|
Для
улучшения консистенции КМН (в основном йогурта) и повышения их стойкости в хранении
часто используют стабилизирующие добавки (гидроколлоиды)
растительного и животного происхождения.
Основной стандарт идентификации сквашенного молока 163:1992 ММФ допускает
в качестве необязательных применение следующих веществ, изменяющих структуру
кисломолочных продуктов: агар-агара, каррагинана, гуаровой смолы, камеди рожкового дерева - не более 5 г/кг, натрийкарбоксиме-тил-иеллюлозы (одну или в комбинации),
натриевых, калиевых или кальциевых альгинатов, ксантановой смолы, модифицированных крахмалов, разрешенных Codex Alimentarius
(т. XI), - не более 10
г/кг, желатина, пектина, крахмалов нативных (в
необходимых количествах).
Комиссия
по Codex Alimentarius выделяет следующие функциональные
классы пищевых добавок подобного рода: гелеобразователи
(gelling agent)
- текстурируют пишу путем образования геля; стабилизаторы
(stabilizer) -
позволяют сохранить однородную смесь (связующие, влагоудерживаюшие
вещества, уплотнители, стабилизаторы пены); загустители (thickener) - повышают вязкость пищевых веществ
(загустители, текстураторы); поверхностно-активные вещества
(ПАВ), в частности эмульгаторы и пенообразователи.
Загустители
образуют с водой высоковязкие растворы, студне-, гелеобразователи - гели. При этом одни и те же вещества
могут выполнять роль как загустителя, так и геле- или студнеобразователя, в зависимости от концентрации или
других факторов.
В
химическом отношении стабилизаторы представляют собой полисахариды или белки
(желатин). По происхождению различают натуральные гидроколлоиды
животного (желатин) и растительного происхождения (пектин, альганаты,
агар и агароиды, каррагинан, камеди, нативные
крахмалы и т.д.) и получаемые искусственно, в том числе из природных объектов (гидроксиметилцеллюлоза, натрийкарбоксиметилиеллюлоза,
микрокристаллическая целлюлоза, модифицированные крахмалы).
Вещества
природного происхождения, являющиеся, как правило, пищевыми компонентами или полученные
из растений, употребляемых в пищу, относительно безвредны для человека. Они
имеют различную пищевую ценность. Так, желатин, нативные
крахмалы обладают значительной пищевой ценностью и полностью усваиваются организмом,
пектин - примерно только на 12 %. Пектин,
агар, альгинаты, каррагинан, некоторые камеди, метил-целлюлоза
с гигиенической точки зрения абсолютно безвредны как практически неметаболизируемые вещества, полностью выводящиеся из
организма. Пектин и альгинат применяют в продуктах функционального
назначения в качестве лечебно-профилактических добавок.
Вещества,
получаемые искусственно, как правило, имеют ограничения к применению. Так,
среди модифицированных крахмалов, Комитет экспертов по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ
рекомендовал применять только ферментно обработанные
крахмалы. К другим видам химически обработанных крахмалов должны предъявляться
более высокие в гигиеническом аспекте требования и проявляться повышенная
осторожность в отношении их выбора и концентрации. Отмечено, что некоторые
модифицированные крахмалы (картофельный желируюший
марки Б, кукурузный фосфатный) вызывают снижение пищевой
ценности продукта по сравнению с натуральными. В нашей стране разрешено использование
только окисленного и диальдегидного модифицированного
крахмала.
Для
улучшения и стабилизации консистенции КМН применяют как отдельные гидроколлоиды, так и их смеси. При использовании смесей
некоторых гидроколлоидов, проявляющих различные функциональные
свойства, отмечается синергизм их действия. Применение отдельных стабилизаторов
имеет свои недостатки. Это могут быть, например, реакции, вызывающие выпадение
в осадок белков. Использование уравновешенных смесей позволяет избежать отрицательных
Эффектов. В последнее время раз-личными фирмами
разработано большое количество стабилизаторов и стабилизирующих систем, представляющих
собой специально подобранные смеси гидроколлоидов и имеющих
законодательное разрешение. При разработке оптимальной стабилизирующей, гелеобразуюшей системы используют методы компьютерного
моделирования, основывающиеся на тщательном реологическом и сенсорном анализе
текстуры. По количеству компонентов стабилизаторы для КМН можно подразделить на
одно-, двух- и многокомпонентные. Все коммерческие стабилизаторы
стандартизируются по желирующей способности в стандартном
молочном геле путем добавления различных сахаров-наполнителей (лактозы, глюкозы,
декстрозы и т.д.), иногда в их состав включаются эмульгирующие
вещества.
