Мороженое на основе сухой сыворотки

Мороженое на основе сухой сыворотки

Сладкая сыворотка – это побочный продукт молочного производства, образующийся при изготовлении сычужных сыров. Этот продукт признан высокопитательным и биологически ценным. Он содержит в основном воду, белки, богатые серосодержащими и незаменимыми аминокислотами с разветвленной цепью, лактозу, витамины, минеральные вещества и жиры. Сывороточные белки составляют не менее 20% белка коровьего молока: 70% — это β-лактоглобулин (β-lg), α-лактоальбумин (α-la) и гликоль-макропептид. Такие субфракции, как лактоферрин, лизоцим и лактопероксидаза, присутствуют в меньших концентрациях.

Липиды, содержащиеся в сладкой сыворотке, составляют две трети от общего содержания липидов и состоит из триглицеридов, остальные – полярные липиды, в основном фосфолипиды. Молочная промышленность все еще пытается найти применение различным видам сыворотки. Потенциально новым питательным продуктом может стать мороженое на основе молочной сыворотки. Сухая сладкая сыворотка уже успешно использовалась в мороженом в низких концентрациях, но использование больших количеств способствовало появлению песчанистости, вероятно, как следствие кристаллизации лактозы.

Мороженое – это замороженный десерт, приготовленный путем замораживания смеси молока, йогурта или фруктов, сахара, стабилизатора и эмульгатора, с яйцами или без них. Типичное мороженое состоит примерно из 30% льда, 50% воздуха, 5% жира и 15% непрерывное фазы, так называемой матрицы (раствор сахара – сукралозы, глюкозы и лактозы). Образование кристаллов льда от 10 до 20 мкм является важным атрибутом для придания продукту желаемой текстуры. Более крупные кристаллы льда, если они присутствуют в достаточном количестве, придают конечному продукту зернистую текстуру. Образование льда ускоряется в первые часы после производства мороженого. В нестабильных температурных условиях или при длительном хранении, особенно при температуре ниже температуры стеклования, может произойти неблагоприятный процесс рекристаллизации. Рекристаллизация – это плавление некоторых мелких кристаллов и рост существующих за счет двух механизмов: коалесценции и миграции.

Коалесценция – это процесс соединения двух или более соседних кристаллов льда в один. Миграция (созревание по Оствальду) состоит из двух стадий: плавления мелких кристаллов и перемещении свободной воды на поверхность более крупных кристаллов. Движущей силой этой миграции является разница парциальных давлений, возникающая на этих поверхностях. Как правило, эти два механизма рекристаллизации происходят одновременно.

Для изменения водосвязывающей способности, скорости замерзания, реологических свойств и роста кристаллов льда обычно используются стабилизаторы. Различные фракции каррагинана широко используются в качестве стабилизаторов молочной продукции. Каппа- и йота-каррагинан по сравнению с остальными фракциями каррагинана наиболее часто используются в производстве мороженого и других десертов. Каппа и йота содержат, соответственно, одну и две сульфатные группы на дисахарид, что придает им разные свойства. Каррагинан каппа вступает в реакцию с ионами калия, образуя хрупкий и твердый гель. Фракция йота образует мягко-эластичный гель, который является результатом взаимодействия с ионами кальция. Каппа-гели демонстрируют стабильность при замораживании и оттаивании и проявляют более заметный стабилизирующий эффект в сочетании с крахмалом. Йота-каррагинан работает более эффективно в сочетании с камедью рожкового дерева и эта комбинация более склонна к синерезису.

