Применение эмульгаторов и стабилизационных систем в молочных продуктах высокой реологии

Роль низкомолекулярных эмульгаторов (моно- и диглицеридов) и немолочных стабилизаторов (альгинатов, каррагинана, камеди и желатина) в образовании и стабилизации жидкого молока (в частности функционализированного молока, содержащего омега-3), йогуртов и мороженого. Внимание уделяется взаимодействиям, которые могут происходить между реактивными центрами полисахаридных стабилизаторов и молочными белками и другими компонентами молока, а также желаемым характеристикам, например, вязкости/консистенции, внешнему виду и вкусовым ощущениям, консистенции и текстуре, придаваемых йогурту и мороженому. путем добавления эмульгаторов и камедей.

Использование и функциональность стабилизаторов в пищевых продуктах не новинка; они используются уже более полувека. Однако только в последние годы был представлен широкий спектр новых молочных продуктов, в которых в значительной степени используются стабилизаторы. Одной из основных целей производителей молочных продуктов является производство продуктов, которые имеют желаемые качественные характеристики (внешний вид, текстуру и вкус) и сохраняют и в течение достаточно продолжительного времени. Для достижения этой цели производители молочных продуктов используют стабилизаторы, которые улучшают кинетическую стабильность пищевых эмульсий. Эмульсия определяется как дисперсия капель одной несмешивающейся жидкости с другой в присутствии молекул стабилизатора, называемых эмульгаторами.

Эмульгаторы выполняют такие основные функции: обеспечение коллоидной стабильности капли за счет формирования электрически заряженного слоя на ее границе с непрерывной фазой и снижения межфазного натяжения, тем самым делая образование капель менее энергоемким. Гидрофильная/липофильная структура эмульгатора облегчает его концентрацию на границе раздела несмешивающихся жидкостей, где он образует межфазную пленку.

Пищевые эмульсии представляют собой либо эмульсии масло в воде (м/в) (рис. 1а), например жидкие сливки или молоко, в которых дисперсной фазой является масло, либо эмульсии вода в масле (рис. 1б), например, маргарин, в котором дисперсной фазой является вода, а непрерывной фазой - масло. Во многих молочных продуктах используются низкомолекулярные эмульгаторы (например, моно- и диглицериды) и немолочные стабилизаторы (например, альгинаты, каррагинаны, камеди и желатин).

Эмульгаторы используются для стабилизации эмульсии масла в воде и чаще всего в сочетании со стабилизаторами при приготовлении напитков. Высокая водосвязывающая способность стабилизаторов обеспечивает загущающий и гелеобразующий эффект в молочных продуктах, таких как йогурт, и поддерживает стабильность продукта во время производства и хранения. Некоторые стабилизаторы полисахаридов действуют синергично с молочными белками и другими компонентами молока.

Роль взаимодействующего полисахарида необходимо учитывать при производстве молочных продуктов. Общим примером является синергия, которая существует благодаря специфическому взаимодействию между каппа-каррагинаном и каппа-казеином, которые могут использоваться в молочных продуктах, где требуется прочность геля. Однако на свойства продукта могут влиять как тип эмульгатора или стабилизатора, так и время их добавления при переработке молочных продуктов.

В данном обзоре обсуждается применение эмульгаторов и стабилизаторов в таких молочных продуктах, как молоко (жидкое молоко), йогурт и мороженое. При необходимости дается их краткое описание с упором на роль, которую эмульгаторы и стабилизаторы играют в формировании и стабилизации продукта.

Молоко представляет собой сложную пищевую эмульсию, а также коллоидный раствор. Компонент эмульсии состоит из капель жира, диспергированных в водной фазе, содержащей белок. Белок находится как в виде мицелл казеина, которые сами по себе являются коллоидными частицами, так и в виде мономеров сывороточного белка в растворе. Молоко с различным содержанием жира, молоко с низким или пониженным содержанием лактозы, а также молоко, обогащенное питательными веществами, такими как витамин А, витамин D и кальций, все они имеют удовлетворительный срок хранения и вкусовые качества и представлены на рынке молочных продуктов.