Стабилизаторы, применяемые для стабилизации и
улучшения консистенции КМН, относящиеся к гидроколлоидам,
содержат гидрофильные группы, с которыми вступает во взаимодействие вода. У гелеобразователей (пектина, карраганана
и т.д.) возможно обменное взаимодействие с неорганическими ионами, в особенности
с ионами водорода и кальция, с меньшими органическими молекулами, например ионо- или
олигосахаридами и т.п. Например, молекулы низкометоксилированного
пектина взаимодействуют между собой за счет свободных карбоксильных групп,
связываемых Са-ионами в прочный каркас. Такие студни называются
ионносвязанными. Высокометоксилированный
пектин образует студень за счет побочной валентности, т.е. водородных связей
при участии недиссоциированных свободных карбоксильных групп. Эффективная
стабилизация продукта пектином наблюдается при рН
около 4,0. Уменьшение рН на 0,5 приводит к резкому
снижению стабилизирующего эффекта. Пектин, как и каппа-каррагинан,
относится к группе молочно-активных полимеров. Эффект стабилизации проявляется
путем образования дополнительных связей между биополимерами в системе белок - полисахариды,
т.е. желирующий эффект усиливается в результате
дополнительного взаимодействия с молочными белками. Каррагинан
в отличие от пектинов способен образовывать комплексы
с отрицательно заряженными молекулами казеина также в отсутствие ионов кальция.
Пектин и каррагинан проявляют свойства желеобразователей. Каррагинан,
кроме того, является загустителем.
Желатин
применяется как гелеобразователь. Самое важное его функциональное
свойство - образование высокоэластичного термообратимого геля с точкой плавления, находящейся в
пределах уровня температуры тела (менее 37 °С), ниже, чем у пектина, каррагинана, агара, дающих более
хрупкие и менее эластичные гели. Эти свойства позволяют получать продукты с
мягкой текстурой и более полными, выраженными вкусовыми ощущениями вследствие
быстрого проявления аромата и вкуса. Гели желатина формируются за счет связей
различной природы (водородных. гидрофобных,
электростатических). Температура играет важную роль в процессе его гелеобразования.
При колебаниях изменяются число либо природа связей, возникающих при контакте
между частицами. Анализ температур плавления гелей желатина
разных концентрации показал, что в низко-концентрированном геле все большую
роль приобретают гидрофобные взаимодействия и температура, необходимая для его
образования. При этом его прочность возрастает. На температуру плавления и прочность
геля желатина в диапазоне концентраций от 1 до 20 г/100 мл оказывает влияние рН. При отклонении рН в кислую
или щелочную сторону энтальпия гелеобразования несколько выше. По-видимому, для
образования структуры одноименно заряженными макромолекулами необходимо больше энергии
на моль контактов. Исследование развития трехмерной пространственной структуры
гелей желатина по измерению предельного напряжения сдвига показало, что процесс
гелеобразования - кинетический. развивающийся
во времени. Нарастание прочности структуры при разрушении на разных этапах ее формирования
свидетельствует о том, что в образовании гелей желатина участвуют различные связи.
Необратимо разрушающиеся водородные связи возникают только в процессе спиральных
конформаций макромолекул желатина. Эти связи и определяют
в основном прочность 1 %-ного геля желатина. Гидрофобные
взаимодействия тоже вносят свой вклад в структурно-механические свойства геля,
хотя этот вклад в прочность структуры меньше, но он обеспечивает тиксотропность геля. Гели желатина с концентрацией до 3 г/100
мл частично тиксотропны. В них необходимо различать
два типа структур: конденсационные, возникающие при охлаждении горячего раствора
путем образования водородных связей между агрегатами макромолекул, и коагуляционные, возникающие после механического разрушения
первоначальной конденсационной структуры. Образующаяся при восстановлении коагуляционная структура вполне тиксотропна,
т.е. ее прочность обратимо восстанавливается после любого числа последовательных
механических разрушений. Ее прочность обусловливается гидрофобными
взаимодействиями между неполярными участками агрегатов макромолекул. Прочность геля
желатина возрастает прямо пропорционально квадрату его концентрации и обратно пропорционально
температуре. Вязкость увеличивается почти экспоненциально по мере увеличения концентрации
желатина. Такой же характер носит ее изменение по мере снижения температуры.
