Таблиця 1.1 -Загальна характеристика жирових продуктів

Класифікація жирових продуктів в Україні поки що законодавчо не закріплена.

Харчова цінність жирів визначається калорійністю, засвоюваністю організмом та специфічною фізіологічною дією.

Жири є найбільш важливим компонентом їжі людини. На їхню частку припадає приблизно 1/3 калорій, які надходять до організму з їжею. Калорійність жирів залежить від хімічного складу: в середньому 1 кг жиру становить 9300 ккал, або 39,0 МДж, причому чим більше в жирі вуглецю та водню, тим вище його калорійність.

До складу жирової фази м'яких маргаринів входять гідровані жири (саломаси), рідкі та тверді рослинні олії, переетерифіковані жири, калорійність яких коливається від 39,5 до 41 МДж. Відповідно, калорійність м'якого маргарину є досить значною і становить (на 100 г продукту): для низькокалорійних - не менше 360 ккал, середньокалорійних - не менше 450 ккал, висококалорійних - не менше 650 ккал .

Відомо, що жири не розчиняються у воді та травних соках. Виявлено, що шлунковий сік діє тільки на жири, які знаходяться у стані емульсії, а великі за розміром жирові частки погано обробляються ним, тому недостатньо засвоюються організмом.

Вважають, що ацилгліцерини більшості жирів у кишечнику під впливом ферментів та інших складових частин травних соків, які виділяються залозами, розщеплюються до гліцерину та жирних кислот і тільки тоді засвоюються стінками кишечнику. Причому гліцерин, як водорозчинний, засмоктується стінками безпосередньо, а жирні кислоти -тільки у вигляді розчинної у воді нестійкої комплексної сполуки жирних і жовчних кислот. Потім гліцерин та жирні кислоти знову утворюють ацилгліцерини нейтрального жиру, який у вигляді емульсії лімфатичною системою надходить у кров, а далі - в запасну жирову тканину.

Виявляється, що високодисперсні емульсії нерозщепленого жиру з частками розміром не більше 0,1 мкм здатні без попереднього розщеплення засмоктуватися стінками кишечнику, лімфатичною системою переходити у кров та утворювати жирові відкладення в організмі.

Таким чином, для кращого засвоювання жиру необхідно, щоб він мав здатність легко утворювати тонкодисперсні емульсії. Диспергування та емульгування жиру полегшується в тому разі, коли він знаходиться у травній системі в рідкому стані. За цих обставин м'які маргарини краще засвоюються організмом, ніж тверді брускові маргарини.

За сучасними уявленнями, харчовий жир є не тільки концентрованим джерелом енергії, але й носієм незамінних для людини жирних кислот і жиророзчинних вітамінів.

Фізіологічна роль незамінних поліненасичених жирних кислот полягає в тому, що вони є попередником або елементом ліпідних структур клітини - біомембран, які забезпечують злагодженість обмінних процесів в організмі.

З іншого боку, поліненасичені жирні кислоти є матеріалом для синтезу в організмі циклічних перекисів арахідонової кислоти (так званих простагландинів), які регулюють усі процеси життєдіяльності на клітковому рівні.

Поліненасичені жирні кислоти не синтезуються в організмах ссавців і людини. Дієнові та трієнові кислоти, необхідні для синтезу названих вище похідних арахідонової кислоти, організм повинен одержувати з їжею, тобто жир повинен виконувати свою пластичну функцію.

Слід зазначити, що найбільш ефективними, з фізіологічної точки зору, є ненасичені жирні кислоти, які містять перший подвійний зв'язок між третім і четвертим вуглецевими атомами (якщо рахувати від СН₃-групи) - так звані омега-3-жирні кислоти. До них відносять ліноленову (С_18:3), ейкозапентаєнову (С_20:5) та докозагексаєнову (С_22:6) кислоти.

Позитивно впливають на людський організм і омега-6-жирні кислоти: лінолева (С_18:2), гамма-лінолева і арахідонова (С_20:4).

