Исследовательская работа: "Химия мороженого"

1.     Введение

О нем говорят очень много, особенно летом. В честь него организовываются конкурсы и праздники. Его любят и взрослые и дети, причем, достоверно неизвестно, кто больше. Его называют зимней сказкой, молочной радостью, охлажденным счастьем, ведь для счастья его действительно нужно совсем немного – один стаканчик. А может быть – целый холодильник?

Мороженое -  это охлажденный (замороженный десерт), изготавливающийся из молочных продуктов, таких как сливки, молоко, масло с добавлением наполнителей, ароматизаторов и сахаров.
     Существует множество разнообразных видов и сортов мороженого. Это пломбиры, крем-брюле, замороженные соки, брикеты, эскимо и другие. Красное,  белое, желтое, зеленое, фруктовое, шоколадное,  ванильное – любое на ваш вкус. Технологии производства мороженого постоянно совершенствуются, а творческие идеи дизайнеров и просто оригиналов не иссякают. Оромный плюс мороженого в том, что его можно приготовить и в домашних условиях. 

Заинтересовавшись этой темой, мне захотелось исследовать химический состав мороженого.

 Цель работы:

Изучить химический состав различных сортов мороженого.

Задачи:

1.     Из источников литературы узнать о происхождении мороженого.

2.     Познакомиться с содержанием химических веществ, входящих в состав  мороженого.

3.     Провести химические эксперименты:

Ø  Определение химического состава мороженого;

Ø Обнаружение белков в мороженом;

Ø Обнаружение остатков ароматических α  - аминокислот (ксантопротеиновая реакция);

Ø  Обнаружение углеводов;

Ø Обнаружение крахмала в вафельном стаканчике из-под мороженого;

Ø Обнаружение красителей, входящих в состав мороженого.

2.     Основная часть

2.1 . Методы работы

2.1.1.  Определение химического состава мороженого

Методика обнаружения белков в мороженом

В пробирку наливают 1 мл растаявшего мороженого и добавляют 5-7 мл дистиллированной воды, закрывают ее пробкой и встряхивают. К 1 мл полученной смеси (остаток оставляют для опытов 2 и 3 ) приливают 1 мл 2 М  раствора NaOH и несколько капель 10%-ого раствора CuSO₄. Содержимое пробирки встряхивают.

 Методика обнаружения остатков ароматических α-аминокислот (ксантопротеиновая реакция)

Помещают в пробирку 1 мл раствора, приготовленного в предыдущем опыте, и приливают к нему 3-5 капель концентрированной азотной кислоты. Смесь нагревают. Появляется желтое окрашивание, затем смесь охлаждают и добавляют 3-5 капель 25%-ного раствора аммиака.

Методика обнаружения  углеводов

Фильтруют 2 мл смеси, оставшейся после опыта  1, и добавляют к фильтрату 1мл раствора NaOH и 2-3 капли 10%-ого раствора CuSO₄. Пробирку встряхивают.

Методика обнаружения крахмала в вафельном стаканчике из - под мороженого

Берут вафельный стаканчик и капают на него 1-2 капли спиртового раствора йода из аптечки.

Методика обнаружения красителей, входящих в состав мороженого.

В две пробирки помещают по 1 мл мороженного с красителем. В одну из них приливают 1 мл 2 М раствора NaOH, в  другую – столько же 1М раствора H₂SO₄. Наблюдается изменение окраски.

Для опытов 1-3 мы взяли мороженое на основе молока без каких-либо добавок (джем, орехи, шоколад и др.), а для опыта 5- мороженое, где нам показалось должен быть краситель, хотя производитель про это не сообщает.

2.1.2.   Метод социологического опроса.

2.1.3.  Метод фотографирования.

2.1.4.  Метод работы с дополнительной литературой.

