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水分活度在糖果生产中的重要性

发布时间:2019-08-05      点击次数:1906

水是糖果生产中重要的成分之一。我们通常认为水是非常普通的,但是并不完全了解它在糖果产品中的作用。我们都知道水在产品中的含量,但我们更需要了解它的形式和地位才能真正掌握其功能。

为了更好地了解糖果中水的作用,我们可以使用水分活度作为分析指标。这个指标可以帮助我们控制成品的质构、外观、风味和保证品质。本报告将重点讨论水分活度在糖果生产中的重要性。

多年来,我们都知道水分含量对糖果生产很重要。我们利用烘箱用干燥失重法来测量产品或配料中的水分含量。但是,这种测量并不是能很好地解释为什么组分之间不兼容,为什么有些产品的保质期短或者为什么有些糖果会变质。测量糖果的水分活度有助于我们了解这些观察结果。

糖果的水分活度可以通过测量保持糖果样品的密闭容器中空气的平衡湿度来确定。这种样品的水分会在一段时间后达到平衡。

当液体或含水的固体至于密闭容器中时,分子从液相中逸出的速率是恒定的,水的蒸发与温度有关。分子凝结的速率与蒸汽中的分子数成比例。当蒸发速率等于冷凝速率时达到动态平衡(图1)。

水分活度(Aw)通过以下等式与相对湿度相关联:(ERH)=(100)( Aw)。糖果的水分活度也定义为该糖果产生的蒸汽压除以相同温度下纯水的蒸汽压:Aw=VPcandy/VPwater

水分活度(以及ERH)并不是一个新的概念。但这是一个不太好处理的分析工具。在过去,我们测量水分活度的基本方法是使用各种已知水分活度的饱和溶液的干燥器,样品放置在干燥器的饱和溶液上方,样品的水分会在几天内达到平衡。通过样品的重量的变化来估算水分活度。这种技术非常耗时并且不太准确。随着科学技术的发展,我们有实验室仪器可以在几分钟内提供准确的水分活度测量。一般可以在3-5分钟内准确测量。水分活度仪的操作也仅需把样品放入样品杯中,直接开始读数即可。

为什么了解糖果或配料的水分活度很重要?

糖果中的水分活度可以分为两类,非活性水和自由水。水分活度是衡量糖果中水的紧密成都或者多少水可自由支持微生物活动的度量,或者水分迁移到相邻的组分。结合在糖果中的水部分与多糖中的羟基,蛋白质中的羰基和氨基以及其他极性位点连接。

结合在糖果中的水部分与多糖(羰基)中的羟基、蛋白质和其他极性位置的氨基相连接。

巧克力涂层

以巧克力涂层的葡萄干为例,葡萄干的水分含量约为15%,巧克力的水分含量为0.5%。然而,尽管水分差异很大,但巧克力涂层的葡萄干非常稳定,水分不会从葡萄干进入到巧克力中。

组分之间的水分迁移由水分活度预先确定。水分从高水分活度的组分迁移到低水分活度的组分,因此在开发多组分食品之前,就应该知道组分的水分活度值。虽然巧克力含水量低,但是它的水分活度相当高,为0.50 aw。有的水它没有紧紧束缚。葡萄干具有与巧克力相同的水分活度,这就是涂有巧克力的葡萄干稳定的原因。水分不会从葡萄干迁移到巧克力涂层中。但是,山核桃的水分含量低于葡萄干,但水分活度约为0.65 aw。因此在涂上巧克力之前,山核桃应该用防水层密封。

翻糖

我们看一下翻糖生产中水分活度的重要性。翻糖可以是终产品或者作为配料。翻糖有两个组分。翻糖具有糖浆相,其由玉米糖浆固体和溶解在水中的蔗糖组成,此外,翻糖也具有结晶糖,幸运的是,晶体糖的体积很小,以至于口腔对其没有感觉。但由于这些晶体无法再溶解,无论它们多么小,他们都对水分活度都没有影响,对翻糖的稳定性也没有影响。

保质期和对微生物败腐的抵抗力取决于糖浆的浓度。已经结晶的蔗糖对微生物的生长没有贡献,已经在翻糖中结晶的蔗糖降低了糖浆的浓度。测量翻糖中的总固体含量并不能充分描述翻糖的保持特性。我们也需要知道水分活度的大小。