3. Основні методологічні принципи складання рецептур маргарину

Рецептура маргарину повинна забезпечувати одержання такого продукту, який би за складом, структурою, фізичними властивостями та органолептичними показниками максимально наближався до вершкового масла. Так, за структурою маргарин повинен бути такою ж складною дисперсною системою жира у молоці, яким є вершкове масло.

Відповідно до цих вимог основними компонентами маргарину повинні бути жир і молоко. Для забезпечення певних органолептичних показників у маргарин вводять барвник та ароматизатор, а для підвищення біологічної цінності - вітаміни. Смак маргарину поліпшують додаванням цукру і солі.

Якісно проведена дезодорація жирів і правильно сквашене молоко забезпечують добрі смак і запах маргарину. Структура та фізичні властивості маргарину залежать від типу та якості доданого емульгатора і точності дотримання режимів емульгування й охолодження. Поряд з цим фізичні властивості маргарину визначаються правильним кількісним співвідношенням жирових компонентів і властивостями одержуваної жирової основи.

Найважливішими технологічними (споживчими) властивостями маргарину є консистенція, легкоплавкість і пластичність.

Для одержання маргарину, який за консистенцією, легкоплавкістю та пластичністю був би аналогічним вершковому маслу, необхідно, щоб жирова основа за структурою та фізико-хімічними властивостями, а якщо можливо - то і за складом, відповідала молочному жиру. До складу жиру коров'ячого молока входять кислоти: масляна (С_4:0) - до 3,5 %, капронова (С_6:0) - до 2 %, каприлова (С_8:0), капринова (С_10:0), лауринова (С_12:0), міристинова (С_14:0), пальмітинова (С_16:0), стеаринова (С_18:0) та олеїнова (С_18:1=). Молочний жир має дуже високе значення числа Рейхерта-Мейсля - близько 30 %.

Раніше при складанні рецептур жирового набору керувались тільки температурою плавлення жирів. Однак жири з однаковою температурою плавлення можуть мати різні фізичні властивості, зокрема, різну твердість - найважливіший якісний показник у виробництві маргарину, що забезпечує його консистенцію. Тому тепер при складанні рецептур маргарину беруть до уваги температуру плавлення та твердість.

Усі тверді жири, в тому числі і молочний, складаються з твердих і рідких фракцій. Чим більше міститься в жирі твердої фракції, тим вище його твердість. Наприклад, китові саломаси з твердістю 75,200 і 800 г/см відповідно містять 30,41 і 48 % твердої фракції. Така ж залежність є характерною для рослинних саломасів.

Крім того, твердість жира визначається також твердістю його твердих компонентів. Наприклад, твердості чистих тристеарину та трилаурину різні. Це пояснюється індивідуальними особливостями відповідних жирних кислот ацилгліцеринів.

На твердість жиру значно впливає розмір кристаликів твердих компонентів і поліморфної модифікації, у якій знаходяться кристали. Розмір кристаликів і поліморфна модифікація, в свою чергу, залежать від умов охолодження. У зв'язку з цим показник твердості жира може мати тільки порівняльне значення при дослідженні його у строго визначених умовах.

Можна порівнювати твердості тільки тих жирів, молекулярні маси жирних кислот яких приблизно однакові, наприклад, харчові саломаси, які одержують гідруванням лінолево-олеїнових олій.

Таким чином, консистенція жира, яка визначається твердістю, в основному залежить від кількісного співвідношення твердої та рідкої фракцій жиру, а також від фізичних властивостей твердих фракцій.

Пластичний жир, як відомо, характеризується поступовою зміною твердості зі зміною температури.

Легкоплавкість і пластичність жиру виявляється у повноті розплавлення його в роті, тобто температура повного розплавлення жиру повинна бути не вищою, ніж 36 ⁰С (відповідно до температури тіла).

Молочний жир повністю розплавляється за температури не більше 35 ⁰С, тому він легко і повно плавиться на язиці і не залишає у роті відчуття салистості.