Приготовление сывороточного мороженого 

Для каждого экспериментального варианта было приготовлено по 1 л смеси для мороженого из: 42,0% сладкой сухой сыворотки, 8% сухого молока без лактозы, 0,4% сиропа Амаретто, от 49,05% до 49,2% воды, эмульгатора Е471 и 0,23% стабилизирующей смеси – три разных варианта:

re: (контрольный образец) без стабилизаторов

Смесь К: 0,1% камеди рожкового дерева + 0,1% гуаровой камеди + 0,03% каппа-каррагинана

I смесь: 0,1% камеди рожкового дерева + 0,1% гуаровой камеди + 0,03% йота-каррагинана

Физико-химические характеристики мороженого из сыворотки

Плотность смеси для мороженого значительно влияет на соответствующую консистенцию и гладкость конечного продукта. Увеличение плотности смеси мороженого не является желательным фактором, так как может повлиять на неправильный перерасход продукта. Следовательно, перерасход смеси оказывает большое влияние на текстуру мороженого. Слишком высокая плотность смеси может увеличить твердость мороженого и ухудшить его вкусовые качества. Увеличение плотности мороженого способствует уменьшению его аэрации, что повышает его твердость.

Перерасход мороженого варьировался от 11,93% до 15,82%. Тип стабилизатора существенно различался по показателю перерасхода мороженого (р-значение <0,05). Было обнаружено, что перерасход был выше для мороженого с добавлением камеди рожкового дерева, гуаровой камеди и каппа-каррагинана (K mix). Для мороженого без добавок (re) оно было на уровне 12,91%, тогда как для традиционного молочного мороженого без добавок превышение составило около 50%. Удивительно, но наименьшее превышение было отмечено для образца с добавлением йота-каррагинана (I mix). Обычно для молочного мороженого добавление йота-каррагинана приводит к увеличению значения перерасхода, что связано с взаимодействием с молекулой белка. Этот результат может свидетельствовать о том, что сывороточный белок влияет на аэрацию в меньшей степени, чем другие виды молочного белка. С другой стороны, снижение содержания жира в мороженом привело к уменьшению перерасхода.

Вязкость смеси для мороженого оказывает большое влияние на вкусовые качества в целом. Коэффициент консистенции (К) – это параметр, отражающий вязкость мороженого. Значения коэффициента корреляции для адекватной модели варьировались от 0,9996 до 0,9999, что может быть удовлетворительным для анализируемых образцов смеси мороженого. Значения коэффициента консистенции классического молочного мороженого, по данным различных исследователей, в зависимости от степени добавления различных стабилизаторов, находится в диапазоне от 0,05 до 1,3 Па сⁿ. При добавлении 0,5% КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы) вязкость (К) достигало 6,822 Па сⁿ. Наибольшее значение вязкости (К) было отмечено для образца без стабилизаторов (re) и составило 0,0373 Па сⁿ (табл. 2), а с добавлением каппа- и йота-каррагинана – соответственно 0,0013 и 0,0023 Па сⁿ (К mix и I mix). Индекс текучести (n_i) в образцах со стабилизаторами был ниже 1.

