grăsime și ulei au exploatat această tehnologie pentru a controla compoziția și comportamentul de cristalizare a grăsimilor pentru a produce grăsimi de aerare utilizate pe scară largă în umpluturile de cofetărie.

Influența emulgatorilor

Shrestha a demonstrat că stabilizarea spumelor de grăsime de către emulgatori ar putea fi realizată numai atunci când emulsifianții sunt adsorbiți la interfața aer-ulei sub formă de structuri cristaline lamelare sau particule solide 9. Studiile asupra efectului emulgatorilor în ciocolată sunt foarte rare. Jeffery a raportat că adăugarea unei combinații de gliceril monostearat (GMS) și lecitină în ciocolată a produs o ciocolată aerată cu o densitate de 0,20 g/cm32. În studiul lui Haedelt și colab. efectul emulgatorilor (poliglicerol policinoleat (PGPR), GMS și tristearat de sorbitan (STS)) asupra aerării ciocolatei a fost mult mai puțin evident 11. Este posibil ca procesul de aerare utilizat în studiu să fi afectat funcționalitatea emulgatorului.

Influența tipului de gaz

Tipul de gaz utilizat pentru aerare are un efect puternic asupra structurii aerate a ciocolatei, așa cum se arată în Figura 4. Haedelt și colab. a arătat că ciocolata aerată produsă cu gaze solubile în ciocolată, cum ar fi dioxidul de carbon și oxidul de azot, a dus la formarea de bule mai mari și volume mai mari de reținere. Pe de altă parte, argonul și azotul, care sunt considerabil mai puțin solubile, au produs probe cu bule mai mici și valori mai mici de reținere a gazelor 10. Cantitatea de gaz încorporată în ciocolată și metoda prin care este amestecată sunt, de asemenea, foarte importante pentru a obține o dispersie bună și o dimensiune uniformă a bulelor. Lipsa de cunoaștere a comportamentului fazelor gazelor din ciocolată limitează foarte mult înțelegerea efectului diferitelor gaze. Utilizarea diagramei de fază pentru a studia stabilitatea spumei spumei neapoase a fost investigată de Jederstroem și colab. ca o încercare de a dezvolta o metodă de formulare a aerosolilor de spumare cu comportamentul de spumare dorit 15. Ei au observat că extrudarea compozițiilor cu o cale de evaporare care se termină în domeniul compoziției în care sunt prezente cristale lichide lamelare, a produs spume remarcabil de stabile.

Figura 4 Ciocolată aerată cu a) dioxid de carbon și b) azot

Influența vâscozității

După cum sa discutat mai sus, se așteaptă ca reologia ciocolatei să îi influențeze caracteristicile de aerare. Se crede că valoarea randamentului are o importanță mai pronunțată în ceea ce privește stabilitatea bulei atunci când se creează spumă de ciocolată sub vid, deoarece viteza de forfecare din jurul bulelor este foarte mică. Vâscozitatea plastică, pe de altă parte, este mai mult legată de creșterea bulelor și este mai importantă atunci când aerează sub presiune pozitivă.

Corelația dintre vâscozitatea și proprietățile de aerare a ciocolatei a fost până în prezent frustrantă, mai ales pentru că proprietățile de curgere luate în considerare sunt măsurate pe ciocolată neterminată în mod normal la 40 ° C, în timp ce aerarea se face în mod normal pe ciocolată temperată la aproximativ 30 ° C 11. În general, vâscozitatea măsurată la 40 ° C nu are nicio relație reală cu vâscozitatea ciocolatei odată ce este temperată 16. Lipsa unei tehnici adecvate de vâscozitate în linie pentru a caracteriza proprietățile de curgere a ciocolatei temperate în timpul aerării a împiedicat înțelegerea. Dezvoltările recente ale tehnicilor în linie, cum ar fi profilul de viteză cu ultrasunete - cădere de presiune (UVP-PD) 17, ar putea permite caracterizarea proprietăților de curgere ale ciocolatei temperate și relația sa cu caracteristicile de aerare.

Concluzii

Procesele de vid și gaze dizolvate sunt utilizate pe scară largă în fabricarea cofetăriei cu ciocolată aerată. În timp ce industria a dezvoltat soluții tehnologice considerabile și know-how pentru a produce ciocolată aerată, știința rămâne greu de înțeles. Au fost propuse unele progrese în înțelegerea stabilizării spumelor de grăsime, dar aplicarea sa la ciocolata aerată trebuie încă verificată. Dezvoltările recente ale tehnicilor în linie pot permite caracterizarea ciocolatei temperate și pot fi utilizate ca instrumente de diagnostic pentru a controla mai bine aerarea ciocolatei.