За температури плавлення всієї твердої фракції жиру відбувається повне його просвітлення. На температуру повного просвітлення жиру впливає співвідношення високоплавких і низькоплавких фракцій.

Більшість рослинних саломасів містить від 18 до 32 % високоплавкої твердої фракції з температурою плавлення до 50-51 ⁰С. У молочному жирі міститься всього 15 % високоплавкої твердої фракції з температурою плавлення до 46 ⁰С. Отже, маргарини, виготовлені з одних тільки саломасів, мають салистий смак.

У китовому саломасі міститься 40-50 % твердої фракції, проте на відміну від рослинних саломасів він не містить фракцій з температурою плавлення вище 48 ⁰С, через це він є дуже пластичним.

У кокосовому маслі високоплавкої твердої фракції міститься тільки 2%, тому кокосове масло є дуже бажаним компонентом жирової основи маргарину.

Одним з головних компонентів жирового набору м'яких маргаринів є саломаси або переетерифіковані жири з широким діапазоном температур плавлення - від 28 до 44 ⁰С. Норма введення цих жирів для різних марок м'яких маргаринів становить від 12 до 79,5 %, і від пластичних властивостей та якості цих жирів значною мірою залежать властивості і структура жирової суміші, а отже, і маргарину.

Температуру плавлення і твердість жирової основи маргарину регулюють головним чином додаванням рідкої рослинної олії. Вважають, що кожні 10 % доданої до саломасу рослинної олії знижують температуру плавлення суміші на 0,8-1 ⁰С. Таким чином, якщо додавати різну кількість рідкої рослинної олії, то можна одержати жирову основу з визначеними температурою плавлення та твердістю. Проте на температуру повного просвітлення таке додавання впливає менше.

Температура плавлення відбиває тільки часткове розплавлення жиру, але його високоплавка фракція залишається розплавленою не повністю, тому жир у цей момент залишається мутним. Між температурами плавлення та повного просвітлення існує певний розрив, який залежить від виду жиру, наприклад, для молочного жиру він становить 3-4 ⁰С.

На температуру повного просвітлення жиру впливає співвідношення кількості високоплавких і низькоплавких фракцій, які в ньому містяться. Це співвідношення повинно бути не більшим ніж 1: 1.

Вміст високоплавкої фракції в саломасі, який використовують у виготовленні маргарину, не повинен перевищувати 18 %. За більшого вмісту високоплавкої фракції саломаси будуть мати температуру плавлення 35-36 ⁰С і високу твердість. Для твердих маргаринів такий саломас мало придатний, тому що він погіршує легкоплавкість. Зниження високоплавкої та підвищення низькоплавкої фракцій у жировому наборі твердого маргарину проводять за рахунок додавання кокосового масла.

Для м'яких маргаринів такої проблеми не існує, оскільки збільшена норма додатку рослинної олії якраз потребує використання високоплавких саломасів. Так, у рецептурах дієтичних м'яких маргаринів, які містять до 80 % рідкої рослинної олії, як структуроутворювач використовують глибокогідровані жири з температурою плавлення навіть до 55 ⁰С. Проте в деякі композиції як пластифікуючий компонент все ж додають 8-10 % кокосового масла або вершкове масло.

Таким чином, жирова основа високоякісного маргарину повинна містити рослинні саломаси з зазначеними властивостями, а також добавки рідкої олії та кокосового масла.

З метою вивчення індивідуальних властивостей початкових жирів, а також для підбору жирових сумішей та складання рецептур останнім часом використовують ділатометрію або метод ядерно-магнітного резонансу. За допомогою цих методів визначають вміст твердих компонентів ацилгліцеринів у початкових жирах та контролюють цей показник у суміші, що для м'яких маргаринів повинен бути близько 20 % при 10 ⁰С, а при 25 ⁰С - не нижче 7 %. У цьому разі м'які маргарини будуть відповідати основним вимогам - легко намазуватися за температури побутового холодильника, (тобто при 10 ⁰С), а також залишатися твердими за кімнатної температури (20 ⁰С).

4. Закономірності складу жирових основ і 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.