2.2.          Результаты:

В школе был проведен социологический опрос. В нем приняли участие 127 учеников 1 – 11 классов. В результате проведенного опроса среди учащихся нашей школы выяснили:

1.   Наиболее предпочтительными из лакомств являются:

Ø Шоколад и мороженое (выбрали 107 учеников школы, что составляет 84,3 % от общего количества учеников, участвовавших в опросе);

Ø Конфеты (89 учеников, что составило – 70,1 %);

Ø Йогурт (79 учеников – 62,2 %);

Ø Зефир (46 учеников – 37,8 %).

Таким образом, наибольшей популярностью среди опрошенных учащихся школы пользуются мороженое и шоколад. Наиболее предпочтительными сортами мороженого являются:

·        «Золотой слиток»;

·       «Ля Фам»;

·       «Долька»;

·       «Ананасово-клубничное»;

·        «Ежик».

При тщательном изучении обертки мороженого экспертиза  показала, что в его состав входят:

- вода питьевая;

- сахар;

- молоко сухое;

- масло кокосовое;

- декстроза;

- молоко сгущенное;

- ароматизаторы (ваниль, клубники и ананаса, дыни);

- красители (Е 102, Е 122, Е 133, Е 124, Е 110);

- стабилизаторы – эмульгаторы (Е 471, Е 433, Е 466, Е 410, Е 412, Е 407, Е 485);

- растительный жир

- фруктовый сок «Долька».

В состав стаканчика из-под мороженого входят:

- мука;

- вода питьевая;

- сахар;

- масло растительное;

- яичный порошок;

- эмульгаторы - лецитин;

- соль;

- краситель Е 110;

- сода пищевая;

- пекарский концентрат;

- разрыхлитель.

         В результате опытов по определению химического состава мороженого обнаружили:

Обнаружение белков в мороженом.

Появление ярко-фиолетового окрашивания, связанно с взаимодействием  пептидных связей белковых молекул со свежеосажденным   Cu (OH)₂ (биуретовая реакция). Отсутствие окрашивания в пробе № 4 связано с отсутствием в нем белка. Это реакция имеет высокую чувствительность, поэтому даже при разбавлении белка   1:10 000  наблюдается положительный результат.

 Обнаружение остатков ароматических α – аминокислот (ксантопротеиновая реакция).

 При обнаружении остатков ароматических α – аминокислот  мы заметили, что прилив к пробам 5 капель HNO_3(К) и нагрев эти смеси появилось желтое окрашивание из-за нитрования остатков ароматических аминокислот (финилаланина, тирозина и триптофана), образующих белки. После охлаждения мы добавили к смеси 5 капель 25%-ого раствора аммиака. Произошло изменение цвета с желтого на оранжевый, но этот эксперимент у нас наблюдался только в пробирках № 1 и № 3. А в пробирке № 2, № 4, № 5 желтое окрашивание не проявилось.

Обнаружение углеводов.

В результате проведенных опытов наблюдали образование  ярко-синего раствора (качественная реакция на спирты). Реакцию дают углеводы, входящие в состав мороженого, например лактоза и сахароза. Полученный раствор нагрели на спиртовке. Дисахарид лактоза, содержащийся в молоке, в альдегидной форме окисляется Cu(OH)₂ с образованием различных продуктов окисления и деструкции. Гидроксид меди (II) при этом восстанавливается до оранжевого Cu(OH)₂, который затем разлагается до Cu₂O красного цвета. Этот опыт очень хорошо проявился  во всех 5  пробах .

Обнаружение крахмала в вафельном стаканчике из-под мороженного.

При проведении этого опыта мы взяли только то мороженое, которое находится в вафельном стаканчике: в пробах №1, №2, №5 появилось темно-фиолетовое окрашивание – качественная реакция на крахмал.

 Изменение цвета красителей, входящих в состав мороженого.

При исследовании изменения цвета красителей, окраска изменилась только в пробе № 1 и № 4  незначительно.

При  приливании серной  кислоты  в пробу № 1 и № 5 окраска из желтой стала чуть-чуть светлей, а в другую пробирку этих же смесей при приливании  NaOH  окраска из желтой стала оранжевой.

