CC BY
170
ТЕМА НОМЕРА
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА
и НАПИТКОВ
УДК 663.86; 663.05
DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10032
* tatyana.volkova41@gmail.com © Волкова Т.Н, Соболева О.А, Ковалева ИЛ, 2020
Замутнители для напитков: характеристика и свойства
Т.Н. Волкова*, канд. биол. наук; ОА. Соболева, канд. техн. наук; И.Л. Ковалева
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, Москва
Дата поступления в редакцию 20.08.2020 Дата принятия в печать 18.09.2020
Реферат
Натуральные фруктовые соки часто бывают замутненными. Чтобы придать фруктовым напиткам большее сходство с натуральными соками, в них часто вносят замутнители. Тенденция производить замутненные напитки в настоящее время получает все большее распространение. Замутнители - это пищевые добавки, имеющие сложный, многокомпонентный состав. В производстве напитков применяют замутнители в виде масляно-водных эмульсий и в виде суспензий твердых частиц. Поверхностно-активные молекулы протеинов, полисахаридов, спиртов и ПАВ, которые могут аккумулироваться на межфазной поверхности эмульсий, участвуют в их стабилизации и способны изменять их свойства. Эмульсии и суспензии термодинамически нестабильны и имеют тенденцию разрушаться в процессе хранения под действием сил гравитации, флокуляции или роста капель за счет коалесценции или Оствальдовского созревания. Поэтому необходимы специальные меры для поддержания стабильности эмульсий, по крайней мере, на протяжении сроков годности напитков. Нестабильность эмульсий - вечная проблема, с которой сталкивается индустрия напитков. В настоящем обзоре описаны оптические свойства замутни-телей, способы измерения мутности. Приведены методы получения эмульсий и суспензий. Перечислены пищевые добавки (стабилизаторы, утяжеляющие агенты, эмульгаторы, загустители), входящие в состав замутнителей с целью их стабилизации на протяжении всего срока годности напитка. Обсуждаются механизмы разрушения эмульсий и суспензий под действием сил гравитации и методы поддержания их физической стабильности.
Ключевые слова
загустители; замутнители; напитки; стабилизаторы; суспензии; утяжеляющие агенты; физическая стабильность дисперсий; эмульгаторы; эмульсии. Цитирование
Волкова Т.Н, Соболева О.А., Ковалева ИЛ. (2020) Замутнители для напитков: характеристика и свойства //Пиво и напитки. 2020. №3. С. 21-27.
Clouding Agents for Drinks: Characteristics and Properties
T.N. Volkova*, Candidate of Biological Science; OA. Soboleva, Candidate of Technical Science; I.L. Kovaleva Ail-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry -Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow
Received: August 20,2020 Accepted: September 18,2020
Abstract
Natural fruit juices are often cloudy. To produce soft drinks with natural juice-like appearance this property often is achievable through the addition of clouding agents. The resend trend to produce cloudy beverages is now becoming more widespread. Clouding agents (cloudifiers) are food additives, and have a complex, multicomponent composition. Use of oil-in-water emulsions and suspensions of small particles is the most well established methodology utilized by the beverage industry. The surface active molecules such as proteins, polysaccharides, alcohols, and surfactants, which can accumulate at the interface, participate in the stabilizing of emulsions and are also able to alter their properties. Emulsions and suspensions are thermodynamically unstable and tend to break down during storage through mechanisms such as gravitational separation, flocculation, or particle size increase by coalescence and Ostwald ripening. Therefore, special measures are needed to maintain the stability of the emulsions, at least throughout the shelf life of the drinks. The instability of emulsions in beverages is a perpetual concern facing the beverage industry. This review article describes the optical properties of cloudifiers and methods for measuring turbidity. Methods for manufacturing beverage emulsions are presented. Numerous food additives (stabilizers, weighting agents, emulsifiers, thickeners) are listed that included in the clouding agents in order to stabilize them throughout shelf life of the drink. The mechanisms of emulsion and suspension destruction by gravitational separation, flocculation and coalescence and methods of physical stability maintaining are discussed.
