Стабилизирующее действие на напитки из апельсинового сока

Основано на материале статьи Combinations of hydrocolloids show enhanced stabilizing effects on cloudy orange juice ready-to-drink beverages, Food Hydrocolloids, 2023

Основной проблемой в пищевой промышленности является сохранение мутности фруктовых соков в течение длительного времени хранения. Стабилизация мутных напитков на основе цитрусовых необходима для сенсорного и потребительского восприятия, поскольку осаждение мякоти в бутилированных напитках считается дефектом качества. Особенностью готовых к употреблению негазированных напитков является то, что разбавление происходит на предприятии-производителе, а не у потребителя, при этом их рецептуры аналогичны рецептурам разбавляемых напитков. Осветление напитков из апельсинового сока, как принято считать, зависит от действия фермента пектин-метилэстеразы (ПМЭ). ПМЭ естественным образом присутствует в цитрусовых соках и вызывает потерю мутности при хранении путем блочной деэтерификации метоксилированного пектина. Пектин, анионный полисахарид в клеточной стенке фруктов, состоит из α-(1-4)-связанных единиц D-галактуроновой кислоты.

Традиционно для ингибирования ПМЭ используется повышенная температура

пастеризации, однако чрезмерный нагрев негативно влияет на вкус и цвет апельсинового сока. Другие методы лечения, такие как динамическая гомогенизация под высоким давлением также применяется в соковой промышленности. Гомогенизация является ведущим процессом, используемым в промышленности для уменьшения размера частиц жидкостей и получения эмульсий. Она также влияет на структуру пектина во фруктовых соках и уменьшает его деэтерификацию, что приводит к увеличению срока хранения. Другой подход к улучшению долгосрочной стабильности готовых к употреблению напитков - применение гидрофильных коллоидов (гидроколлоидов или пищевых камедей). Гидроколлоиды – это полисахариды, используемые в пищевой промышленности благодаря своей водоудерживающей способности и способности изменять реологические свойства растворов. Они применяются в таких продуктах питания, как соусы, мороженое. Гуаровая камедь представляет собой галактоманнан, состоящий из цепи β-1,4-связанных единиц D-маннозы и α-1,6-связанных единиц D-галактозы. Соотношение между единицами галактозы и маннозы составляет 1:2 и является определяющим для реологических свойств растворов камеди. Растворы гуаровой камеди демонстрируют сдвигово-разжижающее, неньютоновское поведение, при котором вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига. Гуаровая камедь растворима при холодной и горячей температуре. Хотя существует широкий спектр гидроколлоидов, но мы сосредоточимся на пектине и гуаровой камеди, поскольку они широко используются в индустрии напитков в качестве добавок. Эти стабилизаторы создают положительный общественный имидж благодаря своему естественному происхождению и поэтому подходят для "чистой маркировки". Из-за разного состава высокометоксильный пектин и гуаровая камедь стабилизируют напитки по разным механизмам. В то время как пектин может быть частично отрицательно заряжен в водных растворах, гуаровая камедь считается неионной в напитках. Некоторые гидроколлоиды заряжены отрицательно, например, пектин или карбоксиметилцеллюлоза, что приводит к стабилизации частиц сока за счет увеличения межчастичных сил отталкивания, поскольку частицы сока также имеют отрицательный электрический заряд. Поверхностный заряд или дзета-потенциал гидроколлоидов определяет их стабилизирующую функцию. Чем больше дзета-потенциал (положительный или отрицательных) частиц, тем сильнее они будут отталкиваться друг от друга внутри дисперсии. Как правило, дисперсии с потенциалами, превышающими +30 или -30 мВ, считаются стабильными.

Другим механизмом стабилизации является стерическое или полимерное отталкивание - явление, возникающее, когда гуаровая камедь образуют слой вокруг частиц сока и удерживают их.

Подготовка пробы

Для приготовления основы для напитков концентрат апельсинового сока смешивали с водой и 10% раствором бензоата натрия и помещали на магнитную мешалку при комнатной температуре на 15 мин. Стабилизаторы или негазированную воду для заготовок добавляли при непрерывном перемешивании в течение 30 с при уровне 4,5 с помощью диспергатора Turrax. После добавления аскорбиновой кислоты и лимонной кислоты основы пастеризовали в течение 20 мин на водяной бане. Затем их охлаждали до комнатной температура и гомогенизировали в две стадии при 20 и 180 бар. 