3.        Заключение:

1. При проведении социологического опроса выявили, что мороженое - одно из самых распространенных и любимых лакомств у детей.
2. При проведении исследования среди учащихся школы выявили, что наиболее предпочитаемыми сортами мороженого являются: «Ля Фам», «Золотой слиток», «Ёжик», сливочное мороженое с фруктовыми наполнителями.
3. При экспертизе оберток выявили,  что все ингредиенты, входящие в состав мороженого соответствуют требованиям ГОСТа.
4. В результате проведенных  химических экспериментов обнаружили, что в состав мороженого входят жиры, белки, углеводы, α – аминокислоты.

5.     Проведение несложных опытов с этим продуктом,  основано на  качественных реакциях.

Данная работа может использоваться учителями химии в кружковой работе, на элективных занятиях. Она способствует возрастанию интереса к предмету, раскрывает связь химии с жизнью и может разнообразить учебный процесс.

Список литературы.

1.     Вронский В.А. «Прикладная экология», Ростов на Дону, издательство «Феникс», 1996 год.

2.     Георгиевский А.В. «Молочные продукты» М.,1993 год.

3.     Журнал «Экология и жизнь» №3, №5, №6. 2006 год.

4.     Журнал «ЗОЖ» №2, №6, 2003 год.

5.     Михайлов В. Аношин А. «2000 лучших кулинарных рецептов» М., АСТ «Астрель», 2003 год.

6.     Поливалина Е.М. «700 рецептов семейного уюта» М., РИПОЛ Классик, 2004 год.

7.     Гаврилова Н.П., Дунченко Н.В. «Экспертиза молока и молочных продуктов», М., 2003 год.

8.     Журнал «Химия в школе» №7, 2006 год.

9.     Яковишин Л.А. «Химические опыты с мороженым» , №7, 2006 год.

 Мороженое не знает этикета. Его едят зимой и летом, в ресторанах и небольших кафе, дома и на улице.     Число рецептов мороженого и блюд с его использованием исчисляется десятками. Коктейли, буше, кофейное, со сливками, клубникой, апельсинами, дыней, ревенем, коньячное, ликерное, медовое, из черного хлеба, рисовое, облепиховое – это всего лишь малая часть из того, что могут освоить хозяйки. Эти блюда не требуют много времени для приготовление, тем более что базовый продукт можно купить на развес в магазине, зато гости будут приятно удивлены.
     Смесь из молочных продуктов, сахаров и наполнителей взбалтывается во время замораживания, чтобы оно не смерзалось в большие кристаллы. Так образовывается гладкая и мягкая охлажденная молочная масса. Мороженым называют многочисленные виды продукции, но, как правило, все они сделаны из молока высокой жирности – готовый продукт содержит до двадцати процентов жиров и пятнадцать-двадцать - сахаров. Замороженный сладкий крем, йогурт, щербет и другие подобные продукты тоже часто называют мороженым.
   Откуда пришло мороженое и где его родина трудно сказать достоверно. Безмолочные замороженные десерты были завезены в Европу с Востока. Впервые они были описаны в путевых журналах еще Марко Поло. Создание первого самого что ни на есть настоящего мороженого приписывают парижскому кафе Tortoni в конце восемнадцатого века. В Европе его первым начали производить в Италии, куда его завезли турки. Откуда мороженое попало к туркам – неизвестно, зато несколько раньше них холодные сладости стали производить в Китае. Охлаждали вино, соки и молочные продукты еще древние греки, а вслед за ними римляне и другие цивилизации.

