Использование молочной сыворотки для создания в креме эмульсионно-пенной структуры Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

кондитерс кая индустрия

УДК 664.68

В.А. Васькина, д.т.н., профессор, А.А. Двоеглазова, магистр

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств»

использование молочной сыворотки для создания в креме эмульсионно-пенной структуры

Создание нового поколения кондитерских изделий с повышенной пищевой ценностью и доступной стоимостью, с низкой калорийностью, традиционно любимыми вкусом и ароматом для широких слоев населения является актуальной задачей. Важным в этом контексте является растущий спрос на торты и пирожные, для прослойки и украшения которых, как и для кексов, эклеров и профитролей, применяют масляные кремы. Основными компонентами рецептуры масляного крема являются сахар, молоко, яйцо и сливочное масло. Наличие в рецептуре крема большого количества яичных и молочных продуктов, которые обладают превосходными пенообразующими и эмульгирующими свойствами [1], обеспечивают создание в креме эмульсионно-пенной структуры [2]. Основным недостатком яичных продуктов является их низкая термостойкость при технологической обработке и высокая стоимость, которая включает затраты на производство, санитарную обработку и сушку. Кроме того, производство яичных продуктов оказывает значительное воздействие на окружающую среду. Поэтому переход с яичного белка на подходящий заменитель может оказаться полезным, как с экономической, так и экологической точек зрения. В зарубежных и наших работах изучалась возможность взамен яичного белка использовать в качестве пенообразователя казеинат натрия [3], белково-сывороточный концентрат [4], гидролизат клейковинного белка [5, 6], молочную сыворотку [7].

Молочная сыворотка является побочным продуктом промышленной переработки молока при получении сыра, творога или пищевого и технического казеина. Молочная сыворотка обладает хорошей растворимостью в водных системах, что позволяет использовать ее для стабилизации пены и эмульсий [8].

Кремы, по существу, производятся из уваренного сахаро-молочно-яичного сиропа путем сбивания его до пенной массы, в которую постепенно добавляют пластифицированное сливочное масло. При термообработке сахаро-молочно-яичного сиропа происходит частичная деградация яичного белка, что приводит к слабому развитию пенной

структуры крема, снижению его качества и увеличению плотности. В этой работе нас интересовал вопрос, может ли молочная сыворотка служить функциональной альтернативой яичным белкам? Важнейшая цель настоящего исследования состояла в обосновании использования молочной сыворотки в качестве пено-образующего и эмульгирующего агентов в производстве крема. Для повышения устойчивости пены в раствор молочной сыворотки вводили полисахариды: агар, кар-боксиметилцеллюлозу (КМЦ), пектин. Качество крема оценивали по физико-химическим и органолеп-тическим показателям, а также по его структуре, выявляемой на то-

мографе [9]. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Изучить влияние полисахаридов и их смесей на пенообра-зующую способность молочной сыворотки.

2. Исследовать влияние белок-полисахаридных смесей на качество и структуру отделочного крема.

На первом этапе готовили растворы молочной сыворотки концентрацией 12% [7]. Эта концентрация оказалась наиболее оптимальной с точки зрения пено-образующих свойств, которые в дальнейшем принимались за контроль. Следует отметить, что пенная масса из раствора молочной

№2 май 2019

Пищевая Индустрия

сыворотки отличается крупными пузырьками воздуха и низкой стойкостью. Для повышения устойчивости пены в раствор молочной сыворотки вводили полисахариды: A - агар, B - карбоксиметилцеллю-лоза (КМЦ), C - пектин, а также их бинарные и тройные смеси.