Key words
thickeners; clouding agents (cloudifiers); beverages; stabilizers; suspensions; weighting agents; physical stability of dispersions; emulsifiers; emulsions. Citation
Volkova T.N, Soboleva OA, Kovaleva I. L. (2020) Clouding Agents for Drinks: Characteristics and Properties // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2020. No. 3. P. 21-27.
tatyana.volkova41@gmail.com © Volkova TN, Soboleva OA, Kovaleva I.L, 2020
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
В
Натуральные фруктовые соки, особенно свежевыжатые, обычно выглядят замутненными. Природная замутненность бывает обусловлена мелкими суспендированными частицами протеинов и пектинов из фрагментов растительных клеток, а также капельками масла. Замутненность — часть органолептиче-ских свойств сока и в представлении потребителя свидетельствует о его натуральности. Потребители ожидают от фруктового напитка такого же внешнего вида. Поэтому, чтобы сохранить привлекательность и впечатление натуральности, безалкогольные напитки с низким содержанием сока, а также соки, осветленные в процессе производства, делают с добавлением замутняющих агентов. Индустрия напитков нуждается в больших объемах замутнителей, если учесть, что во всем мире производится ежегодно более 600 млрд л безалкогольных напитков (данные Euromonitor International за 2016 г.) [1].
Искусственные замутнители для напитков представляют собой либо масляно-водные эмульсии, либо суспензии из твердых частиц. Эмульсии бывают двух типов: одни обеспечивают только мутность и называются нейтральными эмульсиями, другие создают и замутнение, и аромат и называются ароматизирующими или фруктовыми эмульсиями [2-4]. В качестве твердых замутняющих агентов применяют дисперсии биополимерных микрогелей, цитрусовую пульпу, а также белый пигмент двуокись титана (TiO2). Твердые замутнители обычно производятся в виде жидких суспензий, но существуют и сухие формы — для применения в порошкообразных безалкогольных напитках [1-4]. Замутнители обычно не имеют вкуса.
Оптические свойства замутни-телей. Мутность измеряют спектро-фотометрически или нефелометри-чески и выражают в нефелометриче-ских единицах мутности (NTU), установленных Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ), Агентством по Охране Окружающей Среды США (USEPA) (стандарты ISO 7027 и USEPA 180.1) и другими международными организациями. В карбонизированных безалкогольных напитках обычно устанавливают более низкую мутность (100-250 NTU), тогда как в соко-содержащих напитках — значительно большую (900-1500 NTU) [1].
В пивоварении для оценки прозрачности/мутности продукта в разных странах используют разные единицы мутности: единицы EBC (European Brewing Convention), ASBC (American Society of Brewing Chemists), единицы Хельма (Helm) и FTU (фор-мазиновые единицы). Соотношение между этими единицами следующее: 1 EBC = 69,2 ASBC = 40 Helm = 4 FTU (Analytica EBC, method 9.30) [5].
Внешний вид замутнителя обусловлен взаимодействием его коллоидных частиц с видимым светом. Когда световые волны, проходящие через среду, встречаются с изменениями в показателе преломления, например, на разделе двух сред — воды и масла, часть из них поглощается или проходит насквозь, а другая часть рассеивается за счет отражения, преломления или дифракции. Рассеяние света и определяет мутность, тогда как адсорбция волн определенной длины создает цвет. Эффективность рассеяния зависит от соотношения между длиной волны и средним размером частиц (d), их формой, составом и концентрацией, а также относительным показателем преломления.
Размер частиц важен, так как рассеяние света наиболее эффективно, когда диаметр частиц (капель) и длина волны — сопоставимого размера. Мутность возникает при рассеянии видимого света (А, =400-700 нм), следовательно, замутнителями могут служить частицы с диаметром в таких же пределах, во всяком случае, меньше 1000 нм (1 мкм). В диапазоне от 100 до 450 нм с увеличением размеров капель эмульсии нефелометри-ческая мутность возрастает. Оптимальный размер частиц, определяемый экспериментально, зависит от аналитического метода и от длины волны светового источника. Спектроскопия и нефелометрия основаны на разных принципах измерения. Неясно, какой из этих методов наиболее соответствует визуальному восприятию замутненности человеком. Когда эмульсия для напитка производится промышленно, размер частиц задается в зависимости от цели применения; часто эмульсия замутнителя имеет размер капель около 1 мкм. Ароматические эмульсии могут иметь более мелкие капли, при этом происходит некоторое снижение уровня мутности, но повышается стабильность напитка [1].