Камеди
(смолы) при довольно низкой концентрации (0,1- 1 %) образуют в воде вязкие
растворы с псевдопластическим поведением, проявляют
свойства эффективных загустителей и стабилизаторов в многофазных смесях.
Растворы камедей устойчивы к небольшим сдвиговым напряжениям, имеют высокую тиксотропность. Вязкость
растворов при невысоких температурах меняется незначительно. При нагревании от
20 до 40 °С она снижается примерно на 2 %, от 20до 80 °С - на 14 %. Ксантановая
камедь - анионный полимер, не
всегда может быть совместима с катионами. Ксантан
устойчив к действию кислот и щелочей, высоких температур, совместим с другими
загустителями и гелеобразователями и проявляет
синергетический эффект в комбинации с гуаровой
камедью, камедью рожкового дерева, агаром, каррагинаном, карбоксиметилцеллюлозой.
В кислой среде камеди (гелановая, ксантановая)
используют для формирования геля ионы кальция, в результате его прочность
увеличивается. Вязкость растворов повышается с течением времени (до 24 ч), т.е.
происходит набухание. Ее оптимум наблюдается при рН
8,0, при отклонении рН в ту или другую сторону
вязкость снижается.
Альгинаты и агар проявляют похожие
свойства. Кроме загустения и стабилизации обладают
также желируюшей способностью. На реологические
свойства гелей большое влияние оказывают ионы кальция. В сочетании с Са++ они способны образовывать плотное желе при низких
концентрациях. Альгинат кальция обладает мошной
сорбирующей способностью по отношению к солям тяжелых металлов и радионуклидам.
Производные
целлюлозы - загустители, стабилизаторы, эмульгаторы - образуют в воде растворы,
вяз-кость которых зависит от степени полимеризации.
Растворы псевдо-пластичны, тиксотроны,
стабильны в широком диапазоне рН. Их вязкость зависит
от температуры. При нагревании от 20 до 60 °С она уменьшается
в 3-5 раз в зависимости от условий нагревания. Взаимодействуют с белками с
образованием стабильного комплекса при рН от 3,5 до
5,5. При рН ниже 3,5 комплекс нестабилен и осадок разделяется,
выше 6,0 образуется нерастворимый комплекс. Эта реакция зависит от присутствия ионов кальция. Карбоксиметиллеллюлоза,
как и другие камеди, в определенных концентрациях и при нейтральном
рН обратимо реагирует с протеина-ми молока с
отделением сыворотки. Добавление небольшого количества каррагинана
вызывает уменьшение или устранение явления разделения.
Нативные крахмалы в зависимости от вида и степени зрелости
их источника представляют собой линейный полимер глюкозы - амилозу или
разветвленный полимер - амилопектин, или содержат оба типа структур. Кроме
того, в крахмалах картофельных кроме глюкозных остатков есть ортофосфаты, образующие конечные группы молекул. Вязкость и
прочность желе, полученных фракциями с линейной цепью, зависят от молекулярной
массы. Крахмалы с высоким содержанием амилопектина (восковые) образуют не
прочные желе, а мягкие пасты, склонные больше к текучести, чем к разрыву при
приложении растягивающего усилия.
Крахмалы
(окисленные, фосфатные, гидроксипропиловые), модифицированные
в результате разнообразных видов воздействия (физического, химического,
биологического), отличаются по степени гидрофильности,
способности к клейстеризации и студнеобразованию,
образуют клейстеры пониженной вязкости, заданных
структур и свойств. Полученные путем специальной обработки, они приобретают
повышенную студнеобразующую (окисленный крахмал), а также загущающую,
стабилизирующую и эмульгирующую в системах вода-белок,
жир-вода и другие способности. Эта обработка повышает устойчивость этих систем
к изменению кислотности среды, действию высоких температур, перемешиванию и
перекачке. На реологические свойства клейстеров
влияют, кроме вида, дозы крахмала, степень и условия его гидратации (температура,
продолжительность нагревания, сдвиговые нагрузки), рН.