Обогащение молока функциональными пищевыми ингредиентами, такими как жирные кислоты омега-3, было ограничено чувствительностью полиненасыщенных жирных кислот к окислительному прогорканию, но эта проблема была решена за счет использования подходящей комбинации эмульгаторов и стабилизаторов. Стабилизация молока с омега-3 была достигнута путем соответствующего использования системы эмульгатора / стабилизатора, состоящей из моно- и диглицеридов жирных кислот, альгината натрия, каррагинана и гуаровой камеди (рис. 2).

Среди наиболее распространенных эмульгаторов, используемых в молоке, — моно- и диглицериды жирных кислот (рис. 2). Моно- и диглицериды состоят из сложных эфиров, синтезированных каталитической переэтерификацией глицерина триглицеридами, при этом обычным источником триглицеридов является гидрогенизированное соевое масло; они также синтезируются непосредственно из глицерина и жирных кислот в щелочных условиях. Моно- и диглицериды жирных кислот, входящие в состав молока, участвуют в формировании мембраны молочно-жировой глобулы, необходимой для покрытия увеличенной площади поверхности жировой глобулы, образующейся при гомогенизации молока.

Альгинаты являются основным структурным полисахаридным компонентом бурых морских водорослей Phaeophyceae. Они присутствуют в морских водорослях в виде смешанных солей натрия, калия, кальция и магния.

Среди полисахаридов альгинаты натрия (рис. 2) особенно пригодны в качестве эмульгаторов, поскольку они позволяют создавать различные текстуры в зависимости от типа альгината. Альгинат натрия известен как ионный стабилизатор. Он растворим в холодной воде и действует как загуститель. Проблема, часто встречающаяся при использовании альгината натрия, заключается в его неспособности растворяться в среде с высоким содержанием кальция, но этот недостаток часто преодолевается использованием секвестранта, такого как лимонная кислота. Каррагинаны экстрагируются из некоторых красных морских водорослей класса Rhodophyceae, и четко идентифицируются три различных типа; каппа, йота и лямбда-каррагинан.

Полимерные цепи в структуре основаны на галактозе и ангидрогалактозе с различным количеством встречающихся в природе сульфатных связей. Для поддержания однородной суспензии, стабильной при хранении, необходима тиксотропная система. Поверхность молекул каппа-каррагинана имеет несколько реакционноспособных участков, способных вступать в реакцию с мицеллами казеина в молоке. Реакция протекает при нагревании. Концы молекул каррагинана связываются друг с другом и образуют эффективную матрицу, которая улавливает мицеллы каппа-казеина, образуя тиксотропный гель. Тиксотропный гель предотвращает образование сливочной пленки в модифицированном молоке, замедляя коалесценцию и отделение жировых шариков.

Гуаровая камедь (рис. 2) является эффективным загустителем. Он почти полностью растворяется в холодной воде с образованием опалесцирующих псевдопластичных растворов, которые замедляют осаждение твердых веществ или образование пенок жиров. Добавление гуаровой камеди увеличивает вязкость, не делая при этом продукт неприятным на вкус.

Хотя эмульгаторы и стабилизаторы помогают при переработке обогащенного молока, условия обработки, такие как гомогенизация и пастеризация, не менее важны, чем комбинация эмульгатора/стабилизатора для успешного приготовления обогащенного молока.

Йогурт – самый известный из всех кисломолочных продуктов и самый популярный практически во всех странах. Йогурты обычно содержат 10–13% сухих веществ обезжиренного молока и 0–3,5% жира. Основная цель добавления стабилизаторов в йогурт состоит в улучшении желаемых характеристик, например, вязкости/консистенции, внешнего вида и вкусовых ощущений, консистенции и текстуры.

Некоторые стабилизаторы, используемые в йогуртах, представляют собой натуральные и модифицированные камеди, экстракты морских водорослей (каррагинаны, альгинаты) и желатин. Поскольку эти ингредиенты обладают способностью образовывать гелевые сети, их включение позволяет производить йогурты с твердой текстурой, хорошей устойчивостью к синерезису и с более низким содержанием сухих веществ молока. Пищевой коллоид, такой как йогурт, является примером гелей с частицами, а гидроколлоиды, используемые в йогуртах, действуют как желирующие или загущающие агенты, а также стабилизирующие агенты.

