Свойства молочных напитков со вкусом лимона, приготовленных на основе обезжиренного сухого молока

Свойства молочных напитков со вкусом лимона, приготовленных на основе обезжиренного сухого молока

Основано на материале статьи: Physical and sensory properties of lemon-flavored acidic beverages formulated with nonfat dry milk during storage, Journal of Dairy Science, 2022

Обезжиренное сухое молоко может служить источником молочных белков с высокими функциональными и питательными свойствами, такими как высокая эмульгирующая способность, стимулирование мышечного белка, и снижение распространенности метаболических нарушений. Обезжиренное сухое молоко также содержит лактозу и различные минералы, включая кальций, магний и фосфор. Однако применение сухого обезжиренного молока в производстве кислых напитков ограничено из-за высокой мутности и коллоидной мутности и коллоидной нестабильности, вызываемых казеинами в кислых условиях.

Однако очень мало исследований было посвящено стабильности молочных напитков с pH ниже 3,0. В настоящем исследовании впервые были разработаны модельные кислые молочные напитки с pH 2,5 без стабилизаторов, что может иметь важное значение для расширения применения сухого обезжиренного молока в напитках. При pH ниже 3,0, например 2,4, дисперсии сухого обезжиренного молока имели высокую стабильность и низкую мутность после термообработки из-за растворения коллоидного фосфата кальция из мицелл казеина и ослабления гидрофобного взаимодействия между казеинами. Большинство напитков с pH ниже 3,0 имеют фруктовый вкус, например ягоды, киви и особенно цитрусовые. Поэтому в этом исследовании рассматривается модельный состав со вкусом лимона при pH 2,5. 

Производство напитков

Напитки были изготовлены с использованием сухого обезжиренного молока, сахара, кристаллизованного лимона и бензоата натрия в соответствии с составами, указанными в Таблице 1. Сухое обезжиренное молоко изучали при 5% мас./мас., поскольку дисперсии с аналогичной концентрацией сухого обезжиренного молока имели улучшенную стабильность и прозрачность после подкисления до pH от 2,4 до 3,0 и нагревания.

Образцы с более высокой концентрацией сухого обезжиренного молока 7,5% по весу также были приготовлены для изучения влияния повышенного содержания белка на физические и органолептические свойства напитков. Образцы с концентрацией 5% и 7,5% по массе содержали 1,8% и 2,7% белков по массе соответственно, согласно содержанию белка в сухом обезжиренном молоке (36,4%), указанному производителем. Сахар используется для балансировки сладости и кислинки, как в некоторых газированных безалкогольных напитках с pH 2,5.

Сухое обезжиренное молоко гидратировали в деионизированной воде в течение 3 часов с последующим добавлением других ингредиентов. После перемешивания в течение 10-15 минут для гидратации всех ингредиентов pH смесей доводили до 2,5 с помощью лимонной кислоты. Кислые смеси нагревали с помощью пастеризационной установки Microthermics EHVH до 90°C и выдерживали при этой температуре в течение 1 мин. Наконец, напитки горячими разливали в стеклянные бутылки емкостью 245 мл при температуре 85°C и переворачивали на 2 минуты, а затем помещали в ледяную баню для охлаждения до 4°C. Процесс горячего наполнения использовался для предотвращения роста дрожжей и плесени и уменьшения размера частиц дисперсий сухого обезжиренного молока при pH 2,5, что возникало в результате ослабления гидрофобных взаимодействий между молекулами казеина во время нагревания. Напитки изготавливали в трех повторных испытаниях и хранили при комнатной температуре и 4°C для дальнейших анализов.

Летучие соединения и сенсорные ощущения

Термическая обработка не оказала влияния на оцениваемые летучие соединения, за некоторыми исключениями (таблица 2). Содержание цитраля (важного компонента ароматизатора лимона) снизилось после термической обработки. Процесс пастеризации может привести к разрушению некоторых вкусовых соединений или к их улетучиванию. Летучие соединения окисления липидов не увеличивались. Предыдущая работа с жидким молоком или жидким молочным белком продемонстрировала, что термическая обработка может увеличить окисление липидов в системах с нейтральным pH, которые имели более высокие температуры, чем в настоящем. При органолептическом анализе напитки характеризовались интенсивным кисло-сладким вкусом и лимонным вкусом, что и было ожидаемо, поскольку это были кислые напитки с лимонным вкусом (табл. 3). Кроме того, все напитки имели слабую интенсивность мыльного вкуса (табл. 3). Этот вкус был зарегистрирован в кислых напитках из сывороточного белка. Напитки с содержанием 7,5% о имели более слабый аромат и вкус лимона, но более высокий мыльный вкус и терпкость, чем напитки с 5% обезжиренного сухого молока.