Крахмальные
зерна при нагревании набухают. При обработке конечный продукт должен содержать максимальное
количество неповрежденных, полностью набухших гранул крахмала. Это обеспечивает
оптимальную вязкость, хорошую консистенцию, стабильность в хранении. Гомогенизация
до набухания не приводит к разрушению структуры. При гомогенизации после клейстеризации есть риск разрушения крахмала, поэтому
необходимо использовать высоко-устойчивые модификации. Степень гидратации (разваривания) крахмала повышается с увеличением температуры,
длительности выдержки и усилия сдвига в определенных пределах.
Крахмалы не взаимодействуют с протеинами молока.
В
системах, образованных гидроколлоидами, вода связывается
водородными связями и фиксируется трехмерной сеткой, образующейся в результате
меж- и внутримолекулярных связей между молекулами гидроколлоида
и (или) между молекулами гидроколлоида и белка, что
приводит к изменению текстуры системы. Смеси растворов белков, а также белков и
полисахаридов, каковыми являются стабилизирующие вещества, при переводе их в
гелеобразное состояние образуют смешанные или комплексные гели или и те и
другие. Смешанные гели состоят из раздельных взаимопроникающих непрерывных
сеток. Они образуются, когда между компонентами системы отсутствует
взаимодействие. В этом случае ускорение и углубление процессов
структурообразования происходит в результате действия эффекта исключенного
объема и фактора энергетической несовместимости, благодаря которым раствор
одного гидроколлоида является худшим растворителем
для другого гидроколлоида по сравнению с водой.
Комплексные гели образуются в результате взаимодействия компонентов системы. Термотропные комплексные гели возникают при понижении
температуры, ионотропные - при изменении ионного состава или рН и
взаимодействия с ионами металлов.
Стабилизаторы
используют в производстве кисломолочных напитков, в основном йогурта, для предотвращения
отделения сыворотки, улучшения консистенции и вязкости продукта, когда этого
нельзя достичь применением адекватных технологических и технических средств.
Стабилизаторы
вносят в молоко несколькими путями:
в сухом
виде иди в смеси с другими сухими компонентами при интенсивном перемешивании до
получения однородной суспензии;
в виде
паст после предварительного набухания в небольшом количестве молока или воды;
растворенными в небольшом количестве молока или воды при
оптимальном перемешивании.
Стабилизаторы
могут быть добавлены в холодное или подогретое молоко перед пастеризацией, или в
горячее молоко после пастеризации, или в молочный сгусток после сквашивания. В
первом и третьем случаях стабилизаторы холоднорастворимые
или набухающие должны быть термоустойчивы и не взаимодействовать
с белком, во втором - растворимые при нагревании. Гидроколлоиды,
осаждающие белки
(камедь рожкового дерева, гуаровая
смола, высокометоксилированный пектин, карбоксиметилцеллюлоза и т.д.), добавляют только в сквашенное молоко.
Стабилизаторы
КМН, внесенные в необходимых количествах, как правило, не ухудшают их вкус и не
влияют на процесс сквашивания, поскольку вносятся до
него. В то же время имеется информация, что такие стабилизаторы, как альгинат, каррагинан, камедь
рожкового дерева, карбоксиметилцеллюлоза, агар, пектин, Вт ой или иной степени замедляют нарастание
кислотности. Применение стабилизаторов устраняет необходимость повышения
содержания СОМО в молоке. Они предупреждают агрегацию белка КМН, которая может
происходить при добавлении фруктовых наполнителей, а также при термизации кисломолочного сгустка.
Резюмируя
изложенное, следует отметить, что:
основными факторами, влияющими на консистенцию КМН, являются:
химический состав молока; его тепловая обработка; гомогенизация; свойства
закваски; гидромеханическое воздействие на сгусток при перемешивании,
охлаждении, перекачивании, розливе; применение веществ, улучшающих структуру
готового продукта;
гидроколлоиды,
применяемые для стабилизации КМН, обладают различными функциональными
свойствами. Использование их в смесях друг с другом целесообразно для
расширения спектра функциональных свойств, а также с целью достижения
синергизма их действия, являющегося дозозависимым;
на
эффективность стабилизации консистенции КМН гидроколлоидами
влияют также такие факторы, как состав и содержание сухих веществ молока,
условия структурообразования (продолжительность, температура, рН, сдвиговые нагрузки);
качество
текстуры КМН оценивают различными способами (органолептическими, реологическими,
гистологическими). Для объективной оценки эффективности стабилизации консистенции
КМН гидроколлоидами необходим комплексный подход;
использование
стабилизирующих добавок способствует улучшению стойкости К.МН в хранении, что
позволяет увеличить срок годности последних.
|
