Kodėl DMG yra pagrindinis emulsiklis pyragų pramonėje?

Pyragų-labai gazuotose, sudėtingose ​​kepimo sistemose-emulsiklio pasirinkimas tiesiogiai lemia keturis pagrindinius kokybės rodiklius – tūrį, trupinių smulkumą, minkštumą ir galiojimo laiką. Tarp daugelio pasirenkamų emulsiklių distiliuoti monogliceridai (DMG, E471) tapo plačiausiai naudojamu ir daugiausiai naudojamu pagrindiniu emulsikliu tortų pramonėje dėl savo unikalių daugiafunkcinių integruotų savybių. Šiame straipsnyje, remiantis DMG molekulinėmis struktūrinėmis ypatybėmis, sistemingai analizuojamos keturios pagrindinės jo funkcijos visame pyrago gamybos procese. Plakimo ir aeravimo etapo metu DMG žymiai padidina tešlos aeracijos pajėgumą ir putų stabilumą, sumažindamas paviršiaus įtampą ir skatindamas -kristalinių riebalų kristalų stabilizavimą oro burbuliukų paviršiuose. Kepimo stadijoje DMG padidina glitimo tinklo išplėtimą ir elastingumą dėl hidrofobinės sąveikos su glitimo baltymais, suteikdamas pakankamą struktūrinę paramą krakmolo želatinizacijai ir dujų plėtrai. Aušinimo ir laikymo stadijoje DMG blokuoja krakmolo retrogradaciją molekuliniu lygmeniu, sudarydamas spiralinius inkliuzų kompleksus su amiloze, todėl pyragaičiai gali išlaikyti minkštą ir drėgną tekstūrą per kelias laikymo dienas. Kalbant apie riebalų valdymą, DMG veiksmingai apsaugo nuo aliejaus{11}}vandens atsiskyrimo ir riebalų išsiskyrimo skatindamas tolygų riebalų kristalų pasiskirstymą aliejaus{12}}vandens sąsajoje. Remiantis aukščiau pateiktais mechanizmais, šiame straipsnyje siūlomi rekomenduojami DMG papildymo lygiai (3–10 % miltų masės arba 12–15 % riebalų masės) ir sinergetinių derinių su PGMS ir SSL optimizavimo strategijos, suteikiančios mokslinį pagrindą formulės kūrimui ir kokybės gerinimui pyragų pramonėje.

Tortas yra kepinys, gaminamas iš kvietinių miltų, kiaušinių, cukraus ir riebalų, įskaitant plakimą ir vėdinimą, maišymą į tešlą, formavimą ir kepimą. Skirtingai nuo duonos, pyrago tešla yra O/W emulsijos -putų sudėtinė sistema, turinti itin didelį oro kiekį (plėtimosi greitis gali siekti 50–100 %)-riebalų rutuliukai ir oro burbuliukai yra bendrai{5}}disperguoti ištisinėje fazėje, kurią sudaro cukrus, baltymai ir vanduo. Ši struktūrinė charakteristika lemia, kad pyrago kokybė labai priklauso nuo dviejų svarbių procesų: oro burbuliukų susidarymo ir stabilizavimo plakimo stadijoje bei struktūrinio burbuliukų ir krakmolo matricos išlaikymo kepimo ir laikymo metu.

Šių dviejų procesų iššūkis yra tas, kad jų reikalavimai emulsiklio funkcionalumui yra beveik prieštaringi. Plakimo ir vėdinimo stadijai reikalingi emulsikliai, galintys greitai sumažinti paviršių įtampą, skatinti dalinį riebalų susiliejimą ir stabilizuoti burbuliukus; kadangi kepimo ir laikymo stadijoje reikalingi emulsikliai, galintys giliai molekuliškai sąveikauti su krakmolu ir baltymais, kad sulėtintų retrogradaciją ir sustiprintų struktūrą. Labai nedaug pavienių emulsiklių gali veikti vienodai gerai pagal šiuos du aiškiai skirtingus funkcinius matmenis.

