с 01.01.2014 по 01.01.2023
Москва, Россия
Москва, Россия
Цель исследования – изучение состояния микроструктуры кисломолочного мороженого с частичной заменой сухого обезжиренного молочного остатка на сухие вещества концентратов и микропартикулятов сывороточных белков, проведенной для повышения биологической ценнос-ти белков. Задачи: изготовление опытных партий исследуемых образцов кисломолочного мороженого и оценка состояния и дисперсности микроструктурных элементов (кристаллов льда, воздушных пузырьков и жировых шариков). Объектами исследования являлось кисломолочное мороженое с массовой долей жира 5 % традиционного состава и с частичной заменой сухих обезжиренных веществ молока (50 %) на сухие вещества сывороточных белков (концентрат и микропартикулят). Образцы кисломолочного мороженого вырабатывались по традиционной схеме с использованием в качестве заквасочных культур Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus. Оценку микроструктурных элементов проводили методом микроскопирования с последующим определением размеров микроструктурных элементов (кристаллы льда, пузырьки воздуха, жировые глобулы). Было отмечено увеличение среднего размера 90 % общего количества пузырьков воздуха на 7–11 мкм в образцах с концентратами и микропартикулятами сывороточных белков. Проведенные исследования позволили установить отсутствие влияния замены части сухого обезжиренного молочного остатка на сухие вещества концентратов и микропартикулятов сывороточных белков на дисперсность (средние размеры и распределение по размерам) кристаллов льда и жировых глобул. Их средние размеры находились в интервале значений 35–36 и 2,3–2,6 мкм, при этом 90 % частиц не превышали размер 55,8–57,8 и 3,08–3,62 мкм соответственно. При использовании белковых концентратов было выявлено увеличение агломерированных частиц жира в исследуемых образцах. Для установления причины этого явления необходимы дальнейшие исследования. Полученные результаты подтверждают возможность применения концентратов и микропартикулятов сывороточных белков в технологии кисломолочного мороженого с целью замены до 50 % сухого обезжиренного молочного остатка.
кисломолочное мороженое, замена сухого обезжиренного молочного остатка, кристаллы льда, пузырьки воздуха, жировые глобулы
Введение. Кисломолочное мороженое, как и все разновидности этого продукта, характеризуется многофазной структурой, формирование которой в процессе производства и сохранение при резервировании является сложной задачей. Кисломолочному мороженому присущи не только свойства мороженого, но и кисломолочных продуктов – наличие молочнокислых микроорганизмов и продуктов, образующихся в процессе сквашивания (молочной кислоты, ферментов, витаминов и др.). Кроме того, структурные изменения белка, происходящие в процессе сквашивания, оказывают дополнительное влияние на состояние структуры мороженого.
Известно, что белок является одним из основных нутриентов пищи. Производство продукции с высоким содержанием белка и использование на пищевые цели белка побочных продуктов молочного производства является актуальной задачей. Помимо биологической ценности, обусловленной аминокислотным составом, белок оказывает воздействие на органолептические, физико-химические и микроструктурные свойства готового мороженого. Содержание белка в 100 г мороженого и замороженных десертов варьируется в диапазоне 1,7–4,7 г [1].
Наиболее распространенным способом повышения содержания белка в таких многокомпонентных продуктах, как мороженое, является дополнительное внесение белковых компонентов. К ним относятся изоляты и концентраты молочных и сывороточных белков, изоляты соевых белков и другие продукты. В технологии мороженого чаще всего применяют концентрат сывороточных белков. Чаще всего его дополнительно используют для восполнения сухого обезжиренного молочного остатка, но встречаются варианты и по замене его на 1–4 % сухих веществ концентратов [2, 3].
К микроструктурным элементам мороженого относятся кристаллы льда, жировые глобулы и пузырьки воздуха. От их состояния зависит качество готового продукта. Содержащиеся белки в мороженом или внесенные дополнительно могут оказать влияние на их размеры за счет своих влагоудерживающих [4], стабилизирующих [5], эмульгирующих [6], пенообразующих и поверхностно-активных свойств [7]. Учитывая, что в кисломолочном мороженом в процессе производства происходит коагуляция белков, их влияние на микроструктуру в этом продукте может отличаться от влияния в традиционных разновидностей мороженого, что может привести к снижению дисперсности структурных элементов и последующему ухудшению органолептических показателей.