Благодаря наличию водородных или карбоксильных радикалов или наличию соли, обладающей способностью связывать ионы кальция, молекулы стабилизатора способны образовывать сеть связей между собой и компонентом(ами) молока. По мнению Ингенпасса и Декстера, отрицательные группы концентрируются на границе раздела фаз, а связывание воды с основной смесью достигается стабилизатором в следующей последовательности. Вода связывается с компонентами смеси как гидратная вода. Связывание воды с компонентами молока (белками) повышает уровень их гидратации, тем самым стабилизируя молекулы белка и позволяя им образовывать сеть, замедляющую свободное движение воды.

Стабилизаторы используются в йогуртах как отдельно, так и в виде смеси. Целью смешивания стабилизаторов является достижение определенной функции или, в большинстве случаев, преодоление одного из ограничивающих свойств, связанных с конкретным соединением. Один стабилизатор может быть пригоден для производства йогурта с фруктовым вкусом, но сам по себе может оказаться непригодным для производства других типов йогурта. Следовательно, выбор конкретного типа стабилизатора зависит от таких аспектов, как функциональные свойства, эффект или способ действия стабилизатора и оптимальная концентрация, которая будет использоваться.

Мороженое - сложно-коллоидная система, которая состоит из 10–17 % молочного жира, 13–17 % сахара, 8–11 % обезжиренного молока, сухой массы (лактоза, белки, минеральные соли) 0,2–0,5. % стабилизаторов/эмульгаторов и основного компонента - воды. Производство мороженого начинается с рецептуры, пастеризации, гомогенизации и охлаждения эмульсионного премикса с последующей аэрацией и замораживанием премикса во вращающемся цилиндрическом сите, внешняя поверхность которого постоянно очищается лезвиями для удаления экструдированного замороженного продукта перед упаковкой.

Используются смеси эмульгаторов и стабилизаторов, предназначенные для наилучшего действия в жирном или обезжиренном мороженом. Несмотря на то, что эмульгаторы используются в долях процента, они оказывают впечатляющее влияние на консистенцию и текстуру мороженого с низким содержанием жира. Эмульгаторы, добавляемые в мороженое, выполняют несколько важных функций, таких как контролируемая дестабилизация жира, сокращение времени взбивания, повышение устойчивости к плавлению и усадке, а также улучшение сухости.

Вкус и текстура мороженого определяются двумя границами раздела: границей раздела жир/вода и границей раздела воздух/вода и белками. Моноглицерид — распространенный эмульгатор, используемый в мороженом. Моноглицериды конкурируют с молочными белками как на границе раздела жир/вода, так и на границе раздела воздух/вода и ответственны за частичную дестабилизацию жировой эмульсии. Денатурированные молочные белки, частично дестабилизированный жир и агломерированные жировые шарики способствуют стабилизации границы раздела воздух/вода. Полисахаридные стабилизаторы часто добавляют в смесь для мороженого, чтобы замедлить образование крупных кристаллов льда во время хранения, а также придать конечному продукту более желательную консистенцию и текстуру.

Этапы обработки, используемые при производстве мороженого, также играют важную роль в производстве мороженого хорошего качества.

Исследования, проведенные Сигаллом и Гоффом с использованием двухфазного процесса (эмульсия (жир, немного белка, вода) и раствор (оставшийся белок, сахар, твердые вещества кукурузного сиропа, стабилизатор, вода), объединенные непосредственно перед замораживанием), позволили получить сливки с хорошей стабилизацией жира и медленным плавлением, что способствует образованию желаемой структуры без добавления эмульгатора.

Появление нового ассортимента молочных продуктов с высокой реологией, доступных в настоящее время, а именно жидкого молока (и специально функционализированного молока), йогурта и мороженого, стало возможным только благодаря включению эмульгаторов и стабилизаторов в эти пищевые коллоиды. Комбинация эмульгаторов и стабилизаторов доказала свою эффективность при изготовлении функционализированного жидкого молока.

Кисломолочные продукты, такие как йогурты, требуют добавления стабилизаторов для улучшения желаемых характеристик, таких как вязкость, внешний вид, вкусовые ощущения и текстура. Добавление относительно небольшого количества эмульгаторов в обезжиренное мороженое обеспечивает превосходную консистенцию и текстуру. Понимание химического и физического взаимодействия этих добавок с казеинами, белками, липидами и водой в нативном молоке важно для разработки дальнейших функциональных и ароматизированных молочных продуктов.