Mokslinis pagrindas tam, kad DMG tapo daugiausiai naudojamu pagrindiniu emulsikliu pyragų pramonėje, slypi jo molekulinėje struktūroje tiksliai „funkcinėje saldžioje vietoje“ -jo HLB vertė yra vidutinė, pakankamai lipofiliška, kad galėtų efektyviai prisitvirtinti prie riebalų rutuliukų ir oro burbuliukų paviršių bei dalyvauti plakant aeraciją ir putų stabilizavimą, tuo pačiu užtikrinant pakankamą hidrofilinį stabilumą. tešlos fazėje ir dalyvauti krakmolo komplekse bei baltymų sąveikoje. Dėl šios molekulinių charakteristikų dvilypumo DMG yra pagrindinis funkcinis tiltas, jungiantis plakimo-vėdinimo stadiją su kepimo-saugojimo etapu ir susiejančiu riebalų fazės elgseną su krakmolo fazės elgesiu.

1 Molekulinė struktūra ir HLB reikšmė

DMG molekulė turi klasikinę „galvos-ir-uodegos“ amfifilinę struktūrą-glicerolio grupė yra hidrofilinė galvutė, suteikianti dvi laisvas hidroksilo grupes (–OH), kurios sudaro vandenilinius ryšius su vandeniu ir baltymais; C16–C18 sočiųjų riebalų rūgščių grandinė yra hidrofobinė uodega, užtikrinanti afinitetą riebalų fazei ir hidrofobinėms baltymų sritims. DMG HLB vertė yra apytiksliai 3,9–5,3, todėl jis klasifikuojamas kaip vandens -aliejuje{7}} (W/O) emulsiklis. Tačiau dėl didelio grynumo (monoesterio kiekis didesnis nei 90%) ir gero dispergavimo, DMG taip pat gali turėti reikšmingą O/V emulsinimo ir stabilizavimo poveikį vandeninėje fazėje praktiškai.

Molekulinis distiliavimo procesas, naudojamas DMG, pašalina priemaišas, tokias kaip likutinis glicerolis, laisvos riebalų rūgštys ir digliceridai, esantys įprastuose monogliceriduose, todėl DMG gali pasiekti didesnį molekulinį tankį ir stipresnę tarpmolekulinę sąveiką plėvelėse tiek naftos, tiek vandens ir dujų{1} skysčių sąsajose. Šis didelis paviršinis aktyvumas yra struktūrinis DMG efektyvios aeracijos-stabilizavimo funkcijos pyrago plakimo stadijoje pagrindas.

2 Struktūrinis plastiškumas nuo micelių iki kristalų

DMG turi unikalią daugialypės{0}}struktūrinės transformacijos galimybę pyragų tešlos sistemoje. Plakimo stadijoje (apie 20–25 laipsniai) DMG išsisklaido vandeninėje fazėje ir naftos -vandens sąsajoje skystųjų kristalų ir -kristalinių micelių pavidalu, užtikrinant efektyvų sąsajos įtempimo mažinimą ir putų stabilizavimą. Kai kepimo temperatūra pakyla (virš 100 laipsnių), iš sąsajos išsiskiria DMG molekulės, kurios iš dalies ištirpsta išlydytų riebalų fazėje ir iš dalies pasiskirsto želatinuojančioje krakmolo matricoje. Aušinimo stadijoje (iki kambario temperatūros) DMG sudaro spiralinius inkliuzų kompleksus su amiloze dėl hidrofobinės sąveikos, o kai kurios DMG molekulės riebalinio rutulio paviršiuje persikristalizuoja į -kristalinę formą, suteikdamos ilgalaikę{11}}struktūrinę paramą.

Dėl šio visiško-proceso struktūrinio plastiškumo-"micelė → skystieji kristalai → tirpalas → kompleksas + kristalas"-įgalina DMG atlikti savo funkcijas skirtingomis fizinėmis formomis skirtinguose pyrago gamybos etapuose. Tai yra galimybė, kurią vienu metu sunku suderinti emulsiklius, kurių HLB reikšmės yra didesnės arba mažesnės.

1 Putų susidarymas ir stabilizavimas plakimo ir aeravimo stadijoje

Pyrago tešlos plakimas ir vėdinimas yra svarbiausias žingsnis visame gamybos procese. Plakant oras mechaniškai suskaidomas į smulkius burbuliukus ir pasklinda klampioje ištisinėje fazėje, kurią sudaro cukrus, kiaušiniai, aliejus ir vanduo. Galutinis oro burbuliukų skaičiaus ir dydžio pasiskirstymas tiesiogiai lemia pyrago tūrį, trupinių smulkumą ir burnos pojūtį. Neemulsuota pyrago tešla turi ribotą aeraciją, o kepiniai yra palyginti mažo tūrio ir stambios, kietos tekstūros. Tortų emulsikliai pagerina tešlos aeraciją, sumažindami paviršiaus įtampą tarp riebalų ir vandens, todėl susidaro stabilios putos, leidžiančios pyragui pasiekti didesnį tūrį.