  Более высокое содержание твердых веществ в напитке с содержанием 7,5% обезжиренного сухого молока могло быть причиной более низкого сенсорного восприятия аромата и вкуса лимона, а более высокая вязкость напитков с содержанием 7,5% (измеренная инструментально и не учтенная потребителями) также могла быть причиной. Более высокая терпкость связана с повышенным содержанием белка в напитках, прошедших аналогичную термическую обработку. После хранения в холодильнике вкус лимона в обоих напитках уменьшился. Снижение сенсорного восприятия вкуса после хранения в холодильнике ранее было зарегистрировано для белковых напитков со вкусом ванили и может быть связано с потерями летучих соединений в среде хранения или связыванием ароматизаторы к молочным белкам. Потребителями были примерно 64:36 женщин: мужчин, из них 68% в возрасте от 18 до 35 лет и 32% в возрасте от 36 до 65 лет. Внешний вид и аромат лимонных напитков с содержанием 5% обезжиренного сухого молока понравились потребителям.

Напротив, внешний вид лимонного напитка с содержанием 7,5% обезжиренного сухого молока не понравился, возможно, потому, что этот напиток был заметно непрозрачным или заметно более вязким. Напиток с концентрацией 7,5% обезжиренного сухого молока примерно 90% потребителей не понравился за густоту. Напиток с содержанием 5% обезжиренного сухого молока получил нейтральную общую оценку симпатии (5,2 по 9-балльной шкале), тогда как напиток с 7,5% не понравился. Оба напитка не понравились за то, что они были слишком кислыми, имели слишком сильный лимонный вкус и недостаточно сладкие.

Для улучшения восприятия потребителями следует добавлять ароматизаторы и больше подсластителей. Эти напитки были модельными, и их органолептические свойства не были оптимизированы. Текущие результаты дают конкретные рекомендации для будущих исследований.

Стабильность хранения

Микробная стерильность и pH. Через 70 дней ни в одном из кислых напитков не наблюдалось роста микроорганизмов. Отсутствие микробов, вероятно, связано с термической обработкой при розливе, добавлением бензоата натрия и низким pH. Бензоат натрия обладает повышенной антимикробной активностью при более низком pH за счет большего содержания недиссоциированной бензойной кислоты. Все кислые лимонные напитки имели постоянный и стабильный pH около 2,4 в течение 70 дней хранения как при 4°C, так и при комнатной температуре.

Мутность, внешний вид и цвет. Образцы с концентрацией 7,5% обезжиренного сухого молока имели более высокую мутность, чем образцы с концентрацией 5% (рис. 1А), что соответствует внешнему виду (рис. 1В). Мутность кислых напитков была более стабильной при хранении при температуре 4°C, чем при комнатной температуре. При хранении при комнатной температуре мутность увеличивалась с 427 до 853 NTU (нефелометрическая единица мутности) для напитка с 5% обезжиренного сухого молока и с 2663 до 3475 NTU для напитка с 7,5% обезжиренного сухого молока через 70 дней. Мутность всех напитков была ниже, чем у дисперсий с той же концентрацией обезжиренного сухого молока при нейтральном pH. Повышенная мутность при хранении при комнатной температуре может быть результатом агрегации частиц, на что указывает диаметр и морфология.

Размер частиц и дзета-потенциал 

В напитке с 7,5% сухого обезжиренного молока образовывались гели, и частицы не могли диспергироваться; следовательно, размер частиц и дзета-потенциал не определялся. Во время хранения при комнатной температуре распределение частиц напитка с 5% содержанием обезжиренного сухого молока по размерам сместилось в сторону большего диаметра (рис. 2А), что соответствует повышенной мутности (рис. 1В).

Дзета-потенциал напитков был стабильным на уровне около 10,3 мВ в течение 70 дней хранения как при комнатной температуре, так и при 4°C (рис. 2C), что согласуется со стабильностью pH (не показано), которая является доминирующим фактором для дзета-потенциала белков (рис. 2C). Для того же образца напитка кажущаяся вязкость выше при более низкой температуре, а более высокая вязкость могла предотвратить агрегацию казеина при 4°C, но не при комнатной температуре. Ранее также обсуждалось, что электростатическое отталкивание может предотвратить агрегацию коллоидных частиц с образованием фрактальных кластеров ниже критической температуры. Однако диаметр частиц был стабильным при хранении при температуре 4°C (рис. 2B). Следовательно, агрегация белков происходила в напитках при хранении при комнатной температуре, а не при 4°С.