Рассеяние света возникает вследствие разницы в показателе преломления (п) дисперсионной среды (вода) и дисперсной фазы (масло). Мутность минимальна, когда отношение показателей преломления двух фаз приближается к единице, при его уменьшении или увеличении рассеяние возрастает. На показатель преломления может влиять изменение состава как дисперсионной среды, так и дисперсной фазы. Микрогели протеинов и углеводов имеют показатели преломления более или менее близкие к каплям масла, тогда как пигмент двуокись титана (ТЮ2) их значительно превосходит, и поэтому для достижения такой же мутности он требуется в гораздо меньших концентрациях [1].
Третий параметр, воздействующий на эффективность замутнения, это концентрация частиц. Мутность усиливается с возрастанием фракции частиц, так как может быть рассеяно больше света. В зоне низких концентраций с увеличением фракции частиц мутность возрастает линейно. Однако, рост крутизны кривой снижается при достижении концентрации масляной фазы 1-3 % в масляно-водной эмульсии, тогда как в суспензии ТЮ2 это случается уже при концентрации 0,05 % (на практике в замутнителях употребляется гораздо меньшая) [1].
Замутнители-эмульсии. Эмульсии — это коллоидные дисперсии (дисперсные системы), состоящие из несмешивающихся жидкостей, в которых дисперсная фаза находится в виде капель в дисперсионной среде. В эмульсиях-замутнителях для напитков дисперсная фаза — масло, дисперсионная среда — вода, то есть это система «масло в воде» (м/в) [6-7].
Различают два основных типа эмульсий: прямые — с каплями неполярной жидкости (масло) в полярной среде (вода), и обратные, с каплями полярной жидкости в неполярной среде. Эмульсии для напитков относятся к категории прямых.
В зависимости от объемной концентрации дисперсной фазы (Сл) эмульсии подразделяют на три класса: разбавленные (Сл < 0,1 %об.), концентрированные (0,1 < Сй < 74 %) и высококонцентрированные, или желатинированные (Сл > 74 %). Граница между двумя классами — концентрированных и высококонцентрированных эмульсий — определяется тем,
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
что капли дисперсной фазы могут сохранять сферическую форму вплоть до объемной доли, соответствующей плотной упаковке шаров (74 %) [7]. Эмульсии для напитков относятся к концентрированным (в исходном состоянии) и к разбавленным (в готовом напитке).
По размеру капель эмульсии могут быть классифицированы как макро-, нано- и микроэмульсии. Макроэмульсии (й > 100 нм) имеют размер капель, пригодный для рассеяния света, благодаря чему обеспечивается мутность, тогда как наноэмульсии (й < 100 нм) оптически транспарентны (прозрачны). Эмульсии для напитков относятся к макроэмульсиям [1].
Эмульсии — термодинамически нестабильные системы, имеющие тенденцию со временем разрушаться под действием гравитации, флокуля-ции (агрегации, склеивания капель), в ходе коалесценции (слияния капель) или Оствальдовского созревания (переконденсации) [1-4] (рис. 1). Чистые масло и вода разделяются немедленно. Чтобы придать эмульсии относительную устойчивость в течение, по крайней мере, 6 мес, как это требуется в производстве напитков, используют специальные вещества, в общем виде называемые стабилизаторами, а в данном случае — эмульгаторами [8]. Практически все эмульсии получают только в присутствии эмульгаторов. Таким образом, эмульсии, как минимум, — 3-компонентные системы, состоящие из полярной жидкости (вода), неполярной жидкости (масло) и эмульгатора. Эмульгаторы — это
поверхностно-активные вещества. Концентрируясь на поверхности раздела смешивающихся фаз, они снижают межфазное поверхностное натяжение и этим обеспечивают более мелкий размер капель и длительную стабильность эмульсии.
Эмульсии для напитков производятся в концентрированной форме в 10-30%-ном (по весу) масле, добавленном в концентрированный сахарный сироп напитка, а в готовом напитке разбавляются до 0,1 % вес. и ниже [1]. Эмульсия должна сохранять стабильность в условиях, где показатели — плотность, вязкость, ионная сила, кислотность — варьируют в широких пределах, что предъявляет особые требования к составу. Наиболее критична стабильность конечной, разбавленной эмульсии, так как стабилизаторы обеспечивают стабильность путем повышения вязкости в концентрате.
Получают эмульсии как конденсационным (выращиванием из малых центров каплеобразования), так и диспергационным (дроблением крупных капель) методами. Чаще применяют диспергирование — механическое, ультразвуковое или с помощью электрических методов [6-7].