Šiame etape DMG atlieka trigubą stabilizavimo mechanizmą. Pirma, DMG molekulės dėl savo vidutinės HLB vertės (3,9–5,3) greitai adsorbuojasi ant oro burbuliukų paviršių, o glicerolio grupės yra nukreiptos į vandeninę fazę, o riebalų rūgščių uodegos nukreiptos į dujų fazę (arba alyvos fazę), todėl sumažėja dujų -skysčio burbuliavimas ir burbuliukų susidarymas. Antra, DMG skatina vidutinio laipsnio dalinį riebalų rutuliukų susiliejimą prie oro burbuliukų paviršių-riebalų rutuliukai sudaro elastingą apsauginį sluoksnį burbulo paviršiuje per negrįžtamą sukibimą, sudarydami Pikeringo stabilizavimo mechanizmą. Palyginti su burbuliukais, stabilizuotais tik baltymų ar mažų -molekulinių paviršinio aktyvumo medžiagų, burbuliukai, padengti Pikeringo riebalų kristalų sluoksniu, turi didesnį atsparumą susiliejimui ir disproporcijai. Trečia, DMG -kristališkumo tendencija leidžia suformuoti tankų kristalinį adsorbuotą sluoksnį ant burbuliukų paviršių, dar labiau sustiprinant burbulinės plėvelės mechaninį stiprumą. Tortų emulsikliai padeda išsklaidyti riebalus ir stabilizuoja oro burbuliukus, užtikrinant, kad jie nesutrūktų kepant.

2 Struktūrinė parama ir glitimo sąveika kepimo etape

Kai pyrago tešla patenka į orkaitę, temperatūra greitai pakyla, sukeldama daugybę fizikinių ir cheminių pokyčių: oro burbuliukai plečiasi su karščiu (nuo maždaug 50 laipsnių), riebalai tirpsta, krakmolas pradeda želatinuotis (apie 60 laipsnių), o baltymai denatūruojasi ir koaguliuojasi (daugiau nei 70 laipsnių). Pagrindinis iššūkis šiame etape yra tai, ar glitimo tinklas ir krakmolo matrica gali išlaikyti struktūrinį vientisumą veikiant besiplečiantiems burbuliukams, -jei glitimo tinklas per silpnas, besiplečiantys burbuliukai sprogs per tešlos paviršių ir išbėgs, todėl pyragas subyrės; jei glitimo tinklas yra per stiprus arba per anksti koaguliuoja, burbuliukų plėtimasis yra ribojamas, todėl susidaro nepakankamas tūris ir tanki tekstūra.

DMG padidina glitimo tinklo išplėtimą ir elastingumą dėl hidrofobinės sąveikos su glitimo baltymais šiame etape. DMG riebalų rūgščių uodegos gali sudaryti ne-kovalentines asociacijas su hidrofobinėmis glitimo baltymų sritimis, o tai padeda baltymų molekulinėms grandinėms išlaikyti tvarkingą susietą struktūrą terminio išsiskleidimo metu. Šis patobulinimas yra vidutinio sunkumo-DMG stipriai neišskleidžia ir nepertvarko glitimo kaip DATEM, bet veikiau leidžia glitimo tinklui išlaikyti tęstinumą esant dideliam-išplėtimo sąlygoms, todėl burbuliukai gali visiškai išsiplėsti nesutrūkdami. Manoma, kad monogliceridų sąveika su baltymais prisideda prie glitimo tinklo stabilizavimo, ypač kai kepimo metu glitimas tampa trapus.

3 Krakmolas apsaugo nuo sustingimo aušinimo ir laikymo metu

Kai pyragas po kepimo aušinamas iki kambario temperatūros, želatinizuotos amilozės molekulės persitvarko ir suformuoja kristalines struktūras{0}}procesas, žinomas kaip krakmolo retrogradacija. Tai yra pagrindinis fizikinis ir cheminis mechanizmas, atsakingas už tai, kad pyragaičiai tampa kieti, sausi ir praranda gaivumą burnoje laikant. Palyginti su duona, pyraguose krakmolo retrogradacijos greitis yra greitesnis, o tai susiję su didesniu drėgmės kiekiu ir atviresne trupinių struktūra.

