Использование биополимеров для стабилизации белковой кислородной пены

Кислородный коктейль – это напиток, насыщенный кислородом до состояния нежной воздушной пены.

Главной составляющей кислородного коктейля является пенообразующий компонент, благодаря которому происходит формирование пены в напитке. В качестве такого компонента применяют: сухой белковый полуфабрикат (СБП), экстракт солодкового корня (ЭСК) и куриный белок (КБ).

Устойчивость таких пен зависит от большого количества факторов: природы и концентрации пенообразователя, свойств дисперсионной среды, температуры, механических воздействий и других факторов [1, 2, 3].

Применение белков молочной сыворотки в производстве кислородных коктейлей является весьма новой идеей, а их использование позволит разработать продукты с улучшенными органолептическими показателями, улучшенной пищевой и энергетической ценностью и обладающие диетическими и функциональными свойствами.

Целью настоящей работы явилось установление закономерностей производства кислородных коктейлей на основе купажирования

творожной сыворотки и натуральных соков с заменой традиционной пенообразующей основы на белки молочной сыворотки и пищевые полисахариды (ПС) растительной природы в качестве стабилизаторов полученной пены [4, 5].

Объектами исследования явились творожная сыворотка, натуральные соки, ЭСК, СБП, КБ и коммерческие ПС растительного происхождения: высокоэтерифицированный пектин, каробан и гуаран с молекулярной массой ММ 30, 100, 400 кДа (Danisco, Франция).

Кислородный коктейль готовили с помощью кислородного миксера «Армед», для получения пены использовали медицинский кислород (99,9 % чистого медицинского кислорода) из кислородн ого баллона.

Исследуемые основы с температурой 2-4 ⁰ С наливали в мерный цилиндр, после чего осуществляли взбивание и барботаж медицинского кислорода с помощью миксера до прекращения роста высоты столба пены. Скорость барботирования кислорода изменяли в диапазоне 0,5-5 л / мин.

Нами были проведены исследования по изучению кратности и стабильности пен кислородных коктейлей в зависимости от типа пенообразователя (таблица 1).

Таблица 1

Кратность и стабильность пен кислородных коктейлей

Пено-образо-ватель	Концентрация традиционно используемого пенообразователя, %	Кратность	Стабильность, мин
Корень солодки	5,0	4,0	2,0-2,5
Белки творожной сыворотки	0,8	2,8	1,0-1,2
Яичный белок	2,0	3,8	3,0-3,5
Желатин	2,0	3,5	10,0-15,0

Как видно из таблицы 1, традиционные пенообразователи дают кислородную пену с достаточно высокими значениями кратности по сравнению с пеной, образованной сывороточными белками. Но стабильность пен всех образцов низкая, пены теряли свою структуру и опадали.

Учитывая недостатки традиционных пенообразователей (яичный белок является аллергеном, имеет н еприятный вкус и возможность инфекционных заболеваний; желатин нежелательно употреблять людям при нарушении водно-солевого обмена и при мочекаменной болезни; сироп корня солодки обладает неприятным горьким привкусом и имеет ряд противопоказаний), а также принимая во внимание функционально-технологические свойства творожной сыворотки, мы изучали влияние растительных ПС на стабилизацию белковой кислородной пены.

Известно, что биополимеры, будучи поверхностно-активными веществами, обеспечивают стабилизацию пен [6, 7].

На рисунке 1 показано изменение кратности кислородных пен в зависимости от природы и концентрации используемых ПС.

Как видно из рисунка 1, биополимеры способствуют получению белковых пен с достаточно высокой кратность при малых концентрациях (0,1-0,2 %). Полученные пены сохраняли высокую кратность в течение 30-40 мин.

С увеличением концентрации биополимеров происходило уменьшение кратности пен, полученные пены имели крупноячеистую структуру и быстро опадали.

5 4,5 у 4 | 3,5 1 3 & 5 2,5 | 2 g у Cu 1 0,5 0	• A      • "       n      * ■         A         • *       "       ‘      •
	0,1           0,2           0,3           0,4           0,5           0,6 Концентрация,%

Рисунок 1 – Изменение кратности кисл ородных пен в зависимости от концентрации и природы используемых полисахаридов: HM pectin ( • ), guar gum MM 30 kDa ( ▲ ), guar gum MM 100 kDa ( □ ), LBG ( ■ ), guar gum MM 400 kDa ( ♦ ).

При малых концентрациях полимеров (пектин 0,1-0,5%, каробан 0,1-0,2 %, гуаран ММ 30 кДа 0,1-0,3 %, гуаран ММ 100 кДа 0,10,2 %, гуаран ММ 400 кДа 0,1-0,5 %) образующаяся пена имела мелкоячеистую структуру и достаточно высокую кратность.

Говоря о стабилизирующей функции биополимеров, надо иметь в виду, что ее эффективность определяется взаимодействием с партнером-белком. Совместимость белок-ПС в этих системах обусловлена самоассоциацией белков и образованием растворимых комплексов белок-ПС.

Увеличение молекулярной массы гуара-на приводило к увеличению кратности пены и вязкости системы белок-ПС и тем самым затрудняло формирование мелкоячеистой структуры пены. Для получения пены с хорошими технологическими характеристиками, следует снижать концентрацию данного стабилизатора в системе при увеличении его молекулярной массы.

Наилучшие структурно-механические и органолептические показатели были у пен с кратностью 3,0-4,5.

В ходе исследования было установлено, что оптимальная температура основы для процесса пенообразования и получения пены мелкоячеистой структуры должна быть не выше 4 ⁰ С .

При повышении температуры основы до 20 ⁰ С и выше отмечено снижение пенообразующей способности, что объясняется тепловым движением молекул белков, не способных в таких условиях к прочной адсорбции на межфазных пленках.

На основании полученных данных были выбраны ПС и их концентрации (каробан 0,10,3 %; пектин 0,1-0,5 %; гуаран ММ 30 кДа 0,10,3 %; гуаран ММ 100 кДа 0,1-0,2 %; гуаран ММ 400 кДа 0,1-0,2 %) в качестве стабилизаторов белковой кислородной пены, позволяющие увеличить стабильность пен в 20 раз по сравнению с традиционными пенообразователями.

Выполненные исследования показали целесообразность использования биополимеров для стабилизации пен кислородных коктейлей на основе молочной сыворотки.

Работа проводится в рамках гранта Президента Российской Федерации № 14.124. 13.3731-МК.