Механическое диспергирование сводится к одному из способов: встряхиванию, смешиванию, гомогенизации, продавливанию сплошных жидкостей, одна из которых содержит эмульгатор. Наиболее распространены гомогенизаторы — устройства, в которых диспергирование жидкости достигается пропусканием ее через
Исходное состояние
Флокуляция
.у;.*.
• о ° о •
Коалесценция
ш
Разделение фаз
Оствальдовское созревание Всплывание/Седиментация
Рис. 1. Механизмы физической дестабилизации коллоидных дисперсий и их взаимозависимость (схематическое изображение)
малые отверстия под высоким давлением. Такие устройства широко применяют, например, для гомогенизации молока, в ходе которой средний диаметр капель молока понижается до 0,2 мкм, и такое молоко не отстаивается [6].
Превращение двух несмешиваю-щихся фаз в коллоидную дисперсную систему не происходит спонтанно и требует затрат энергии. Перед гомогенизацией раздельно готовят две фазы — водную и масляную. Соответствующие ингредиенты смешивают в воде и в масле, обеспечивая правильное растворение или диспергирование компонентов. Стадию премик-синга применяют для превращения двух фаз в грубую эмульсию, эффективность которой будет возрастать в процессе гомогенизации, уменьшающей полидисперсность (распределение по размерам капель) конечной эмульсии. В целом, размер капель и полидисперсность снижаются по мере возрастания давления или числа проходов через гомогенизатор. Наконец, концентрат замутняющей эмульсии разбавляется другой водной фазой для получения готового напитка. Концентрированная эмульсия может быть также высушена в распылителе для дальнейшего применения в сухих напитках [1, 6].
Масляная фаза состоит из различных масел и ряда гидрофобных добавок: утяжеляющих агентов (регуляторов плотности), ингибиторов созревания, антиоксидантов и нутри-цевтиков. Применяют рафинированные обесцвеченные дезодорированные растительные масла, например, среднецепочечные триглицериды пальмового и кокосового масла. Пригодны также обычные растительные масла — рапсовое или кукурузное [1-2]. Разные масла имеют различные преимущества и недостатки. Ароматические эмульсии содержат эфирные масла, часто цитрусовые, вместе с летучими компонентами — альдегидами, кетонами, эфирами и спиртами.
Чтобы замедлить процесс разделения фаз и всплывание масла, стараются повысить плотность масляной фазы, для чего добавляют утяжеляющие агенты (регуляторы плотности). Это растворимые в масле вещества, имеющие высокую плотность. Благодаря их выраженной гидрофобности, они обычно служат также и ингибиторами созревания. Раньше для этих целей
ä Ш
I
0
1
<
I ш Ь
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
современные технологии для производства пИВАи напитков
В
активно использовали бромирован-ные растительные масла, но по медицинским соображениям в 1970-е гг. их применение было в одних странах запрещено, в других ограничено [1-2]. Широко используемая альтернатива — эфирная камедь (глицериновый эфир древесной смолы, Е445) [9], хотя применяемая концентрация ее тоже ограничена. Поэтому нередко добавляется комбинация нескольких регуляторов плотности, включая ацетат изобутират сахарозы (Е444) и камедь даммара, с помощью чего и достигается более высокая плотность масляной фазы [1-2].
Водная фаза в типичных случаях содержит стабилизаторы, эмульгаторы, кислоты, консерванты, ко-сольвенты и, если она предназначена для ароматических эмульсий, также и красители. Иногда в замутните-ли включают двуокись титана. Вода по объему составляет главную часть эмульсии (60-80 %), поэтому качество воды важно, и воду часто подрабатывают. рН эмульсии для напитка обычно кислый. Подкислители, часто это лимонная кислота, добавляют для вкуса и повышения микробиологической стойкости. Косольвенты (пропиленгликоль, сорбит, глицерин) и полярные субстанции, изменяющие свойства водной фазы, могут способствовать уменьшению размеров частиц [1-2].
Перечень стабилизаторов, эмульгаторов, загустителей, допустимых для применения в пищевых производствах, содержится в Приложении 2 к ТР ТС 029/2012 [10], определения этих компонентов и условия их применения — в других документах [11-13]. Следует отметить, что граница между группами этих веществ достаточно условна: многие эмульгаторы одновременно играют роль и загустителей или стабилизаторов.
Стабилизаторы подразделяют на загустители, эмульгаторы, регуляторы плотности в зависимости от тех механизмов, с помощью которых они осуществляют свои функции.