В раствор молочной сыворотки добавляли полисахариды, и смесь выдерживали в течение 40 минут при температуре 60°C для набухания биополимеров. Затем определяли кратность пены раствора с добавлением полисахаридов A, B, C. Под кратностью пены понимается функция Y(t, sA, sB, sC), определяющая относительное изменение объема пены от продолжительности взбивания t; sA, sB, sC - массовые доли полисахаридов A, B и C, соответственно. Важнейшими характеристиками изучаемой функции Y(t, sA, sB, sC) являются ее максимальное значение Y=Y (s.,

max A

sB, sC) и время сбивания t=t*(sA, sB, sC), за которое функция Y достигает своего максимума. Математически это записывается следующим образом Y{t*, sA, sB, So) = Ymax{sA, sB, So). (1)

Величину Ymax, параметрически зависящую от типа основы и массовых долей полисахаридов, мы называем пенообразующей способностью. Для каждого данного полисахарида условимся называть оптимальными те его растворы с молочной сывороткой, которые приводят к максимальному значению Y .

max

Изучено влияние добавления каждого из полисахаридов в отдельности на пенообразующую способность растворов молочной сыворотки. Результаты экспериментов представлены на рис. 1.

Из рисунка 1 видно, что пе-нообразующая способность молочной сыворотки составила Ymax(0, 0, 0)=250%. Введение в раствор молочной сыворотки как агара, так и КМЦ повышает пенообра-зующую способность доYmax(sA,0, 0)= = Y (0, s_, 0)=300%. Отмеченное

maxy ' B' '

значение Ymax достигается при сбивании раствора с агаром в течение t*(sA, 0, 0)=2 мин, а с КМЦ t*(0, sB, 0)= 7 мин. Добавка пектина снижает пенообразующую способность до

Утах(0, 0, бс)«190%, при этом (*(0, 0, бс)=2 мин.

Далее определяется У(1 $д, бв, бс) для раствора белок-полисаха-ридной смеси (БПС) с двумя полисахаридами. Из трёх отдельных полисахаридов изучаются двойные смеси: А+В; А+С; С+В. Для получения раствора БПС с двумя полисахаридами бралисьоптимальные растворы с каждым из них и смешивались в одинаковой пропорции. В частности выявилось, что в растворах БПС, содержащих смеси Д+В, наблюдается синергети-ческий эффект У (б., 0)^500%

~ ~ тах4 Д В' '

для этого раствора превышает соответствующую величину для БПС с каждым отдельным полисахаридом, входящим в смесь.

Были выполнены исследования влияния на пенообразование добавления к раствору молочной сыворотки тройной смеси полисахаридов А+В+C. Раствор БПС с тройной смесью готовился смешением в равных пропорциях 3-х оптимальных растворов с каждым из полисахаридов по отдельности. В случае тройной смеси полисахаридов график кратности пены показаны на рис. 2. Можно отметить, что значение Y(t, sA, sB, sC)=300% достигается при t=2 мин и остается постоянным (Y=Y ) на всем

max

периоде сбивания, что свидетельствует о стойкости пены со смесью A+C+В, при этом пенная масса отличается мелкой дисперсностью пузырьков воздуха.

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Время сбивания,мин

Рисунок 1. Кратность пены / растворов молочной сыворотки без добавок (1) и с добавками отдельных полисахаридов: пектина (2), КМЦ (3), агара (4).

350

300

250

200

(3 о х н

ш

а ^

150

100

50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Время сбивания,мин

Рисунок 2. Кратность пены / раствора молочной сыворотки без добавок (1) и с добавкой тройной смеси полисахаридов -(агар+КМЦ+пектин) (2).

0

кондитерская индустрия

Рисунок 3. Контурные кривые поверхности отклика пенообразующей способности Утах (слева) и продолжительности сбивания Г* (справа) растворов молочной сыворотки с добавкой тройной смеси полисахаридов - (Агар+КМЦ+Пектин)

Таблица 1. Оценка качества крема по традиционной и новой

технологии

Виды технологий Показатели качества крема

Влажность, % Плотность, кг/м3 Оценка, баллы

Традиционная 25,0±0,5 900±25 24,75

Новая 27,5±0,4 810±23 26,50

Кривые Y(t, sA, sB, sC) на рис. 2 и аналогичные кривые для БПС с одним или двумя полисахаридами не могут дать единственным образом интерпретируемую информацию о влиянии того или иного полисахарида или их комбинаций. Для получения более полного представления о взаимосвязи между составом и свойствами БПС удобно использовать графоаналитический метод, технические особенности применения которого неоднократно нами описывались [2, 7, 11]. Не повторяя подобных описаний в настоящей работе, проиллюстрируем лишь сущность метода на примере величины Ymax(t, sA, sB, sC), рассматриваемой как функция своих аргументов, на которые наложена связь sA+sB+sC=1. Эта связь позволяет рассматривать Ymax как функцию 2-х аргументов, например, sc и sB, что дает возможность наглядно представлять результаты. Пусть величина Y экс-