Referințe

1. Todd, J. (1935). Brevet Nr. 459582. GB

2. Jeffery, M. S. (1989). Ciocolată aerată/mulată. The Confectioner, 69 (11), 53-6

3. Haedelt, J., Cooke, P. și Hargreaves, J. (2006). Brevet Nr. WO2006122823. 4. Heemskerk, R. (1990). Compuși pe bază de grăsimi aerate - Raport calitate-preț. Marketing și tehnologie alimentară, 4 (2), 54-5

5. Lee, R. (1991). Principii fundamentale în producția și caracterizarea produselor de cofetărie din spumă. Producția de cofetărie, 57 (3), 210-1

6. Whittaker, A. și Phillips, S. B. (1938). Brevet Nr. 480951. GB

7. Friberg, S. E. (2010). Spume din sisteme neapoase. Opinia curentă în Colloid & Interface Sci., 15, 359-64

8. Langevin, D. (2000). Influența reologiei interfaciale asupra proprietăților de spumă și emulsie. Adv. Coloid Interface Sci., 88, 209-22

9. Shrestha, R. G., Shrestha, L. K., Solans, C., Gonzales, C. și K, A. (2010). Spumă neapoasă cu o stabilitate remarcabilă în sistemul de monomirat de diglicerol/ulei de măsline. Surf coloidian A, 353, 157-65

10. Haedelt, J., Beckett, S. T. și Niranjan, K. (2007). Ciocolată indusă de bule: structura de legătură cu răspunsul senzorial. J. Food Science., 72, 138-42

11. Haedelt, J., Leo Pyle, D., Beckett, S. și Niranjan, K. (2005). Formarea de bule indusă de vid în ciocolata temperată lichid. J. Food Sci, 70 (2), 159-64

12. Hoerr, C. W. (1960). Morfologia grăsimilor, uleiurilor și scurtărilor. J. Am. Oil Chem. Soc., 37, 539-46

13. Hui, Y. H. (1996). Produsele industriale din ulei și grăsimi Bailey. New York: Wiley

14. Sato, K. (2009). Microstructuri ale cristalelor de grăsime examinate cu tehnici de difracție cu raze X cu radiație sincrotonă. Conferința AOCS: Cristalizarea lipidelor, nucleația la aplicare. Toronto

15. Jederstroem, G., Rydhag, L. și E, F. S. (1979). Faze cristaline lichide în formulări de aerosoli. J Pharm Sci, 62, 1979-1983

16. Talbot, G., Smith, K. și Cain, F. (2005). Modificări ale vâscozității în timpul temperării ciocolatei cu lapte și a straturilor de acoperire. Intrafood 2005. Valencia

17. Wassell, P., Wiklund, J., Stading, M., Bonwick, G., Smith, C., Almiron-Roig, E., și colab. (2010). Vâscozitatea în linie pe bază de doppler cu ultrasunete și măsurarea profilului de grăsime solidă a amestecurilor de grăsimi. Științe alimentare. Tehnologie., 45, 877-83

Despre autori

Josélio Vieira este cercetător principal la Nestlé Product Technology Center pentru produse de cofetărie din York, Marea Britanie. Josélio este chimist de formare și are un doctorat în chimie fizică la Universitatea din Oxford. După absolvire, a lucrat timp de 11 ani la Dow AgroSciences la dezvoltarea formulărilor de protecție a culturilor în grupul Formulation Science & Technology din Brazilia și Marea Britanie. Apoi s-a alăturat Nestlé la Centrul de tehnologie a produselor din Beauvais, Franța, dedicat dezvoltării tehnologiei produselor de înghețată. După cinci ani în Franța, Josélio a fost mutat la York, unde lucrează acum la Departamentul de Științe. Interesele sale includ științele coloidale și ale formulării. Josélio este coautor și publicat o serie de lucrări de cercetare și brevete privind tehnologiile de ciocolată și înghețată. El este, de asemenea, membru al comitetului executiv al Formulation Science & Technology Group, un grup subiect al Societății Regale de Chimie din Marea Britanie.

Venkata R. Sundara, are o diplomă de licență (agricultură), masterat (tehnologie alimentară) și doctorat (Nottingham, Marea Britanie) în știința alimentelor și este implicat activ în cercetarea alimentară de 27 de ani. Munca sa de cercetare timpurie la Laboratorul de Cercetare pentru Apărarea Alimentelor (India) a implicat dezvoltarea rațiilor de gătit rapid și de supraviețuire pentru Forțele Armate. Apoi a lucrat la Centrul Federal de Cercetare pentru Nutriție, Karlsruhe (Germania) în calitate de cercetător Alexander von Humboldt, înainte de a se alătura Centrului de cercetare Nestlé, Lausanne (Elveția) în 1995. A avut peste 32 de lucrări științifice/rezumate și șase brevete publicate, cu accent pe fructe/legume, ciocolată și produse chimice lactate și tehnologia de prelucrare. Este Fellow and Chartered Scientist al IFST (Marea Britanie). În prezent, este lider de grup pentru cofetărie aerată și umplută și are sediul la Nestlé Product Technology Center, York, Marea Britanie.