Загустители — это неассоциирую-щиеся биополимеры, обеспечивающие стабильность за счет изменения вязкости дисперсионной среды. Ксантановую камедь (ксантан, Е415) в низких концентрациях обычно используют для стабилизации эмульсии гуммиарабика (Е414). В качестве загустителей используют и другие гидроколлоиды: карбоксиметилцеллюлоза
(КМЦ) (Е466), крахмал (Е1401), гелла-новая камедь (Е418), пектин (Е440), гуаровая камедь (Е412). Для применения в эмульсиях также подходят альгинаты (соли альгиновой кислоты, Е401-Е404), каррагинан (Е407), соевый растворимый полисахарид (Е426) [1-2]. Загустители чаще добавляют к разбавленным эмульсиям, чем к концентрированным.
Эмульгаторы — это амфифильные поверхностно-активные соединения, способные адсорбироваться на межфазной поверхности масло-вода, способствуя формированию капелек эмульсии. Защитная пленка, образуемая эмульгаторами вокруг капель, обеспечивает их стабильность в ходе хранения эмульсии, осуществляя таким образом роль и эмульгатора, и стабилизатора [1-2].
В замутняющих эмульсиях для напитков в качестве эмульгатора обычно применяют гуммиарабик (Е414), который считается в этой области «Золотым стандартом» [1-2]. Это поверхностно-активное вещество благодаря своей протеиновой основе, тогда как углеводные «хвосты» обеспечивают электростерическую стабильность капель.
Гуммиарабик требуется в больших количествах, но из соображений его труднодоступности, высокой цены и неустойчивого качества индустрия напитков ищет альтернативы. Нашел широкое применение и показал сходные стабилизирующие свойства гидрофобно модифицированный (октенилсукцинированный) крахмал (Е1450) [1-2]. Экспериментально в модельных напитках показали многообещающие результаты другие камеди — камедь гхати (Е419) и камедь Бреа [14], а также протеин и протеин-полисахаридные комплексы. Адсорбированный двуслойный р-лактоглобулин и альгина-ты (Е401-404) или каррагинан (Е407) оказались в 20 раз эффективнее гуммиарабика [1].
В качестве стабилизаторов можно добавлять твердые частицы. Например, эмульсии, стабилизированные наночастицами кремнезема, оставались стабильными после пастеризации в модельном соке и давали более высокий уровень мутности по сравнению с крахмалом и поверхностно-активными веществами, испытанными параллельно [1].
Замутнители из твердых частиц. Недостаток масляно-водных эмуль-
сий заключается в том, что в их состав обычно входит слишком много пищевых добавок: эмульгаторы, утяжеляющие агенты, ингибиторы созревания и стабилизаторы.
Альтернативой масляно-водным эмульсиям служат золи — коллоидные системы, где в жидкости суспендированы твердые частицы. Эти системы могут иметь некоторые преимущества перед масляными замутните-лями. Во-первых, в таких системах, благодаря их безжировой природе, отсутствует прогорклый посторонний привкус, возникающий из-за окисления липидов. Во-вторых, твердые частицы часто имеют более высокий показатель преломления, чем масло, и потому более эффективно рассеивают свет, что позволяет применять их в меньших концентрациях, а также в растворах с более высокими показателями плотности, как например, в концентратах напитков.
Частицы могут состоять из различных материалов. Большинство наиболее употребляемых замутните-лей — микрогели из протеинов и полисахаридов, фрагменты цитрусовой пульпы и пигменты. Общий компонент во многих из этих систем — это диспергирующий агент (диспергент), часто полисахарид, который сохраняет отдельные частицы в виде суспензии, не допуская их седиментации в течение всего срока годности напитка [1].
Микрогели можно определить как дисперсии гелевых частиц размером 10-1000 нм, набухших от растворителя. Их стали применять в качестве замутняющих агентов благодаря размеру их частиц, близкому к таковому в эмульсиях для напитков. Эффективность микрогелей в рассеянии света зависит от степени их набухания. Когда частицы становятся более набухшими от раствора, относительный показатель преломления приближается к единице, и мутность дисперсии уменьшается. Степень набухания определяется сетевой плотностью, ги-дрофильностью полимера и зарядом. Наоборот, плотные частицы — эффективные рассеятели света. Однако, когда плотность возрастает с увеличением концентрации биополимеров микрогеля, соответственно возрастает риск седиментации, поэтому необходим компромисс между мутностью и стабильностью дисперсии.