7 ' max

периментально измерена для N различных пар {s, s}, /=1,...,N (scw+sB(0<1). Тогда эту величину можно эффективно проинтер-полировать на всем допустимом диапазоне изменения аргументов, если представить ее полиномом от двух переменных Z(sc, sB), а число n неизвестных коэффициентов K, j=1,...,n при линейно независимых слагаемых не превышает N, т.е. n<N. Приравнивая значения полинома Z известным

значениям Y в точках измере-

max

ния {s, s}, i=1,...,N, получаем систему N линейных уравнений

относительно n неизвестных K.

i

Решая систему любым корректным методом, в полном виде определяем полином Z(sc, sB), интерполирующий искомую функцию

Ymax(sC SB, 1"sc"sB) - поверхность отклика пенообразующей способности на изменение долей полисахаридов. Такие поверхности представляют практический интерес для технологов при прогнозировании пенообразующей способности молочной сыворотки со смесью полисахаридов в любых их соотношениях.

Из описанных выше экспериментов по определения Y ,впол-

max

не очевидно, что в настоящей работе для раствора 6nc с тройной смесью полисахаридов А+В+C число замеров Y равнялось 7,

max

т.е. N=7. Действительно, имеем 3 замера оптимального значения Ymax для каждого полисахарида в отдельности, 3 замера для двойных смесей полисахаридов и 1 замер для тройной смеси. В соответствии с симплекс-решетчатым планом третьего порядка в качестве Z выбирался неполный кубический полином с числом n неизвестных коэффициентов K, равным 7, т.е. n=N. Построенные в изолиниях поверхности отклика Ymax для раствора 6nc с тройной смесью полисахаридов A+B+C показаны на рис. 3. Полученная поверхность отклика пенообразующей способности

Утах($к, зв, Бс) приближенно аппроксимируется цилиндрической поверхностью с образующей, которая параллельна медиане, опущенной из вершины КМЦ (рис. 3, слева). Медиана рассекает треугольник от середины горизонтального катета (что соответствует двойной смеси агар+пектин) через центр (соответствующий тройной смеси агар+КМЦ+пектин) к вершине КМЦ (Утах=300%), Увеличение доли КМЦ в смеси полисахаридов, состоящей из агар+пектин в равных количествах, не оказывает влияния на пенообразующую способность. Доминирующее влияние на У оказывает агар, кото-

тах 1

рый в смеси с КМЦ проявляет си-нергетический эффект (Утах=500%), а в смеси с пектином подавляет его отрицательное влияние на пено-образование. Поверхность отклика продолжительности сбивания Т*($А, бв, Бс) (рис. 3, справа), характеризуется поверхностью с различным поведением по разные стороны от медианы, опущенной из вершины агар на гипотенузу, которая соответствует двойной смеси из КМЦ+пектин. Увеличение доли КМЦ приводит к увеличению Т*, а увеличение доли пектина - к снижению Т* с образованием минимума при 5Д=0.2, $в=0.2, $с=0.6.

Контрольный крем готовили по традиционной рецептуре. В крем по новой технологии взамен яичного белка вводили раствор молочной сыворотки со смесью полисахаридов (агар+КМЦ+пектин). Качество крема оценивали по влажности, плотности и по органолептиче-ским показателям. Оценка качества крема представлена в таблице 1.

Можно сделать вывод (табл. 1), что наилучшими показателями качества обладает крем, приготовленный по новой технологии с применением молочной сыворотки взамен белков яйца, при этом влажность составила 27,5%, плотность - 810 кг/м3 и оценка в баллах - 26,50.

Проведены исследования на томографе структуры кремов, приготовленных по традиционной и новой технологии. Полученные изображения представлены на рис. 4.

