Пенообразующие свойства систем на основе белков молочной сыворотки

При создании рецептур новых пищевых продуктов технологи учитывают одновременно несколько аспектов. Во-первых, это запросы современных потребителей, которые все больше ориентируются на продукты здорового питания. Во-вторых, это позиция специалистов пищевойпромышленности,длякоторыхважнынетолькотехнологические свойства пищевого сырья и ингредиентов, но и их доступность на рынке, а также стоимость.

В своей работе мы учитывали позицию и потребителей, и технологов.

Объектами исследования служили рецептуры смесей для мороженого. Мороженое очень популярно во всем мире. Объемы продаж этого десерта остаются стабильно высокими повсеместно, в том числе и в Российской Федерации [1]. Несмотря на популярность мороженого, его классические виды, такие как сливочное, пломбир и другие, нельзя назвать полезными продуктами с точки зрения пищевой и энергетической ценности. Согласно требованиям стандарта, массовая доля жира в этих видах мороженого составляет от 8 до 20% [2], поскольку именно молочный жир является необходимым структурообразователем и важнейшим компонентом, формирующим вкусовые качества и текстуру традиционного мороженого. Также для классических рецептур мороженого характерно значительное содержание углеводов [3]. В результате общая калорийность может достигать от 109до 255 ккал (от 456 до 1068кДж). В связи с этим диетологи рекомендуют населению ограничивать потребление мороженого. В тоже время создание более сбалансированных вариантов рецептур, в которых мороженое будет источником ценных нутриентов, представляет научный и практический интерес [4, 5].

Гипотеза исследования состояла в том, что путем использования сухих ингредиентов, содержащих белки молочной сыворотки, можно улучшить пищевую ценность продукта и придать системе текстуру, характерную для мороженого.

Цель работы состояла в определении соотношения ингредиентов смеси для мороженого с улучшенной пищевой и энергетической ценностью путем исследования органолептических и пенообразующих свойств систем.

Материалы и методы

В качестве предметов исследования использовали сухую подсырную сыворотку (СПС) и концентрат сывороточных белков молока с массовой долей белка 80% (КСБ-УФ-80). Оба вида молочного сырья производятся в России, доступны на рынке пищевых ингредиентов и популярны в технологии пищевых продуктов [6–9].

Физико-химические показатели молочного сырья определяли стандартными методами, пищевую и энергетическую ценность образцов – расчетным методом.

Массовую долю белка в водной фазе смесей рассчитывали по формуле:

100'^

где Wбвф – массовая доля белка в водной фазе смеси, %;

Wв – массовая доля воды в смеси, %;

Wб – массовая доля белка в смеси, %;

100 –коэффициент пересчета на 100 г воды.

Массовую долю лактозы в водной фазе созданных систем вычисляли по формуле:

w =1222^

■1вФ we ’ где Wлвф – массовая доля лактозы в водной фазе смеси, %;

Wв – массовая доля воды в смеси, %;

Wл – массовая доля лактозы в смеси, %;

100 –коэффициент пересчетана 100 г воды.

Растворимость СПС и КСБ-УФ-80 оценивали визуально по исчезновению их включений в системах. Способность систем образовывать взбитые структуры оценивали по двум показателям: взбитости и кратности пен.

Показатель взбитости, учитывающий объем полученной пены и объем исходной смеси, определяли следующей формулой:

П„ = -^-100,%, где Пв – показатель взбитости, %;

Vn – объем пены, см3;

Vисх – объем исходной смеси,с м3.

Кратность пен выражали как относительную величину между объемом пены и объемом дисперсионной среды в ее составе по формуле:

П = --, ^ДС где n – кратность пены

Vп – объем пены, см3;

Vдс – объем дисперсионной среды в составе пены, см3.

Приготовление       образцов       вели       следующим образом. Сухие ингредиенты вносили при непрерывном помешивании в воду, имеющую температуру (20±1) °С. Периодическое помешивание продолжали в течение20 мин. Затем образцы подвергали пастеризации при температуре (65±2) °С и выдержке 30 с. Далее образцы охлаждали до температуры (20±1) °С, дегустировали и подвергали взбиванию. Процесс сбивания проводили миксером мощностью 300 Вт при скорости вращения лопастей 1500 об/ мин. Продолжительность сбивания составляла 5 мин.