Следует отметить, что протеины могут иметь нежелательное воздей-
24
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 3 • 2020
ISSN 2072=9650
■-современные технологии для производства пИВАи напитков
ствие на вкусоароматический профиль напитка.
Выбор биополимеров зависит от их природы и желаемых свойств напитка. В пищевой промышленности применяют протеины и (или) полисахариды. Среди протеинов особенно широко используют молочные протеины [1]. Доступны коммерческие продукты микрогранулированного протеина молочной сыворотки и стабилизированные гидроколлоиды кислого молока. Объектами патентного применения и научного исследования служат желатин и яичный протеин, а также растительные протеины из зерновых и сои. Примеры углеводов, применяемых в производстве микрогелей, — производные целлюлозы, пектины, альгинаты, ксантан и каррагинаны [1].
Коммерческие продукты на основе молочного протеина уже присутствуют на рынке, а интерес к растительным протеинам (из гороха, чечевицы и др.) растет, судя по росту числа патентов. Возможные проблемы — это влияние протеина на вкусоаромати-ку напитка, аллергенность, а также трудности контроля формирования частиц и стабильности [1].
Пигменты — это, прежде всего, двуокись титана, белый пищевой краситель. Высокий показатель преломления, RI = 2,4-2,8, делает его эффективным рассеивателем света. Частицы размалывают до оптимального размера в несколько сотен нанометров. ТЮ2 — очень стабильный ингредиент, устойчивый к нагреванию, рН, окислению и свету [1]. Однако, при плотности выше 3,9 г/см3 проявляет склонность к седиментации [7].
Чтобы создать коллоидную дисперсию, в замутнитель включаются промежуточный агент и суспендирующий агент. Промежуточный агент предотвращает флокуляцию и сохраняет частицы ТЮ2 как отдельные объекты. Для этого применяют гидроколлоид мальтодекстрин. Суспендирующие агенты снижают седиментацию путем повышения вязкости дисперсионной среды, в этих целях часто применяют ксантановую камедь и пектины. Для обеспечения достаточного помутнения требуется порядка нескольких ррт (мг/л) ТЮ2 в готовом напитке [1]. ТЮ2 доступен в виде как масляной, так и водной дисперсии. Хотя ТЮ2 до сих пор используется в замутнителях, но из-за
восприятия его потребителем как «ненатурального» был предложен ряд альтернативных продуктов.
Цитрусовые замутнители изготавливают из отходов производства цитрусовых соков. Они содержат только природные вещества и потому отвечают потребительскому запросу на натуральные продукты. Исходным материалом для создания цитрусовых замутнителей могут быть кожура, пульпа и белая мякоть, из которых делают суспензию с размерами частиц ниже 0,6 мкм. Цитрусовые замутните-ли концентрируют и пастеризуют.
Недостатки цитрусовых замутнителей — нестабильность, посторонние запахи, обесцвечивание и вариабельность в разных партиях. Тем не менее, многочисленные коммерческие продукты доступны на рынке и применяются в индустрии напитков [1].
Замутнители для пива. Особый случай — замутнители, применяемые для пива. Они требуются для пшеничного пива (так называемого «белого пива»), а также при производстве нефильтрованного пива. Используются как замутнители, так и стабилизаторы замутнения в случаях его естественного присутствия.
В патенте на замутнитель, служащий одновременно и стабилизатором мутности для напитков, в том числе, для пива (в частности, для пшеничного пива), предлагают экстракт дрожжевого протеина, получаемый в результате плазмолиза и лизиса живых или дезактивированных дрожжей. Согласно изобретению, можно использовать дрожжи родов Saccharo-myces, Kluyveromyces, Torula, Candida, но предпочтительны Saccharomyces cerevisiae [5].
Другие примеры замутняющих агентов для пива, имеющихся в продаже на мировом рынке: «Cloudix WB®» фирмы CBS (Customized Brewing Solutions) представляет собой эмульсию водного экстракта копры — высушенной мякоти кокосового ореха; «Biocloud®» фирмы Kerry — продукт переработки дрожжей; замутнитель, продаваемый фирмой Fermentis под названием «Spring «Finer®», представляет собой экстракт протеинов дрожжей [5, 15]. Однако, по мнению авторов патента [5], указанные выше продукты не особенно подходят для пива, в частности, для белого пива, в котором они нестабильны, и, несмотря на их присутствие в белом пиве, его замутнен-ность снижается со временем.