Таким образом, исследование влияния микропартикулятов и концентратов сывороточных белков, производимых из побочных продуктов переработки молока и используемых для повышения биологической ценности белков, на состояние микроструктуры кисломолочного мороженого является актуальной задачей.
Цель исследования – изучение состояния микроструктуры кисломолочного мороженого с частичной заменой сухого обезжиренного молочного остатка на сухие вещества концентратов и микропартикулятов сывороточных белков.
Задачи: изготовление опытных партий исследуемых образцов кисломолочного мороженого и оценка состояния и дисперсности микроструктурных элементов (кристаллов льда, воздушных пузырьков и жировых шариков).
Объекты и методы. Объектами исследования являлись образцы кисломолочного мороженого с массовой долей жира 5 % и с частичной заменой сухого обезжиренного молочного остатка (50 %) на сухие вещества – сывороточные белки (концентраты и микропартикуляты).
Анализ микроструктурных элементов проводили с использованием микроскопа CX41RF и термостолика PE 120 согласно методу, описанному в ранней работе [8]. Микрофотографии обрабатывали в ImageScope M. В среде анализа данных Rstudio определяли квантили (D10, D50, D90) и средний размер элементов.
Исследования были проведены в лаборатории технологии мороженого ВНИХИ – филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН.
Результаты и их обсуждение. Изготовление образцов кисломолочного мороженого проводили по стандартной схеме [9] с использованием в качестве заквасочных культур Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus. В составе 1000 г контрольного образца (контроль): масло сливочное (м.д.ж. 82,5 %) – 60,7 г; сухое обезжиренное молоко (СОМО 95 %) – 105,3 г; сахар – 150 г; комплексная стабилизационная система – 6,5 г; вода – 677,5 г. Мороженое характеризовалось химиическим составом: жир – 5 %; СОМО – 10; сахар – 15; сухих веществ стабилизационной системы – 0,63 %. При использовании концентратов сывороточных белков (КСБ) или микропартикулятов сывороточных белков (МПСБ) в образцах их сухие вещества были заменены 50 % сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО).
Средние размеры микроструктурных элементов представлены в таблице.
Средний размер структурных элементов образцов кисломолочного мороженого, мкм
|
Элементы микроструктуры |
Контроль |
КСБ |
МПСБ |
|
Пузырьки воздуха |
27 |
29 |
35 |
|
Кристаллы льда |
35 |
36 |
36 |
|
Жировые глобулы |
2,3 |
2,5 |
2,6 |
Как следует из представленной таблицы, разницы среднего размера кристаллов льда и жировых глобул в образцах с различными белковыми компонентами по сравнению с контролем отмечено не было. Установлено увеличение среднего размера пузырьков воздуха при использовании КСБ и МПСБ.
На рисунке 1 представлено распределение пузырьков воздуха по размерам.
Рис. 1. Распределение пузырьков воздуха с кумулятивной кривой и квантилями образцов
кисломолочного мороженого
Как видно из рисунка 1, использование сухих веществ КСБ вместо 50 % СОМО не оказало существенного влияния на значения D10 и D50. Половина от всего количества пузырьков воздуха характеризовалась размером менее 24 мкм. Использование МПСБ привело к увеличению D10 и D50 на 3 и 8 мкм соответственно. В случае использования белковых компонентов D90 в сравнении с контрольным образцом был увеличен на 7 и 11 мкм. Увеличение размеров пузырьков воздуха в образцах КСБ и МПСБ может быть связано с более низкой стабилизирующей способностью сывороточных белков по сравнению с казеином молока [10].
Распределение кристаллов льда представлено на рисунке 2.
Рис. 2. Распределение кристаллов льда с кумулятивной кривой и квантилями
образцов кисломолочного мороженого
Как следует из рисунка 2, внесение белковых компонентов не оказало влияния на рост кристаллов льда на этапе фризерования и закаливания образцов мороженого. Большинство кристаллов льда (90 %) во всех образцах имели размер не более 57 мкм.
Размеры жировых глобул, как и кристаллов льда, в образцах не имели различий. Их распределение представлено на рисунке 3.
