Применение и функции стабилизаторов в мороженом

Мороженое — это замороженный молочный продукт, при производстве которого процессы замораживания и взбивания являются важными операциями для достижения желаемой структуры, текстуры и вкусовых качеств.

Существует множество факторов рецептуры и обработки, которые влияют на текстуру и приемлемость мороженого. Стабилизаторы являются одним из таких ингредиентов, которые, несмотря на их низкое содержание в рецептуре, придают готовому продукту специфические и важные функции.

В 1915 году слово стабилизатор было присвоено группе веществ, которые в то время были известны как держатели, коллоиды , связующие и наполнители . Их также называли улучшителями — термин, используемый для обозначения ферментов или смесей ферментов и камедей. Коллоиды , гидроколлоиды и камеди — другие названия этих веществ, которые указывают на то, что эти материалы представляют собой макромолекулы, в основном полисахариды, способные взаимодействовать с водой.

Взаимодействие с водой также позволяет некоторым из этих соединений взаимодействовать с белками и липидами в смеси. Стабилизаторы обычно содержат ~103 мономерных звеньев и имеют молекулярную массу ~105–10. Основная цель использования стабилизаторов в мороженом — добиться гладкости тела и текстуры; замедлить или уменьшить рост кристаллов льда и лактозы во время хранения, особенно в периоды колебаний температуры; обеспечить однородность продукта; и некоторую степень сохранения формы во время плавления. Они также способствуют повышению вязкости смеси, стабилизируют белок в смеси во избежание образования сыворотки, создают устойчивую пену, которая легко отрывается и становится жесткой в морозильной камере, замедляют миграцию влаги из продукта в упаковке или на воздухе и способствуют предотвращению усадки объема продукта во время хранения.

Стабилизаторы также должны иметь чистый нейтральный вкус, не связываться с другими вкусами мороженого, способствовать приемлемому таянию мороженого и обеспечивать желаемую текстуру при употреблении. Несмотря на их естественное происхождение, согласно европейскому законодательству они считаются пищевыми добавками и, следовательно, имеют соответствующие номера E. Хороший стабилизатор должен быть нетоксичным, легко диспергироваться в смеси, не вызывать чрезмерной вязкости, расслаивания или пенообразования в смеси, не засорять сетчатые фильтры и фильтры, обеспечивать желаемое плавление мороженого, быть экономичным и не придавать смеси постороннего привкуса.

Количество и вид стабилизатора, необходимые для мороженого, зависят от его свойств, состава смеси и используемых ингредиентов; времени обработки, температуры и давления; температуры и времени хранения; и многих других факторов.

Обычно в смеси для мороженого используется стабилизатор 0,1–0,5%. Смеси с высоким содержанием жира или общего содержания сухих веществ (40%), шоколадные смеси и пастеризованные смеси требуют меньше стабилизатора, чем смеси с низким содержанием сухих веществ (37%), пастеризованные при высокой температуре, кратковременной пастеризации (HTST) или подлежащие хранению в течение длительных периодов времени.

Цель этого обзора - исследование различных видов стабилизаторов и их конкретных характеристик, а также различных функций этих веществ в мороженом, включая влияние на реологические свойства мороженого, разделение фаз, взбитость, кристаллизация и рекристаллизация, поведение при плавлении и сенсорные характеристики. А также ограничения на чрезмерное использование стабилизаторов в мороженом.

В качестве стабилизаторов использовались различные вещества. Желатин, производное животного белка, был одним из первых материалов, используемых в качестве стабилизатора мороженого, хотя в современном производстве мороженого он в значительной степени заменен полисахаридными гидроколлоидами. Некоторые из распространенных стабилизаторов и их характеристики перечислены ниже.

Желатин (Е441): этот относительно дорогой стабилизатор эффективен при концентрации 0,3–0,5%; однако он не способен предотвратить последствия теплового шока. Его использование также неприемлемо для некоторых религиозных и вегетарианских групп населения. Использование желатина в качестве стабилизатора позволяет получить тонкие смеси, требующие длительного периода выдержки. Желатин легко диспергируется и не вызывает отслоения сыворотки и пенообразования.

Гуаровая камедь (E412): Гуаровую камедь извлекают из семян тропического бобового растения Cyamoposis Tetragonolba, называемого гуаром. Его выращивают в Индии и Пакистане. Это самый дешевый стабилизатор, который эффективно снижает нежелательные последствия теплового шока в мороженом. Он легко диспергируется и не вызывает чрезмерной вязкости смеси. Обычно в смеси требуется 0,1–0,2%, поэтому это вещество считается сильным стабилизатором.