Результаты

Обаингредиента(иСПС, иКСБ-УФ-80) соответствовалитребованиям стандартов на эти виды молочного сырья [11, 12]. Соотношение ингредиентов в модельных смесях представлено в технологической карте (таблица 1).

Таблица 1 – Ингредиентный состав модельных смесей

Ингредиенты	Расход, г в 100 г восстановленной смеси
	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
КСБ-УФ-80	10	20	20
СПС	20	10	20
Вода питьевая	70	70	60

В указанных условиях СПС и КСБ-УФ-80 были хорошо растворимы в воде. При использованном соотношении ингредиентов, содержание макронутриентов в образцах представлено на рисунке 1. Массовые доли сухих веществ в образцах 1-го и 2-го вариантов составили по 28,5%, в образцах 3-го варианта – 38,0%.

■ Белок В Жир ■ Углеводы

Рисунок 1 – Содержание макронутриентов в созданных системах

Из этой диаграммы видно, что все образцы имели низкое содержание жира. В случае производства мороженого при таком соотношении СПС и КСБ-УФ-80, продукт будет отнесен к мороженому молочному, поскольку согласно действующей нормативной документации, массовая доля жира в этом виде мороженого не превышает 7,5% [2]. Также расчеты показали, что массовая доля молочного белка во всех образцах больше, чем в традиционных видах мороженого. Например, содержание белка в мороженом пломбир составляет 3,2 г на 100 г продукта, в сливочном и молочном мороженом – 3,7 г, а в рассматриваемых рецептурах этот показатель находится в интервале от 10,0 до 18,0 г.

При дегустации запах всех смесей был охарактеризован как чистый насыщенный молочный. Образцы 1-го варианта, в которых содержание КСБ-УФ-80 составляло 10 г в 100 г восстановленной смеси, а содержание СПС – 20 г, не имели недостатков вкуса и были приятными и сладковатыми. В образцах вариантов рецептур 2 и 3, где содержание КСБ-УФ-80 составлялопо20 г в 100 г восстановленной смеси, дегустаторами были отмечены солоноватый и горьковатый привкусы. При общем содержании сухих веществ в образцах 1-го и 2-го вариантов 28,5% консистенция смесей была жидкой. В образцах с массовой долей сухих веществ 38,0% консистенция была вязкой, сиропообразной. Цвет всех образцов был однородным, но интенсивность цвета возрастала по мере увеличения в них содержания белка и сухих веществ.

Лучшие пенообразующие свойства также были обнаружены в образцах 1-го варианта несмотря на то, что концентрация белка в них меньше в сравнении с другими образцами. Графическое изображение поверхности, отражающей зависимость кратности пены от массовых долей белка и углеводов в системах, представлено на рисунке 2 , а диаграмма взбитости образцов - на рисунке 3.

Показатель вспенивания

Массовая доля углеводов, %

■ 0-5 ■ 5-10 ■ 10-15 ■ 15-20

Рисунок 2 – Зависимость кратности пены от массовых долей белка и углеводов

■ Взбитость

Рисунок 3 – Диаграмма взбитости водных смесей СПС и КСБ-УФ-80

По полученным данным, оба показателя – взбитость и кратность пен образцов, характеризующие пенообразующие свойства систем, уменьшались по мере возрастания массовой доли белка в образцах. Массовая доля белка в водной фазе смесей 1-го варианта составила 13,98%, в образцах 2-го варианта – 23,77% и в образцах 3-го варианта – 29,03%. При этом закономерно, от 1-го варианта до 3-го уменьшалась доля свободной воды, необходимой для гидратации белка. По-видимому, степень гидратации белков как поверхностноактивных веществ имела не менее важное значение, чем их молярная концентрация в обеспечении жизненного цикла пены.

Поскольку в технологии мороженого помимо процесса взбивания смеси имеет место стадия фризерования и термостатирования при глубоких низких температурах, важно чтобы пенная структура сохраняла стабильность в хранении и не была подвержена образованию пороков. Наиболее распространенные пороки консистенции мороженого – это образование кристаллов льда и лактозы [13, 14]. Из литературных данных известно, что предельное насыщение раствора лактозы в воде при 0 °С составляет 11,9 гв 100 мл воды и может служить пороговым значением начала кристаллизации лактозы [10].