Технологии производства

     До разработки и внедрения современных систем охлаждения, мороженое было деликатесом, который подавали по особым событиям в семьях с высоким достатком. В те времена производство мороженого было делом весьма трудоемким. Лед вырезался при помощи специального оборудования из озер и прудов в зимнее время и хранился в больших погребах или на пищевых складах, закрытый соломой, таким образом его изолировали от воздействия внешних факторов. Мороженое производилось вручную, для этого использовался огромный чан, возле которого находились блоки льда и соль. Они использовались для снижения температуры остальных компонентов в чане. Соленая вода охлаждалась при помощи колотого льда, а соль, в свою очередь, заставляла лед начинать подтаивать – так в финале этого взаимодействия смесь приобретала температуру замерзания воды. Что самое интересное, если контейнер погружался исключительно в воду со льдом, это давало более скудные результаты, нежели сочетание соли и льда.
     В 1834 году произошел прорыв в том, что касалось аппаратов по производству молочных масс. Том Перкинс впервые заговорил об использовании эфира в компрессорных системах, а еще через десять лет Том Мастерс получил патент на машину, взбивающую и охлаждающую мороженое. Она представляла собой небольшое приспособление, по форме напоминавшее кувшин стремя лопастями внутри. Его обкладывали льдом или снегом в смеси с минеральными солями.
     После тридцатых годов девятнадцатого века, когда машины для производства мороженого стало можно без особых проблем устанавливать на предприятиях, десерт получил особую популярность. В 1843 году Нэнси Джонсон (Nancy Johnson) изобрела первую маленькую ручную машинку для производства и охлаждения мороженого. После этого появилось мороженое с фруктовой водой, которое, говорят, изобрел Роберт Грин (Robert Green) в 1874 году, но ввиду отсутствия патента подтвердить эти факты невозможно. Ручная маслобойка, где опять-таки для охлаждения использовались лед и соль была изобретена в 1846. Она позволила продавать продукцию на месте и помогла избежать такого неприятного состояния, как перемораживание продукта до его приобретения. Уже с самого появления в широкие массы мороженое приобрело довольно большую популярность.
     В 1860 году появилась первая холодильная машина для использования в промышленности. Изначально аппарат Фердинанда Карре (ведь именно так звали изобретателя) работал на жидком абсорбенте, но позже – в 1864 году охладительным элементом в таком холодильнике стал аммиак.
     Изобретение промышленного холодильник немецким инженером Карлом фон Линде в семидесятые годы девятнадцатого века устранило необходимость срезать и хранить природный лед. Когда же в 1926 году появилась морозильная камера длительного действия это позволило поставить производство мороженого на широкую ногу и промышленность стала приближаться к своему сегодняшнему виду.
     Самый распространенный прием производства мороженого на дому – с помощью мороженицы – это электрический бытовой прибор, который перемешивает компоненты для мороженого, предварительно охлажденные. Охлаждать можно либо в холодильнике, либо используя старинную технологию льда и соли, только не нужно забывать, что при охлаждении компонентов соленый лед начнет таять. В некоторых мороженицах нового поколения (конечно, они стоят не так как обычные) можно сразу же и охлаждать составляющие. Самый новый способ производства домашнего мороженого – добавить немного жидкого азота в смесь, помешивая ложечкой или лопаточкой. Конечно, у нас такой вариант отпадает сразу, а вот на Западе им даже пользуются особо продвинутые домохозяйки.

Приготовление мороженого в домашних условиях

     Со времен императора Нерона известен приказ, когда следовало смешивать горный лед с фруктами, таким образом получалась смесь, подобная мороженому. Но первое мороженое было изобретено в Китае (во времена императора Тангу), котоорый изобрел свой метод изготовления смеси льда и молока. Потом мороженое привезли из Китая в Европу. А в Руси струганное замороженное молоко ели в жаркую погоду еще с древних времен. В деревнях Сибири и сейчас хозяйки хранят молоко, заморозив в блюдцах и сложив лед стопочкой. А уже после того, как замороженная вкуснятина попала в Америку, этот продукт облюбовали американцы. Д. Вашингтон и Т. Джефферсон угощали им своих гостей. Ученые Британии пошли дальше и изобрели "мягкое" мороженое. Это когда в мороженое добавляется вдвое больше воздуха, и тогда оно получается таким пушистым и нежным. Наверно поэтому дети и взрослые так любят такое мороженое, которое просто разносит "гормон радости" по всему телу.