Карбоксиметилцеллюлоза натрия ( КМЦ ) (E466): эта химически модифицированная натуральная камедь представляет собой линейный, длинноцепочечный, водорастворимый и анионный полисахарид. Очищенная натриевая карбоксиметилцеллюлоза представляет собой сыпучий порошок от белого до кремового цвета без вкуса и запаха. КМЦ сама по себе образует слабые гели, но хорошо гелеобразует в сочетании с каррагинаном, камедью рожкового дерева или гуаровой камедью. Это сильный стабилизатор, и в смеси его нужно всего 0,1–0,2%. Он придает мороженому консистенцию и вязкость.

Камедь рожкового дерева (камеди рожкового дерева) (LBG) (E410): камедь рожкового дерева получают из бобов дерева Ceratonia siliqua, произрастающего в основном в Средиземноморье. Этот сильный стабилизатор используется в концентрации 0,1–0,2% и вызывает разделение фаз в смесях для мороженого. LBG лишь частично растворим в холодной воде, и для полной гидратации его необходимо нагреть выше 85C. Он является идеальной жевательной резинкой для стабилизации мороженого:

• создает однородную, среднюю и воспроизводимую вязкость, которая не разрушается при перемешивании.
• Охлаждается равномерно и позволяет легко включать воздух в смесь.
• Обеспечивает превосходную устойчивость к тепловому удару.
• Он не придает смеси никаких вкусовых или ароматизирующих свойств.
• Образует криогель, который может быть эффективным в криозащите.

Каррагинан (ирландский мох) (E407): этот стабилизатор изначально был получен из красных водорослей Chondus Crispus. Основными источниками этой смолы в настоящее время являются две тропические красные морские водоросли, Eucheuma Cottonii (теперь называемые Kappaphycus alarezii ) и E. spinosum (теперь E. denticulatum ), которые коммерчески выращиваются на Филиппинах, в Индонезии и Танзании. Экстракт Kappaphycus alarezii представляет собой почти чистый каппа-каррагинан (менее 10% йота), тогда как экстракт E. denticulatum представляет собой относительно чистый йота-каррагинан (менее 15% каппа).

Экстракты водорослей Gigartinacean (чилийские каррагенофиты), Gigartina scottsbergii , Sarcothalia Crismate и Mazzaella laminarioides, представляют собой гелеобразующие каррагинаны, которые слабее и менее взаимодействуют с каппа-казеином в молоке, чем экстракты C. Crispus . Было обнаружено, что эти гелеобразующие каррагинаны представляют собой сополимеры каппа- и йота-каррагинана, которые в промышленности называются каппа-2-каррагинаном , гибридами каппа/йота или слабогелеобразующими каппами . Каррагинан используется во многих смесях стабилизаторов в концентрации 0,01–0,02% для предотвращения разделения фаз (отщепления сыворотки) за счет его взаимодействия с молочным белком.

Ксантан (Е415): Этот бактериальный экзополисахарид получают путем выращивания Xanthomonas Campestris в культуре. Его смесь с гуаровой камедью и / или камедью рожкового дерева является эффективным стабилизатором для мороженого, замороженного молока, шербета и водяного льда. Комбинация ксантановой камеди с альгинатом натрия служит стабилизатором молочного коктейля.

Альгинаты: Альгинаты, или альгин, — это общий термин для солей и производных альгиновой кислоты. Этот кислый полисахарид встречается в виде нерастворимой смешанной соли кальция, натрия, калия и магния в Phaeophyceae, бурых морских водорослях.
Альгинаты растворяются в холодной воде и образуют гель в присутствии кальция и кислоты. Однако из-за своей цены они не получили широкого распространения. Альгинат натрия, член этой группы, имеет номер E 401.

Микрокристаллическая целлюлоза (целлюлозный гель) (MCC) (E460): МКЦ эффективно применяется для стабилизации пены и контроля перерасхода пены. Добавление 0,4% и более МКЦ в смесь для мороженого приводит к образованию геля, который сохраняет первоначальную текстуру замороженных десертных продуктов при хранении и реализации за счет повышения их устойчивости к тепловому шоку и сохранения трехфазной системы воздуха-жира-воды в этих продуктах. MCC также позволяет снизить содержание жира и твердых веществ на 2–4% с минимальной потерей текстуры. Как и каррагинан, целлюлозный гель способен предотвращать отделение сыворотки в смесях, тем самым противодействуя дестабилизирующему воздействию некоторых растворимых камедей.