Реологические свойства

На вязкость напитков с 5% сухого обезжиренного молока влияла температура хранения, и она была более стабильной при хранении при 4°C. В течение 70 дней хранения при 4°С не наблюдалось значительного увеличения вязкости при измерении при 21 и 37 °С, но наблюдалось увеличение вязкости при измерении при 4°С. Напротив, вязкость увеличилась примерно в 3 раза после 70-дневного хранения при комнатной температуре, независимо от температуры измерения. Более низкая и более стабильная вязкость образцов при хранении при температуре 4 °C, чем при комнатной температуре, может быть важна для органолептических свойств напитков. Вязкость напитка с концентрацией 7,5% сухого обезжиренного молока не была стабильной при измерении с использованием вискозиметра Vibro из-за гелеобразования, поэтому ее изучали с помощью линейного изменения скорости сдвига и анализировали с помощью степенной модели. В степенной модели n предоставляет информацию о механической стабильности при скорости сдвига, а меньшее значение n означает более высокую скорость разрушения, тогда как K измеряет «последовательность» образцов. Диапазон n составлял от 0,22 до 0,44, показывая, что образцы с сухим обезжиренным молоком, хранившиеся как при 4 °C, так и при комнатной температуре, были псевдопластичными (утончающемся при сдвиге) материалами.

Продолжительность хранения и температура измерений не привели к существенным изменениям n. K был выше при измерении при 4°C, чем при 21°C или 37°C, независимо от температуры хранения, что согласовывалось с результатами, измеренными с использованием вибровискозиметра для напитка с 5% содержанием сухого обезжиренного молока, и ожидалось из-за благоприятного образования водородных связей при пониженной температуре. Постепенное увеличение  наблюдалось при увеличении времени хранения, особенно для образцов, хранившихся при комнатной температуре и температуре измерения 4°C.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)

Изображения ПЭМ были получены на 14-й и 70-й день хранения. Модельный напиток с 5% сухого обезжиренного молока не показал очевидной агрегации частиц в оба дня во время хранения при 4°C (рис. 3А). Однако во время хранения при комнатной температуре агрегаты наблюдались в оба дня, причем более крупная сетевая структура с формировалась н а 70-й день (рис. 3 B). Обычно более крупная сетка, вызванная ассоциацией белков, приводит к более вязкой дисперсии, что подтверждается повышенной вязкостью напитка с 5% сухого обезжиренного молока, хранящегося при комнатной температуре.

Сеть частиц была более заметна в напитке с 7,5% сухого обезжиренного молока (рис. 3C и D). Плотная сетчатая структура после хранения как при 4°C, так и при комнатной температуре предполагает возникновение обширной агрегации белков, которая была более благоприятной при комнатной температуре, о чем свидетельствуют более крупные агрегаты (рис. 3C по сравнению с рис. 3D). Как концентрация казеина, так и температура хранения имеют положительную корреляцию со скоростью агрегации мицелл казеина.

ВЫВОДЫ

Напиток с 5% сухого обезжиренного молока имел более сильный лимонный аромат, более сильный лимонный вкус и более низкую вязкость, и потребители предпочитали его напитку с 7,5% сухого обезжиренного молока. Из-за того, что эти два вида напитков были слишком кислыми, они получили только нейтральные или более низкие общие оценки симпатии, что можно исправить путем улучшения формулы и соотношения Брикса к кислоте в будущем. В процессе хранения на стабильность физических свойств влияли как концентрация сухого обезжиренного молока, так и температура хранения. При той же концентрации сухого обезжиренного молока температура 4°C была лучше для хранения, демонстрируя более постоянную мутность, цвет, размер частиц, дзета-потенциал и реологические свойства. Кроме того, состав сухого обезжиренного молока с 5% был более стабильным, чем состав сухого обезжиренного молока с 7,5% при той же температуре. Для будущих применений реологические свойства позволяют предположить, что 5%-ный напиток сухого обезжиренного молока может получить дальнейшее развитие, как напитки с низкой вязкостью, тогда как более гелеобразный напиток с содержанием 7,5% сухого обезжиренного молока может найти применение, например, для пожилых пациентов с дисфагией без дополнительных загустителей.