На рис. 4 видно, что в крем, приготовленный с использованием молочной сыворотки взамен яичных белков, содержит значительно большее количество воздушных пузырьков, правильной круглой формы по сравнению с кон-

№2 май 2019

Пищевая Индустрия

а б

Рисунок 4. Томографическое изображение: а - традиционного крема; б -крема с использованием молочной сыворотки и тройной смеси полисахаридов.

тролем. В результате этого снижается плотность опытного крема.

итак, нами установлено, что молочная сыворотка может служить функциональной альтернативой яичным белкам. Пенообразующая способность растворов молочной сыворотки составила =250% при оптимальной концентрации сыворотки, равной 12%. Исследовано влияние полисахаридов и их смесей на пенообразующую способность

молочной сыворотки. Выявлено, что введение тройной смеси полисахаридов (Агар+КМЦ+Пектин) приводит к увеличению пенообра-зующей способности молочной сыворотки до 300%. Замена яичного белка на молочную сыворотку в рецептуре крема обеспечивает повышение качества продукта, снижение его себестоимости, повышение микробиологической устойчивости и сроков годности.

Литература

1. Murray, B.S. (2007). Stabilization of bubbles and foams / B.S. Murray // Current Opinion in Colloid & Interface Science -2007, vol. 12, P. 232-241.

2. Васькина, ВА Белок-полисахаридные смеси - альтернатива белкам яйца и молока в технологии получения крема эмульсионно-пенной структуры / В.А. Васькина, Т.Г. Богатырева, Н.В. Рубан, И.Г. Белявская // Кондитерское производство. - 2015. - №3. - С. 26-31.

3. Богатырева, т.г. Белок-полисахаридные смеси для увеличения продолжительности хранения масляных кремов / т.г. Богатырева, н.В. рубан, В.А. Васькина, И.г. Белявская // Пищевая промышленность. - 2015. - №3. - С.24-26.

4. Васькина, В.А. Белково-сывороточный концентрат в производстве отделочного крема / В.А. Васькина, А.В. головачева, Ю.С. Поленова // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2011. - №12. - С. 34-37.

5. Wouters, A.G.B. Foaming and air-water interfacial characteristics of solutions containing both gluten hydrolysate and egg white protein / A.G.B. Wouters, I. Rombouts, E. Fierens, K. Brijs, C. Blecker, JA. Delcour, B.S. Murray // Food Hydrocolloids - 2018. - Vol. 77. - P. 176-186.

6. Wouters, A.G.B. Air-water interfacial properties of enzymatically hydrolyzed wheat gluten in the presence of sucrose / A.G.B. Wouters, E. Fierens, I. Rombouts, K. Brijs, C. Blecker, J.A. Delcour // Food Hydrocolloids - 2017. - Vol. 73. - P. 284-294.

7. Васькина, ВА. Молочная сыворотка в производстве кондитерских начинок пенной структуры / В.А. Васькина, А.В. Головачева // Хранение и переработка сельхозсы-рья. - 2011. - №9. - С. 50-54.

8. Мухамедиев, Ш.А. Эмульсии и пены: строение, получение, устойчивость / Ш.А. Мухамедиев, В.А. Васькина // Переработка молока. - 2010. - №6. - С.30-34.

9. Васькина, В.А. Томографическое исследование структуры кондитерских масляных кремов / В. А. Васькина, А. А. Быков, н. В. рубан // Сборник материалов научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Вопросы продовольственного обеспечения в XXI веке. - 2016. - С.68-72.

10. Мухамедиев, Ш.А. Исследование реологических свойств кондитерских масляных кремов / Ш.А. Мухамедиев, В.Я. Черных, В.А. Васькина, Н.В. Рубан // Вопросы продовольственного обеспечения в XXI веке: материалы конференции (Товаровед 2016). - М.: МГУПП, 2016. - С. 72-75.

11. Васькина, В.А. графоаналитический метод определения состава жировой смеси массы пралине / В.А. Васькина, М.С. Букреев, ЕА Семенов, OA. Введенская // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2005.- №10.-С.8-9.

URSCHEL

МИРОВОЙ ЛИДЕР В ТЕХНОЛОГИЯХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВО URSCHEL +74952120576, 88003333859 rusbana@yandex.ru www.rusbana.ru