Mechanizmas, kuriuo DMG stabdo krakmolo retrogradaciją pyraguose, pasiekiamas formuojant netirpius spiralinius inkliuzų kompleksus su amiloze, išplaunama kepimo aukštoje{0}}temperatūros metu. Kai krakmolo granulės kepimo metu sugeria vandenį ir želatinizuojasi, amilozė išsiplauna iš granulių vidaus ir sudaro vientisas-grandines spiralinės konformacijos molekules. DMG hidrofobinė riebalų rūgščių uodega gali tiksliai įterpti į amilozės spiralinę ertmę (vidinis skersmuo maždaug 4,5–5,0 Å), o glicerolio galvutės grupė lieka už spiralės vandeninėje fazėje. Šis įtraukimo kompleksas erdviškai neleidžia amilozės molekulėms priartėti ir tvarkingai išsidėstyti, todėl pyragas gali išlaikyti pradinį minkštumą kelias laikymo dienas.

Ši anti-DMG funkcija turi ypatingą vertę pyragų pramonėje. Skirtingai nuo duonos, pyragai paprastai nesitikima „kramtumo“ ir „elastingumo“, o labiau reikalauja, kad jie ištirptų burnoje, kad jų tekstūra būtų minkšta ir drėgna. DMG krakmolo anti-sodėjimo funkcija yra tiksliai nukreipta į šį kokybės požymį. Pramonės praktikoje rekomenduojama dėti DMG 12–15 % viso riebalų masės pyragų tešloje, kad būtų pasiektas ilgiausias galiojimo laikas kambario temperatūroje.

4 Riebalų sistemos emulsinis stabilizavimas ir riebalų išsiskyrimo prevencija

Riebalų kiekis pyrago formoje paprastai yra gana didelis (iki 30–80 % miltų masės), daug didesnis nei paprastoje duonoje (paprastai 2–10 % miltų masės). Dėl šios didelės-riebalų savybės emulsikliams keliami papildomi reikalavimai-ne tik jie turi skatinti vienodą riebalų dispersiją ir dalinį susiliejimą plakimo stadijoje, bet ir turi užkirsti kelią aliejaus-vandens atsiskyrimui ir laisvųjų riebalų išsiskyrimui aušinimo ir laikymo stadijoje po kepimo.

Dėl didelio giminingumo riebalų fazei DMG veikia riebalus{0}}stabilizuojantį poveikį per visą pyragų apdorojimo ir laikymo ciklą. Plakimo stadijoje DMG adsorbuojasi ant skystų riebalų rutuliukų paviršiaus, sumažindamas aliejaus-vandens sąsajos įtampą ir įgalindamas riebalus tolygiai pasiskirstyti smulkių lašelių pavidalu. Kepimo etape ištirpę riebalai įterpiami į matricą, kurią sudaro želatinizuotas krakmolas ir koaguliuoti baltymai, o DMG paviršinė plėvelė išlieka nepažeista viso proceso metu, neleidžiant susijungti ir kauptis riebalų lašeliams. Aušinimo ir laikymo stadijoje DMG sudaro tankų kristalinį tinklą aliejaus -vandens sąsajoje ir riebalų rutuliuose, fiziškai užfiksuodamas skystus riebalus ir neleisdamas jiems migruoti į pyrago paviršių, o tai kitu atveju sukeltų „naftos prasiskverbimo“ reiškinį.

Ši riebalus{0}}stabilizuojanti funkcija ypač svarbi{1}}riebiems pyragams, pvz., sviestiniams pyragams ir bandeliams. Nepakankamai emulsuoti riebūs pyragaičiai ne tik riebūs juos laikant, bet ir dėl riebalų išsiskyrimo paviršius gali nelygiai blizgėti ir pablogėti tekstūra. DMG sąsajos tvirtinimas ir kristalų tinklo konstrukcija yra veiksmingas fizinis šios problemos sprendimas.

1 rekomenduojamas papildymo lygis

Rekomenduojamas DMG pridėjimo kiekis pyraguose skiriasi priklausomai nuo pyrago tipo ir riebalų kiekio formulėje. Paprastai rekomenduojama pridėti 3–10 % miltų masės arba 12–15 % riebalų masės.