Расчет концентрации лактозы в водной фазе опытных смесей показал, что только в образцах 2-го варианта при массовой доле углеводов 7,4% лактоза будет находиться в растворимой форме при 0 °С, поскольку ее содержание в водной фазе этой смеси составило 10,34%. В образцах 1-го варианта при массовой доле углеводов 14,0% и сухих веществ 28,5% концентрация лактозы в водной фазе этой смеси составила 19,58%, а в образцах 3-го варианта при массовой доле углеводов 14,4% и сухих веществ 38,0% концентрация лактозы в водной фазе этой смеси – 23,23%. Из-за превышения значения предельного насыщения лактозы при 0 °С в рецептурах 1-го и 3-го вариантов можно прогнозировать пороки консистенции мороженого в дальнейшем хранении.

Обсуждение

Факторы, определяющие взбитость, изучены еще недостаточно. Известно, что для пенообразования необходимо иметь поверхностноактивное вещество почти любого типа, способное создавать градиент поверхностного натяжения. В созданных системах основными пенообразующими компонентами всех опытных образцов являлись белки молочной сыворотки. Вопреки распространенному мнению, что концентрация белка является важной переменной для получения высокой взбитости и именно молярная концентрация поверхностноактивного вещества определяет этот показатель, в условиях экс- перимента наблюдали снижение пенообразующих свойств по мере увеличения концентрации белка в образцах.

Снижение пенообразующих свойств наблюдали при последовательном увеличении концентрации белка в водной фазе образцов 1-го варианта от 13,98% до 23,77% в образцах 2-го варианта и до 29,03% – в образцах 3-го варианта. Наименьшую взбитость и кратность пен имели образцы, в которых массовая доля сухих веществ составляла 38%. При этом изменение показателя взбитости в сторону уменьшения составило 20% в образцах с максимальным содержанием белка 18% по сравнению с образцами, в которых массовая доля белка была минимальной 10%.

Следовательно, для достижения стабильных пенных структур с участием белков молочной сыворотки помимо общей концентрации белков необходимо учитывать и другие показатели. В условиях эксперимента выявлено, что наибольшее значение для создания пенных структур имели два фактора: массовая доля сухих веществ в смеси и массовая доля белка в водной фазе систем.

В образцах с массовой долей сухих веществ 38,0% вязкость увеличилась настолько, что это было ощутимо визуально. Также из-за меньшей массовой доли влаги в образцах, содержащих по 17 и 18% белка, он был в меньшей степени гидратирован, чем в образцах с массовой долей белка 10%. Как следствие, площадь поверхности раздела фаз в этих системах различалась. В совокупности менее гидратированные белки и более высокая вязкость смесей, по-видимому, затрудняли процесс аэрации в условиях данного эксперимента. В результате стабильность пен в образцах с массовой долей белка 17,0 и 18,0% была недостаточной.

По результатам расчетов содержания лактозы в водной фазе в рецептурах вариантов 1 и 3 с массовой долей углеводов 14,0 и 14,4% соответственно возможна кристаллизация лактозы как в процессе производства мороженого, так и при хранении. Данный процесс приводит к пороку консистенции продукта. При содержании лактозы 7,4% в системах, сформированных из воды, СПС и КСБ-УФ-80, процесс кристаллизации молочного сахаране прогнозируется, однако недостатки вкуса в образцах этого варианта требуют доработки рецептуры.

Заключение

На основании полученных данных можно заключить, что для пенообразующих свойств трехкомпонентных смесей, созданных из воды, СПС и КСБ-УФ-80, важное значение имели два фактора: гидратация сывороточных белков и общее содержание сухих веществ. В условиях эксперимента установлена обратно пропорциональная взаимосвязь между пенообразующими свойствами изучаемых систем и массовой долей белка в их водной фазе. В данном исследовании при содержании сухих веществ от 28,5 до 38,0% в водных дисперсиях из СПС и КСБ-УФ-80 и при массовой доле белка выше 10,0% наблюдали дестабилизирующий результат на устойчивость пены.

Таким образом, путем исследования органолептических и пенообразующих свойств трехкомпонентных систем определено соотношение ингредиентов смеси для мороженого с улучшенной пищевой и энергетической ценностью: 10 частей КСБ-УФ-80, 20 частей СПС и 70 частей воды по массе. Вопрос влияния высокого содержания лактозы на консистенцию мороженого в данной рецептуре подлежит дальнейшему изучению.