Физико-химические характеристики пен

Основы кулинарии  /  Европейские стандарты  /  Мучные
Теги: мука

По структуре бисквитное тесто — это высококонцентрированная дисперсия воздуха в среде, состоящей из яйцепродуктов, сахара, муки, поэтому это тесто можно отнести к пенам.  Пены представляют собой дисперсную систему, состоящую из пузырьков газа, разделенных прослойками жидкости. Пенную систему всесторонне характеризуют следующие основные свойства: 1. Пенообразующая способность раствора (вспениваемость) — это количество пены, выражаемое ее объемом (в см3) или высотой столба (в мм), которое образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени. 2. Кратность пены представляет собой отношение объема пены к объему раствора, пошедшего на ее образование. 3. Стабильность (устойчивость) пены — ее способность сохранять общий объем, дисперсный состав и препятствовать истечению жидкости (синерезесу). Часто в качестве меры стабильности пены используют время существования элемента пены (отдельного пузырька, пленки) или определенного ее объема. 4. Дисперсность пены, которая может быть задана средним размером пузырька, распределением пузырьков по размерам или поверхностью раздела раствор — газ в единице объема пены. 5. Удельный объем воздушной фазы характеризует степень насыщения продукта воздухом и определяет структурно-механические характеристики пены. Структура пен определяется в основном соотношением объемов газовой и жидкой фаз, и в зависимости от этого соотношения, ячейки пены могут иметь сферическую или многогранную (полиэндрическую) форму. Ячейки пены принимают форму, близкую к сферической, в том случае, если концентрация газа в пене менее 50 %. В таких пенах пленки пузырьков имеют относительно большую толщину. При объемной концентрации газа более 50 % ячейки пен разделены очень тонкими жидкими пленками — и представляют собой многогранники. . Под действием разности давлений в пленках пены происходят капиллярные явления: всасывание междупленочной жидкости, а также диффузия газа между пузырьками. Процесс всасывания представляет собой течение жидкости по каналам Плато в сторону утолщенных участков, которые находятся под меньшим давлением. Одной из важнейших характеристик пены является ее дисперсность. Дисперсность— гидростатическое равновесие (жидкой и газообразной фазы) достигается за счет выделения из пены избыточной жидкости, которая по каналам Гиббса—Плато стекает из верхних слоев, в нижние под действием силы тяжести пока она не уровняется капиллярным давлением. Для оценки дисперсности измеряют средний радиус пузырька, эквивалентный по объему сферы, условный диаметр и удельную поверхность раздела жидкость—газ. Кинетика изменения дисперсности отражает скорость внутреннего разрушения структуры пены в результате коалесценции. Распределение жидкости в пене между пленками, каналами и узлами после установления равновесия зависит от способа получения пены, ее дисперсности и физико-химических свойств пенообразующего раствора. Одновременно с перетеканием жидкости в каналы, когда давление в нижних слоях пены превысит внешнее давление, начинается вытекание жидкости пены — этот процесс называется синерезисом. Скорость синерезиса представлена не только гидродинамическими характеристиками пены (размером и формой каналов, влажностью жидкой фазы, градиентом давления, подвижностью поверхностей раздела жидкость—газ), но зависит также от интенсивности внутреннего разрушения структуры пены пленок и каналов и разрушения столба пены. Уменьшение средней дисперсности и объема пены приводит к возникновению в ней избыточной жидкости и тем самым к замедлению установления гидростатического равновесия. В свою очередь, при вытекании жидкости из пены давление в каналах понижается, соответственно повышается капиллярное и расклинивающее давление, что ускоряет коалесценцию пузырьков и разрушение столба пены. Скорость вытекания жидкости из пены и время установления капиллярного давления при большом перепаде давления зависят от высоты столба пены, кратности пены, типа и концентрации пенообразователя, вязкости жидкости, температуры пены, присутствия в жидкой фазе твердых частиц. Исследованиями установлено, что с увеличением столба пены скорость синерезиса возрастает, но уменьшается с увеличением кратности пены. С увеличением концентрации пенообразователя пена становится более высокодисперсной, что является основной причиной уменьшения скорости синерезиса. При одинаковых начальных условиях (кратности, дисперсности) скорость синерезиса уменьшается обратно пропорционально увеличению вязкости жидкости. Температура может влиять на скорость синерезиса как вследствие изменения поверхностной и объемной вязкости, так и из-за изменения структуры пены. С понижением температуры скорость синерезиса возрастает, хотя вязкость жидкой фазы увеличивается. Это обусловлено тем, что с понижением температуры возрастает не только вязкость, но и поверхностное натяжение, которое, в свою очередь, приводит к увеличению размера пузырьков пены. Пена может содержать твердые частицы, которые оказывают большое влияние на синерезис и устойчивость пены. Наличие твердых частиц в пене приводит к уменьшению синерезиса вследствие сужения каналов, увеличения шероховатости их стенок и образования локальных заторов из частиц, не прилипших к пузырькам. Однако присутствие твердых частиц может оказывать и противоположное влияние, что зависит от их природы и концентрации ПАВ в растворе. На твердых частицах может происходить адсорбция ПАВ, что понижает их концентрацию в растворе. Это приводит к повышению поверхностного натяжения раствора и к понижению дисперсности пены, в результате чего скорость синерезиса увеличивается. Так как пены полидисперсны поэтому они стремятся к саморазрушению, за счет диффузионного переноса газа из маленьких пузырьков в более крупные. Он вызывается неодинаковым давлением газа в пузырьках. Разность давлений в пузырьках обуславливает диффузию газа из области высоких давлений (мелкие пузырьки) в область низких давлений (крупные пузырьки). Скорость диффузии пропорциональна разности давлений внутри пузырьков, а также проницаемости жидких пленок, разделяющих пузырьки различных размеров. Диффузия газа приводит к тому, что маленькие пузырьки уменьшаются и в конце исчезают, а большие пузырьки растут. Таким образом, диффузия увеличивает полидисперсность пен. Основными факторами, определяющими скорость диффузионного разрушения пены являются: степень полидисперсности; растворимость газа; коэффициент диффузии; толщина пленок; поверхностное натяжение раствора; упругость адсорбционных слоев ПАВ. Последние уменьшают капиллярное давление в малых пузырьках при их сжатии и увеличивают его в больших пузырьках при их расширении. Обычно разрушение столба пены начинается с верхних слоев. Это объясняетсямтем, что верхние слои пены быстрее выделяют избыток жидкости, а пленки достигают равновесной толщины. Кроме того, в верхних слоях самоемвысокое капиллярное давление и равное ему при равновесии расклинивающее давление.

Автор:  Елена Челнокова

Показать все статьи