Физико-химические и теплофизические свойства смесей и мороженого существенно влияют на органолептические показатели продукта.
Плотность молочных, сливочных и пломбирных смесей мороженого находится в пределах 1100-1300 кг/м3.
Данные об объемной массе мороженого в зависимости от его взбитости и плотности смеси приведены в таблице.
Объемная масса мороженого, кг/м3
Плотность смеси, кг/м3 |
Взбитость, % |
||||||
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
1050 |
750 |
700 |
656 |
618 |
583 |
553 |
525 |
1080 |
771 |
720 |
675 |
635 |
600 |
568 |
540 |
1100 |
785 |
733 |
688 |
647 |
611 |
578 |
550 |
1110 |
793 |
740 |
694 |
653 |
617 |
584 |
555 |
Взбитость мороженого, а также степень дисперсности воздушных пузырьков в мороженом в значительной мере обусловливают его способность противостоять таянию. Об этом показателе, характеризующем охлаждающий эффект мороженого, судят по продолжительности накопления 10 мл смеси, образующейся при таянии образцов закаленного (-18° С) или мягкого (-6° С) мороженого, помещаемых в термостат (температура воздуха 25° С).
Коэффициент динамической вязкости смесей в значительной мере определяется свойствами и концентрацией используемого стабилизатора. Этот показатель уменьшается при перемешивании смесей. Вязкость смесей, подвергнутых замораживанию, после размораживания ниже исходной.
Вязкость смесей мороженого зависит и от температуры.
Поверхностное натяжение смесей мороженого со стабилизаторами агароидом, желатином и метилцеллюлозой различное.
Для характеристики реологических свойств смесей и мороженого определяют предельное напряжение сдвига.
Предельное напряжение сдвига мороженого уменьшается с увеличением взбитости продукта. Понижение температуры и связанное с этим увеличение количества вымороженной воды приводит к существенному росту предельного напряжения сдвига, причем чем мельче кристаллы льда, тем меньше предельное напряжение сдвига. После фризерования при температуре -4° С предельное напряжение сдвига не превышает 10 Па. При температуре же -23° C предельное напряжение сдвига молочного мороженого (S = 60%) обычно не более 2350 Па, сливочного (S = 75%) - не более 1960 Па и пломбира (S = 90%) - не более 690 Па.
Криоскопическая температура смесей мороженого в зависимости от их состава находится в пределах от -2 до -3,5° С.
В интервале температур от криоскопической до -5° С в лед превращается примерно 45-50% влаги, содержащейся в мороженом.
Полная удельная теплоемкость смесей мороженого увеличивается с повышением содержания в них жира и в интервале температур от 0 до 18° С (в среднем) составляет [в кДж/(кг К)]:
Молочная - 3,39
Сливочная - 3,52
Пломбирная - 3,60
В указанном интервале температур, а также при температурах до 50-55° С на величину полной удельной теплоемкости смесей влияют тепловые эффекты, вызываемые фазовыми превращениями молочного жира.
При температурах выше 55° С такие превращения практически не происходят и удельная теплоемкость смесей мороженого не изменяется. При этих температурах для приближенных расчетов удельную теплоемкость молочной смеси допустимо принимать равной 3,31 кДж/(кг К), сливочной - 3,21 и пломбирной - 3,07 кДж/(кг К).
Полная удельная теплоемкость мороженого, т. е. удельная теплоемкость с учетом фазовых превращений воды и жира, при температурах, близких к криоскопической, достигает больших величин в связи с интенсивным льдообразованием. Значение же этой теплофизической характеристики при более низких температурах определяется в основном содержанием в мороженом льда, удельная теплоемкость которого вдвое меньше, чем воды. Поэтому с понижением температуры полная удельная теплоемкость мороженого уменьшается.
Полная удельная теплоемкость мороженого при различных температурах, определенная по графику отводимого тепла:
Температура мороженого, °С |
Полная удельная теплоемкость мороженого, кДж/(кг К) |
|
молочного |
сливочного |
|
-8 |
9,9 |
7,1 |
-12 |
6,1 |
5,0 |
-16 |
4,6 |
4,4 |
-20 |
3,8 |
3,6 |
Отводимое тепло при охлаждении и замораживании смесей мороженого может быть определено с помощью графика энтальпий, построенного по экспериментальным данным. В этом графике энтальпий смесей и мороженого за начало отсчета взята температура -20° С, энтальпия мороженого при которой принята равной нулю.
При этом состав смесей мороженого соответствует данным следующей таблицы.
Состав смесей мороженого:
Смесь мороженого |
Содержание, % к массе |
||||
жира |
COMO |
сахарозы |
сухих веществ |
воды |
|
Молочная |
3,5 |
10,0 |
16,0 |
29,8 |
70,2 |
Сливочная |
10,0 |
10,0 |
14,0 |
34,3 |
65,7 |
Пломбирная |
15,0 |
10,0 |
16,0 |
41,3 |
58,7 |
Плодово-ягодная |
- |
- |
28,0 |
30,95 |
69,05 |
Коэффициенты теплопроводности смесей мороженого возрастают с повышением температуры.
Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности мороженого с понижением температуры увеличиваются, поскольку коэффициент теплопроводности льда значительно больше (приблизительно в 4 раза), чем воды.
Фазовые превращения молочного жира значительно меньше влияют на изменение теплофизических свойств мороженого, чем фазовые превращения воды. Это объясняется тем, что в интервале температур от 0 до -20° С отвердевает не более 20% молочного жира от общей его массы в мороженом (до 80% молочного жира отвердевает при положительных температурах). Кроме того, содержание жира в мороженом сравнительно невелико, а удельная теплота его отвердевания (или плавления) значительно меньше, чем воды (соответственно 93,3 и 335 кДж/кг).
Способность мороженого противостоять таянию характеризуют продолжительностью накопления 10 мл смеси, образующейся при таянии образцов определенной формы закаленного (-18° С) или мягкого (-6° С) мороженого. Этот показатель существенно зависит от взбитости мороженого, степени дисперсности воздуха в продукте, содержания в нем влаги и характеризует охлаждающий эффект мороженого.