Рис. 3. Распределение жировых глобул с кумулятивной кривой и квантилями образцов
кисломолочного мороженого
Половина глобул жира, как следует из рисунка 4, имели размеры, не превышающие значение 2,3 мкм, что указывает на незначительное количество жировых частиц в агломерированном состоянии, что характерно для продуктов с невысокой массовой долей жира (менее 6 %). Однако наиболее крупные их агломераты после фризерования образовывались при использовании МПСБ.
Рис. 4. Микрофотографии жировой фазы исследуемых образцов
Большее количество агломератов в образцах с КСБ и МПСБ в сравнение с контролем, вероятно, связано со снижением прочности оболочки на жировых шариках при совместном использовании белков СОМО и сывороточных. Что нуждается в дальнейшем изучении. Менее стабильная оболочка в большей степени подвергается повреждению при сильном механическом воздействии на этапе фризерования, что приводит к частичному деэмульгированию жировых частиц и дальнейшей их агломерации.
Заключение. Изучено состояние микроструктуры кисломолочного мороженого при частичной замене СОМО на сухие вещества КСБ и МПСБ. Установлено, что замена СОМО на сухие вещества КСБ и МПСБ приводит к увеличению размеров пузырьков воздуха и не оказывает влияния на дисперсность (средний диаметр и распределение по размерам) кристаллов льда и жировых глобул. Использование белковых компонентов ведет к увеличению количества агломерированного жира после фризерования. Результаты исследований показали на возможность замены 50 % СОМО в кисломолочном мороженом на такое же количество сухих веществ КСБ и МПСБ.
1. Dynamic Concerns of Protein Ice-Cream: An Analysis / B. Shafique [et al.] // Acta Scientifci Nutritional Health. 2019. Vol. 3, № 11. P. 73–78. DOI:https://doi.org/10.31080/asnh.2019.03.0490.
2. Danesh E., Goudarzi M., Jooyandeh H. Short communication: Effect of whey protein addition and transglutaminase treatment on the physical and sensory properties of reduced-fat ice cream // Journal of dairy science. 2017. Vol. 100, № 7. P. 5206–5211. DOI:https://doi.org/10.3168/jds. 2016-12537.
3. Effect of Incorporating Whey Protein Concentrate on Chemical, Rheological and Textural Properties of Ice Cream / M. El-Zeini Hoda [et al.] // Journal of Food Processing & Technology. 2016. Vol. 7, № 2. DOI:https://doi.org/10.4172/2157-7110.1000546.
4. Singh H. Functional Properties of Milk Proteins // Reference Module in Food Science. 2016. DOI:https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100596-5.00934-3.
5. Akalın A.S., Karagözlü C., Ünal G. Rheological properties of reduced-fat and low-fat ice cream containing whey protein isolate and inulin // European Food Research and Technology. 2008. 227. P. 889–895. DOI:https://doi.org/10.1007/S00217-007-0800-Z
6. Dissanayake M., Vasiljevic T. Functional pro-perties of whey proteins affected by heat treatment and hydrodynamic high-pressure shearing // Journal of dairy science. 2009. Vol. 92, № 4. P. 1387–1397. DOI:https://doi.org/10.3168/jds. 2008-1791
7. Whitnah C.H. The Surface Tension of Milk. A Review // Journal of Dairy Science. 1959. 42. P. 1437–1449. DOI:https://doi.org/10.3168/JDS.S0022-0302 (59)90760-X.
8. Effect of Protein Concentrates and Isolates on the Rheological, Structural, Thermal and Sensory Properties of Ice Cream / A.A. Tvorogova [et al.] // Current Research in Nutrition and Food Science. 2023. Vol. 11, № 1. P. 294–306. DOIhttps://doi.org/10.12944/CRNFSJ.11.1.22
9. Goff H.D., Hartel R.W. Ice Cream. Boston MA: Springer, 2013. 462 p.
10. Physico-chemical factors controlling the foamability and foam stability of milk proteins: Sodium caseinate and whey protein concentrates / K.G. Marinova [et al.] // Food Hydrocolloids. 2009. 23. P. 1864–1876. DOI: 10.1016/ J.FOODHYD.2009.03.003.