老化后,溶解在翻糖液体中的蔗糖可能会从溶液中析出。这会降低液相的浓度,使翻糖更容易收到微生物败腐的影响。因此,翻糖的水分活度会随时间改变,特别是如果翻糖可以放在暖和的地方。温度降低了糖浆的粘度并加速了结晶。

在环境中败腐微生物无处不在。当翻糖的水分活度上升到败腐微生物的耐受范围时,微生物活动很快发生。败腐微生物将软糖分解成能量、水、二氧化碳、酒精和更多的有害物质。初的微生物活动也提高了水分活度,这促使其他微生物也会开始生长。

如果测量翻糖的水分活度,那么就知道它是否稳定。例如,使用小晶体快速生产的翻糖(例如翻糖机器)显示出比使用干混合物或打浆台制作的翻糖更低的水分活度。用不同浓度的玉米糖浆制作成的翻糖会有不同的水分活度值。在水分活度仪的帮助下,可以将配方与所需要的水分活度相匹配,以获得佳的稳定性。

刚开始时的更容易停止潜在问题而不是纠正问题。俗话说“一盎司的预防抵得上一磅的治疗”。防止问题的成本不是重新加工或这破坏不良的成品。使用水分活度仪就像一个针对微生物败腐的保险单。

硬糖和焦糖

含有蛋白质和简单碳水化合物的糖果在烹饪过程中易于发生非酶褐变反应,这称之为美拉德反应,并且在制作焦糖时是一个所期望的反应。

随着水分活度的增加,美拉德反应产物的形成增加。当糖果质量的水分活度在0.60到0.70 aw范围时,所需要的褐变速度快。

通常,褐变是通过在制造过程中控制加热来完成的。正是在这个过程中,水分活度的控制也很重要。之后,固体含量增加到92到95%,这使成品水分活度为0.40到0.50 aw之间

我们中的许多人都使用估算糖果中还原糖含量的方法来确定配方是否正确,其实使用水分活度会获得更可靠的结果。如果糖果需要返工时,我们通过测试返工糖和成品糖的水分活度就可以知道返工糖中是否添加了过多的还原糖。这将避免制作低水分活度的糖果,其可具有短的保质期。

多年来,我们经常被问到的一个问题是,“我应该使用多少糖浆?”另一个常见的问题是,“我应该使用什么样的玉米糖浆?”这些是世界上许多部分的重要的经济问题,因为玉米糖浆在许多地方的成本高于蔗糖。每个人的答案都很简单。人们需要添加一定量的玉米糖浆,这将提供满意的质构(粘度)和所需要的水分活度。

同样的答案也适用于所用的玉米糖浆类型。如果成品硬糖的水分活度太低,使其易于从环境中快速吸收水分,则可以添加更多的玉米糖浆。通过改进熬制来限制糖果中的倒转量也将提高成品硬糖的水分活度并延长保质期。

果冻糖果

在制作淀粉果冻糖果时,需要足够的游离水来是淀粉糊化。如果在熬制过程中产生不充分的淀粉糊化,则会导致凝固成不良的果冻。有的糖果公司通过使用更多的还原糖制作更柔软的果冻糖来改变配方。配方的总固体含量没有变化,但是糖、玉米糖浆和淀粉溶液没有像原来配方那样煮熟。即使终温度没有变化,淀粉也没有煮熟。

配方中的水分含量是相同的,但是并不是所有的水都能对淀粉糊化起作用。初始溶液的水分活度通过配方变化而降低,因此淀粉可利用的水分减少。当改变果冻糖果的配方时,考虑可利用的水对生产始终如一的高品质糖果非常重要。水分活度仪可以是确保有足够能够利用的水分的有用工作。

我们研究了五种制糖应用中的水分活度:巧克力涂层、焦糖、硬糖、果冻糖和翻糖。在每种情况下,水分活度都被认为是配方和工艺中的一个重要参数(图2)。水分活度很还总要,今天,水分活度仪使用非常简单,而且仪器也非常可靠稳定。我们需要在开发新产品和生产成熟产品时考虑水分活度,它将对我们的工艺改善有非常大的用处。

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