2 Sinerginis maišymas su PGMS ir SSL

Pyragų pramonės praktikoje DMG retai naudojamas vienas, o sumaišomas tiksliomis proporcijomis su emulsikliais, turinčiais papildomas funkcijas, pvz., PGMS arba SSL. Mokslinis šios strategijos pagrindas slypi daugialypiuose pyragų tešlos funkciniuose reikalavimuose, kuriuos sunku visiškai patenkinti vienam emulsikliui.

DMG + PGMS mišinys:PGMS pasižymi itin žema HLB verte (apie 3,5) ir išskirtinai puikiomis aeravimo savybėmis. Pyragų želė ir plaktos grietinėlės sistemose DMG užtikrina pagrindines emulsinimo ir krakmolo anti-sodėjimo funkcijas, o PGMS užtikrina galingą aeraciją ir putojimą bei -kristalinį stabilizavimą. Sumaišius maždaug 2:1–3:1 santykiu, jie gali sinergiškai padidinti pyrago tūrį, trupinių smulkumą ir putų stabilumą, nedidinant bendrojo pridėjimo lygio.

DMG + SSL mišinys:SSL turi dvigubą glitimo stiprinimo ir krakmolo komplekso sudarymo funkciją, taip pat geriau nei DMG, papildydamas DMG vandeninės fazės{0}}sąsajos pasiskirstymo elgseną. SSL linkęs labiau veikti vandeninės fazės ir baltymų sąsajoje, o DMG – riebalų fazės ir krakmolo sąsajoje. Sumaišius abu produktus pasiekiama visa sąsaja nuo vandeninės fazės iki aliejaus fazės ir nuo baltymų iki krakmolo, užtikrinant, kad pyragas gautų veiksmingą funkcinę paramą kiekviename etape ir kiekvienoje fazėje.

Pagrindinė priežastis, kodėl DMG tapo daugiausiai naudojamu ir nepakeičiamu pagrindiniu emulsikliu pyragų pramonėje, yra ta, kad jo molekulinė struktūra tiksliai atitinka daugiamačius pyragų, kaip sudėtingų, daugiafazių aeruojamų sistemų, reikalavimus. Plakimo ir vėdinimo stadijoje jis skatina putų susidarymą ir stabilizavimąsi, nes sumažina paviršiaus įtampą ir Pickering stabilizavimo mechanizmus. Kepimo etape jis padidina glitimo tinklo išplėtimą ir elastingumą dėl hidrofobinės sąveikos su glitimo baltymais, suteikdamas struktūrinę paramą burbulų plėtrai. Aušinimo ir laikymo metu jis sulėtina retrogradaciją ir palaiko minkštą ir drėgną pyragų tekstūrą, sudarydamas spiralinius inkliuzų kompleksus su amiloze. Kalbant apie riebalų valdymą, jis apsaugo nuo riebalų išsiskyrimo ir aliejaus{6}}vandens atsiskyrimo, nes yra pritvirtintas prie paviršių ir sukonstruotas kristalų tinklas.

Žvelgiant į ateitį, DMG taikymo tyrimai pyragų pramonėje gali būti sutelkti į šias kryptis: DMG produktų su įvairia riebalų rūgščių sudėtimi (pvz., palmitino rūgštimi, stearino rūgštimi, oleino rūgštimi) funkcinių skirtumų išnaudojimas pyragų sistemose, siekiant sukurti „riebalų rūgščių -pritaikytus“ pyragui -specifinius emulsiklius; tirti sinergetinį DMG panaudojimo potencialą su natūraliais emulsikliais (tokiais kaip fosfolipidai ir saponinai) švariuose etikečių pyraguose; ir integruoti DMG funkcinius tyrimus su pyragų tešlų mikrostruktūrinės evoliucijos ir reologinės elgsenos tyrimais, siekiant sukurti daugialypės masto nuspėjamuosius modelius nuo molekulinio lygio iki produkto kokybės. Kadangi vartotojų poreikiai tortų kokybei ir toliau auga, DMG{7}}pagrįstos sinerginės sistemos, pagrįstos tiksliu molekuliniu dizainu, parodys vis platesnes pritaikymo galimybes pyragų pramonėje.