     Так как же приготовить мороженое? Об этом мы и расскажем ниже.
Мороженое разделяется на следующие основные типы:

Молочное мороженое (жирность составляет до 4%)
Сливочное мороженое (жирность до 10%)
Пломбир мороженое (жирность до 15%)
Фруктовое мороженое (на основе фруктовых соков, с нулевой жирностью)

Базовая технология изготовления мороженого

Мороженое - взбитый сладкий пищевой продукт, изготовливаемый из молока, молочных и сливочных продуктов, сливочного масла, сыворотки, пахты, продуктов со сложным сырьевым составом, масел, жиров и белков немолочного происхождения с добавлением других ингредиентов и веществ или из воды, сахаров и/или их заменителей с добавлением других ингредиентов и веществ путем замораживания. В производственных условиях изготовливают закаленное мороженное. На предприятиях общественного питания производят мягкое мороженное, которое по консистенции напоминает крем.

Базовая технология изготовления мороженого (ч. 3)

Сырье В качестве основного сырья для производства мороженого используются:

молоко и молочные продукты: молоко цельное, обезжиренное, сухое цельное и обезжиренное; молоко сгущенное с сахаром и без сахара; сливки, полученные из цельного молока, сухие, сгущенные; сыворотка молочная, сухая и сгущенная; сывороточный концентрат; масло сливочное различных видов; пахта и др.;

сахар (сахарный сироп, карамель) и его заменители;

свежие и замороженные плоды, ягоды, овощи, а также продукты их переработки (соки, экстракты, сиропы, пюре, джемы и т.д.);

растительные жиры - преимущественно, кокосовое масло: рафинированное и дезодорированное кокосовое масло имеет благоприятный состав жирных кислот, хорошие вкусовые достоинства и температуру застывания около +23° С;

вкусовые и ароматические наполнители: шоколад, какао, цикорий, кофе, орехи, пряности, различные ароматические эссенции и т.д.;

стабилизаторы (агар-агар, агароид, альгинат натрия, казеинат натрия, пектины, крахмалы: картофельный, кукурузный, желейный, модифицированный и др.) Роль последних в приготовлении мороженого очень важна. Стабилизаторы связывают воду и препятствуют разрастанию кристаллов льда в мороженом при его взбивании, замораживании и последующем хранении; от стабилизатора также зависят особенности таяния мороженого.

Кроме стабилизаторов, в производстве мороженого часто применяются еще два вида технологических добавок - пищевые красители и эмульгаторы. Эмульгаторы - это вещества, в основном, липиды, которые обладают способностью связывать водно-жировую смесь, обеспечивая стойкость эмульсии. Благодаря их использованию мороженое сохраняет свою пышную структуру даже при таянии. Эмульгаторы также необходимы и при изготовлении глазури.                  В настоящее время многими предприятиями при производстве мороженого применяется стабилизатор-эмульгатор как более современное средство для улучшения структуры и консистенции мороженого. Его использование в мороженом дает следующие преимущества:

повышается вязкость смеси;

улучшается насыщение и распределение воздуха, что приводит к повышению взбитости смеси;

придается ощущение сливочности, формируется более однородная структура и консистенция;

затрудняется образование и рост кристаллов льда во время транспортирования и хранения мороженого;

замедляется процесс таяния.

Важная составляющая мороженого - это глазурь. Она бывает шоколадной, молочно-шоколадной, белой, фруктовой. Основные компоненты глазури: какао-масло, растительный жир, сахарная пудра, какао-порошок, эмульгаторы, молоко сухое, ароматизаторы.   

Что касается упаковки, то в качестве "первичной упаковки" для многих сортов мороженого традиционно используются вафли. В основном - сахарные трубочки, вафельные стаканчики и вафли листовые.

Вафельные изделия должны иметь равномерную окраску, быть хрустящими на вкус и хорошо пропеченными.