Микроскопический анализ структуры

Крупные кристаллы льда оказывают негативное влияние на текстурные свойства продукта. В таблице 3 наглядно показано изменение эквивалентного диаметра кристаллов льда для образцов сывороточного мороженого с добавлением и без добавления камеди рожкового дерева, гуаровой камеди и двух вариантов каррагинана. Для нестабилизированного образца и обеих исследуемых стабилизирующих смесей было обнаружено, что в мороженом без добавок средний диаметр кристаллов сразу после выработки составляет 58 мкм, а для стабилизированных образцов средний диаметр кристаллов льда составил соответственно 27 и 21 МКМ, при добавлении каппа и йота каррагинана. Через месяц хранения в нестабизированном образце кумулятивное распределение составило 35 мкм, а через 3 месяца хранения – 43 мкм. Этот результат ниже, чем у молочного мороженого без стабилизации после одного месяца хранения в аналогичных условиях. Образец без добавок показал самое высокое значение коэффициента консистенции, и этот результат согласуется с теорией о том, что процесс рекристаллизации не связан строго с вязкостью образцов. В данном исследовании большое количество сывороточного белка, присутствующего в составе мороженого, могло повлиять на внешний вид кристаллической структуры. Сыворотка может способствовать уменьшению размера кристаллов льда из-за того, что она вызывает лучшую дисперсию пузырьков воздуха. При увеличении количества сыворотки в мороженом образуются более мелкие кристаллы льда, которые со временем перекристаллизовываются до меньших размеров. Для всех вариантов очевидно, что добавление гидроколлоидов положительно влияет на диаметр кристаллов льда. При анализе диаметра кристаллов льда на уровне 50% кумулятивного распределения образца видно, что для образцов с добавками самые мелкие кристаллы льда образовались в сывороточном мороженом с добавлением йота-каррагинана, а параметр кумулятивного распределения даже после 3 месяцев хранения находился на уровне 23 мкм, в то время как при добавлении каппа-каррагинана – 29 мкм. Это также может быть связано с тем, что данный образец характеризовался наименьшим значением превышения и плавился быстрее, чем два других образца, поскольку пузырьки воздуха создают изолятор, препятствующий более быстрой передаче тепла. Йота-каррагинан с ионами кальция (присутствующими в сыворотке мороженого) демонстрирует необычное тиксотропное поведение и создает более мягкие и эластичные гели, чем солями калия. Кальций – двухвалентный катион, обладающий способностью создавать внутримолекулярные соединения между сульфатными группами аппроксимальной ангидро-D-галактозы и D-галактозы йота-каррагинана. Вероятно, сывороточный белок с комбинацией йота-каррагинана создает благоприятную структуру с лучшей влагоудерживающей способностью, что приводит к созданию лучшей кристаллической структуры. С другой стороны, с увеличением доли сывороточных белков с участием каппа-каррагинана в мороженом эквивалентный диаметр кристаллов льда уменьшается, и после 72 ч хранения средние размеры кристаллов мороженого составляли 71.15, 64.02 и 58.52 мкм для соответственно: 1.0, 3.0, и 5.0% добавления сыворотки. Для всех исследуемых вариантов даже после такого длительного периода, как 3 месяца, параметр кумулятивного распределения не превышал 50 мкм, и этот уровень очень хорошо подходит для мороженого с хорошим качеством и желаемой текстурой. Образцы с добавлением гидроколлоидов показали меньший диаметр кристаллов льда, хотя и более однородную структуру, чем образцы без добавок (рис. 1). Изменения формы кристаллов льда, особенно заметные в образце без добавок, могут свидетельствовать о том, что произошла коалесценция между соседними кристаллами (рис. 1 re). Образцы с добавлением каррагинана (рис. 1: смесь К и смесь I) показали меньший диаметр кристаллов для обеих фракций, однако кристаллы льда в образце с добавлением йота-каррагинана были более регулярными с долей очень мелких круглых и мелких. Можно сделать вывод, что форма кристаллов льда строго зависит от типа добавленных стабилизаторов, а диаметр также зависит от состава мороженого.

Выводы

Мороженое на основе сывороточного белка характеризовалось физико-химическими свойствами и анализом кристаллической структуры льда. Выявлено, что присутствие сыворотки увеличивает плотность и вязкость, а также приводит к превышению объема анализируемого продукта. Исследуемые стабилизирующие смеси также изменяли плотность (больше у образца с добавками), время плавления и величину превышения. Наименьшее значение превышения (11,93%) и, соответственно, наименьшее время плавления (13,4 мин) было зафиксировано при добавлении йота-каррагинана. Неожиданно высокое значение коэффициента консистенции было отмечено для образца без добавок. Влияние стабилизирующих систем на рН исследуемого мороженого не обнаружено.

Наилучшее ингибирование роста кристаллов было обнаружено для стабилизирующей смеси, содержащей йота-каррагинан, для льда составил 28 мкм, в то время как для образца без добавок он был равен 68 мкм. Форма кристаллов льда также зависела от приготовления мороженого на основе сладкой сыворотки возможно с использованием стабилизаторов, применяемых в традиционном производстве мороженого. Органолептическая оценка, а также исследование перекристаллизации лактозы должны стать предметом дальнейших исследований.