В дополнение к этим вышеупомянутым обычным веществам в качестве стабилизаторов мороженого использовались другие, более местные гидроколлоиды. Салеп, например, получают путем измельчения сушеных клубней диких орхидей и используют в качестве основного ингредиента для производства традиционного мороженого в Иране и Турции. Этот вид мороженого, который в Турции называют кахраманмарас или марас, отличается от обычного мороженого высоким содержанием сахара, натуральным вкусом и липкой липкой консистенцией, особенно из-за добавления салепа. Мороженое типа Марас подается твердым, и во время его употребления следует пользоваться ножом из-за его уникальных текстурных свойств. По сравнению с другими стабилизаторами салеп используется в более высоких концентрациях, обычно 0,78–1%, в рецептуре мороженого. Помимо стабилизирующих свойств, салеп полезен для здоровья. Салеп содержит примерно 11–44% полисахаридов с высоким содержанием полисахаридов (глюкоманнан). Глюкоманнан классифицируется как гидроколлоид; он поглощает 200 мл воды на грамм. По словам Фаршуша и Риази, сорта салепа, выращиваемые в Иране, бывают двух форм: одна с разветвленными или пальчатыми клубнями, а другая - с округлыми или неразветвленными клубнями. Салеп пальчатых клубней (PTS) в концентрациях, аналогичных салепу округлых клубней (RTS), дает растворы с большей псевдопластичностью и более высокой консистенцией. По этой причине БахрамПарвар и др. пришли к выводу, что PTS является лучшим стабилизатором мороженого по сравнению с RTS. Эти авторы использовали этот вид салепа и другую местную иранскую камедь ( камеди из семян Lallemantia royleana ) в сравнении с КМЦ, которая является хорошо известной коммерческой камедью, в рецептуре мороженого. Хотя продукты, приготовленные с использованием только салепа (ПТС), показали различия по сравнению с мороженым, содержащим КМЦ, они были не значительными.

Lallemantia royleana (балангу), является членом семейства Губоцветных и имеет широкое распространение в различных регионах стран Европы и Ближнего Востока, особенно в Иране. Семена балангу являются хорошим источником полисахаридов, клетчатки, масла и белка и обладают некоторыми лечебными, питательными и полезными для здоровья свойствами. При замачивании в воде они быстро адсорбируют воду и образуют липкую, мутную и безвкусную жидкость. По сравнению с КМЦ камедь семян балангу (BSG) не оказывала существенного влияния (P > 0,05) на большинство характеристик мороженого и могла служить подходящим стабилизатором. БахрамПарвар и др. также изучали эффекты разных уровней замещения КМЦ и ПТС на БСГ. Они обнаружили синергетический эффект между CMC и BGS в повышении вязкости смеси для мороженого. Однако в случае БСГ и ПТС такая закономерная тенденция не наблюдалась. Часто разные уровни этой замены (0–100%) улучшали сенсорные характеристики мороженого, хотя большинство различий были незначительными.

Были изучены и другие местные склеивающие вещества. Например, Узома и Ахилигво исследовали влияние водорастворимых камедей, экстрагированных из семян ачи (Brachystegea eurycoma ) и огбоно (Irvingia gabonesis ; обычно встречается в Нигерии), на качественные характеристики мороженого.Ринкон и др. исследовали смесь камедей клубочковой акации , Enterolobium cyclecarpum и Hymenaea courbaril (виды, выращиваемые в Венесуэле) в качестве стабилизаторов при приготовлении мороженого. Определены качественные характеристики продукта (вязкость, вздутие, плавление, коэффициент формы и органолептические свойства) и проведено их сравнение с мороженым, изготовленным из смеси товарных камедей. Смесь венесуэльских гидроколлоидов обеспечивала подходящую вязкость для мороженого с соответствующей взбитостью и текстурой. Он обладал лучшими пенообразующими свойствами и поглощением воздуха, чем протестированные коммерческие стабилизаторы, и имел наивысший балл вкуса, кремовой консистенции, общей приемлемости и самый низкий балл ледяности. На основании этих исследований местные камеди можно успешно использовать при приготовлении мороженого.

Можно сделать вывод, что каждый стабилизатор имеет свои характеристики, и для достижения синергизма в работе и повышения общей эффективности отдельные стабилизаторы обычно смешивают. Например, из-за более высокой растворимости гуаровой смолы по сравнению с камедью рожкового дерева при низких температурах гуаровая камедь чаще используется в системах пастеризации HTST.