Различные рецептуры напитков готовых к употреблению

Стабильность мутности готовых к употреблению напитков

В напитках готовых для употребления на основе с содержанием стабилизатора 2 г на кг основы можно было определить меньшую потерю мутности по сравнению с пустым образцом. Однако нежелательное осветление все еще имело место. Увеличение количества стабилизаторов до 10 г на кг основы оказало положительное влияние на стабильность мутности напитков готовых к употреблению. С другой стороны, объем осадка также увеличился и привел к появлению видимого осадка на дне бутылки. При добавлении 5 г стабилизаторов на кг основы процесс осветления затягивался, а разница в мутности между верхней и нижней позицией снижалась до минимума. Мутность напитков готовых к употреблению, стабилизированных гидроколлоидами, была значительно выше, чем у пустых. На рис. 1 показано, что комбинация пектина и гуаровой камеди имела наибольшее количество стабилизирующее влияние на помутнение напитков готовых к употреблению по сравнению с другими образцами. Когда пектин был объединен с камедью рожкового дерева, мутность также была стабильной, однако, в конце времени хранения, ниже, чем в комбинации с гуаровой камедью. Комбинация гуаровой камеди и камеди рожкового дерева привела к более высокому количеству седиментации и нестационарному состоянию. осветление сверху вниз (рис. 1 C) по сравнению с другими стабилизаторами. Добавление апельсинового масла привело к значительному увеличению мутности. Хотя вначале мутность была высокой, в течение 5 недель произошло быстрое осветление, особенно в рецептурах с гуаровой камедью и камедью рожкового дерева. Это соответствует поведению седиментации готового к употреблению напитка, стабилизированного гуаровой камедью и камедью рожкового дерева, где он показал самые высокие объемы седиментации.  

Когда 2 г стабилизаторов были добавлены к основам из концентрированного апельсинового сока с низким содержанием мякоти 1%, 59,0-61,0 °Брикс и рН 3,0-3,6, пектин обеспечил самый высокий эффект стабилизации мутности для готовых к употреблению напитков, за ним следовали гуаровая камедь, камедь рожкового дерева и пустой продукт. В тесте Имхоффа, 2 г пектина также показали более низкий объем седиментации чем гуаровая камедь и камедь рожкового дерева, что говорит о том, что пектин подходит для стабилизации напитков из концентрированного апельсинового сока с низким содержанием мякоти 1%, 59,0-61,0 °Брикс и рН 3,0-3,6. Отрицательно заряженные частицы пектина могут удерживать частицы сока во взвешенном состоянии за счет электростатического отталкивания. Этот эффект может быть подтвержден увеличением абсолютного значения отрицательного дзета-потенциала после добавления пектина, хотя статистически это не подтверждается. Пектин в сочетании с гуаровой камедью показал более низкий уровень мутности, чем только пектин, в то время как в сочетании с камедью рожкового дерева был достигнут более высокий уровень.

Рис. 1. Стабильность мутности напитков готовых к употреблению, хранившихся в течение 35 дней при комнатной температуре в ПЭТ-бутылках объемом 1 л; А: 2,5 г пектина+2,5 г гуаровая камедь на кг основы; В: пустой; С: 2,5 г гуаровой камеди+2,5 г камеди рожкового дерева на кг основы; пунктирная линия показывает мутность в NTU (нефелометрические единицы мутности) на 100 мл и сплошная линия на 800 мл бутылки. 

Осаждение частиц внутри напитков готовых к употреблению

Добавление 2 г стабилизаторов к основам приводит к снижению седиментации. (рис. 2 А) Тем не менее, между стабилизаторами не было обнаружено существенных различий. Увеличение количества пектина до 5 г или 10 г на кг основы привело к увеличению количества осадка в Имхоффа по сравнению с гуаровой камедью и камедью рожкового дерева, что говорит о том, что дозировка пектина не должна превышать 2 или 2,5 г на кг основы (рис. 2 В и С). Напротив, напитки с гуаровой камедью и камедью рожкового дерева показали одинаково низкие объемы седиментации по сравнению с холостой.

Рис. 2. Осаждение в напитках готовых к употреблению, хранившихся в течение 35 дней при комнатной температуре в колбочках Имхофф объемом 1 л; А: 2 г стабилизатора на кг основы, В: 5 г стабилизатора на кг основы, С: 10 г стабилизатора на кг основы, D: комбинации 2,5 г + 2,5 г стабилизаторов, Е: комбинации 2,5 г + 2,5 г стабилизаторов + 3 г апельсиновое масло.

Pectin – пектин

LBG – камедь рожкового дерева

GG & LBG – гуаровая камедь и камедь рожкового дерева

Blank – пустой (без добавления стабилизатора)

Когда стабилизаторы были объединены в соотношении концентраций 2,5:2,5 г/кг наименьшее количество седиментации было достигнуто пектином и гуаровой камедью, за которым следовали пектин и камедь рожкового дерева, а также гуаровой камедью и камедью рожкового дерева. Однако, только разница между комбинацией пектином и гуаровой камедью, а также гуаровой камедью и камедью рожкового дерева была значительной. Можно сделать вывод, что пектин может либо использоваться с гуаровой камедью или камедью рожкового дерева для уменьшения осадка напитка. Все комбинации показали значительно более низкую седиментацию, чем пустая.

Добавление к основам напитков только увеличило осаждение для заготовки и комбинации гуаровой камеди или камеди рожкового дерева (рис. 2 Е). Это можно объяснить тем, что пектин может стабилизировать частицы сока за счет электростатического отталкивания, а поскольку апельсиновое масло также отрицательно заряжено, оно может удерживаться во взвешенном состоянии в присутствии пектина.