Каррагинан представляет собой вторичный гидроколлоид, используемый для предотвращения разделения фаз смеси, а также в целом улучшает стабильность белка при наличии таких негативных воздействий, как сдвиг, низкий pH, изменение солевого баланса и других. Следовательно, он включен в большинство составов смешанных стабилизаторов. Для снижения общей стоимости системы стабилизатора также используются несколько ингредиентов стабилизатора. Например, Гувен и др. произвели мороженое, содержащее четыре различные комбинации LBG, CMC, гуаровой камеди и альгината натрия, а также контрольный образец, использующий только экстракт салепа. Они пришли к выводу, что использование комбинаций подходящих стабилизаторов вместо одного приводит к лучшим результатам.

Когда мороженое имеет форму в виде рожка или на палочке, наибольшее значение для потребителя имеет скорость таяния. Медленное таяние, медленный дренаж сыворотки, хорошее сохранение формы и более медленное разрушение пены — вот некоторые из желаемых важных параметров качества мороженого.

Если продукт тает слишком быстро, может возникнуть неприятная ситуация. Быстроплавкий продукт нежелателен еще и потому, что он легко подвергается тепловому шоку. Однако очень медленная скорость таяния также может указывать на дефектное мороженое.

Когда тепло передается от теплого воздуха, окружающего продукт, к мороженому, растапливаются кристаллы льда. Первоначально лед тает снаружи мороженого, и возникает местный охлаждающий эффект. Вода из тающего льда должна диффундировать в вязкую незамерзшую фазу сыворотки, и этот разбавленный раствор затем течет вниз (под действием силы тяжести) через структурные элементы (дестабилизированные жировые шарики, воздушные ячейки и оставшиеся кристаллы льда) и капает. Было обнаружено, что дестабилизация жира, размер кристаллов льда и коэффициент консистенции смеси для мороженого влияют на скорость таяния мороженого. Эмульгаторы, способствующие дестабилизации и частичному слипанию жировых шариков, значительно снижают скорость плавления мороженого и способствуют сохранению формы.

Как сообщается в многочисленных исследованиях, одной из функций стабилизаторов в мороженом является повышение устойчивости к таянию. Гидроколлоиды, благодаря своей способности удерживать воду и повышать микровязкость, существенно влияют на качество плавления мороженого.

Хотя стабилизаторы выполняют в мороженом очень полезные функции, их чрезмерное использование может создать проблемы. Эти ограничения включают нежелательные характеристики плавления, чрезмерную вязкость смеси и образование тяжелой, сырой массы. Компоненты стабилизатора / эмульгатора также могут придавать неприятный привкус, поскольку они склонны к окислению, если их не хранить в сухой и прохладной среде. Баер, Шаллер-Поволный и Смит отмечают, что мороженое, содержащее гидроксипропилметилцеллюлозу и камеди инулина, является более липким и жевательным, чем другие образцы соответственно.

Поскольку мороженое представляет собой сложную коллоидную систему, при производстве высококачественного мороженого необходимо учитывать множество факторов. Стабилизаторы, несмотря на то, что они используются в очень небольших количествах в мороженом, выполняют одну или несколько из следующих функций: увеличивают вязкость смеси для мороженого, улучшают аэрацию и консистенцию, контролируют таяние и ограничивают рост кристаллов льда во время хранения. Кроме того, стабилизаторы улучшают сенсорные характеристики мороженого, замедляя ледяность, повышая кремообразность и уменьшая водянистость.

Однако многие полисахариды, представляющие коммерческий интерес, несовместимы с молочными белками в растворе, и часто происходит разделение фаз, что приводит к изменению функционального поведения белков и полисахаридов, визуальному отделению прозрачной сыворотки и потере приятного качества продукта.

Несмотря на многочисленные исследования, точный механизм действия стабилизатора в мороженом не ясен. Однако кажется, что действие гидроколлоидов в замороженных десертах можно объяснить не одним конкретным фактором, а несколькими эффектами взаимодействия. Поскольку отдельные стабилизаторы играют определенную роль и редко выполняют все желаемые функции, часто используются синергетические смеси. Часто требуется метод проб и ошибок, чтобы определить правильную комбинацию и концентрацию доступных гидроколлоидов для выполнения функций, желаемых для данной формулы и рыночной ниши.