Для применения в нефильтрованном пиве и пивных напитках предлагается замутнитель (нейтральная эмульсия) производства фирмы «Фрутаром ЭТОЛ» (Словения), характеризуемой как крупнейший поставщик на мировом рынке. Продукт имеет в составе масляную фазу, эмульгатор, регулятор плотности и стабилизатор. Тот же производитель поставляет на наш рынок спектр фруктовых и нейтральных эмульсий для безалкогольных и алкогольных напитков (фирмы ООО «Аромакс», Санкт-Петербург) [16].
Физическая стабильность замутнителей. Независимо от типа за-мутняющего агента главная проблема в индустрии напитков заключается в его физической стабильности. Существует ряд механизмов дестабилизации дисперсных систем. Разные силы, способствующие нестабильности, могут действовать одновременно и создавать кумулятивный эффект [1-2]. Схематическое изображение общих механизмов физической дестабилизации коллоидных дисперсий и их взаимозависимости приведено на рис. 1 [1].
Для поддержания стабильности дисперсии в течение всего срока годности напитка применяют целый ряд стратегий, частично уже упоминавшихся выше. Концентрация частиц, диапазон их размеров, их заряд, прочность межфазовой пленки, плотность дисперсной фазы и вязкость дисперсионной среды — вот параметры, которыми манипулируют для удлинения срока годности продукта.
Гравитационная сепарация происходит под действием силы тяжести. Дисперсия разделяется на концентрированную и разбавленную фазы. Далее начинают действовать и другие механизмы дестабилизации — фло-куляция и коалесценция. Феномен «кольца» в горлышке бутылки, часто встречающийся в напитках, бывает вызван процессами расслоения и всплывания масла. Масляные капли аккумулируются на поверхности напитка, образуя заметный слой [1].
Один из способов смягчить гравитационную сепарацию — снижение разницы в плотности фаз, для чего к масляной фазе добавляется утяжеляющий агент (регулятор плотности). Стабилизаторы типа гуммиарабика повышают общую плотность капель за счет гидроколлоидного покрытия поверхности капель [1-2].
ä ш
I
0
1
<
I ш Ь
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
В
Рис. 2. Безалкогольный напиток с замутнителем-эмульсией. Идет процесс разрушения эмульсии: флокуляция, коалесценция. х500
Рис. 3. Квас с замутнителем-микрогелем. Выпавший осадок. х500. .Слева - без окраски, справа - окраска сафранином
Контролирование размера частиц — эффективная мера замедления гравитационной сепарации. Опыт подсказывает, что в идеале диаметр 80 % капель должен быть в пределах 0,4-0,6 мкм, чтобы получить одновременно и устойчивую, и достаточно мутную эмульсию [1].
Увеличение вязкости дисперсионной среды может снизить гравитационную сепарацию и скорость столкновения капель, также замедляя флокуляцию и коалесценцию. Это обычно достигается путем добавления загустителей (ксантановая камедь (Е415), ацетат изобутират сахарозы (Е444)).
Флокуляция происходит, когда силы отталкивания между каплями недостаточны и возникает притяжение под действием сил Ван-дер-Ваальса. Хотя размер капель остается неизменным, флокулы (агрегаты капель) ведут себя как крупные капли, вызывая гравитационную сепарацию, в то время как сближение капель вызывает коалесценцию (слияние капель). Диапазон и сила стерического отталкивания зависят от характеристик поверхностного межфазного слоя частиц (капель). Межфазные пленки предотвраща-
ют сближение частиц. Поверхностное покрытие частиц (капель) важно для стабильности дисперсии. В качестве стабилизатора возможно применение пектина совместно с р-лактоглобулином [1].
Большинство пищевых коллоидов стабилизируются комбинацией стерических и электростатических факторов, то есть электростерически. В этом случае может быть получен синергетический эффект. В этих целях успешно использовали электростатические комплексы гуммиарабика и протеинов молочной сыворотки или системы из гумиарабика и протеина гороха [1].
Меры, принимаемые для предотвращения коалесценции, те же самые, что и в случае предотвращения флокуляции — снижение контакта частиц за счет усиления стерическо-го и электростатического отталкивания, а также за счет повышения вязкости.
Оствальдовское созревание (старение, переконденсация) эмульсии — явление, когда более крупные капли растут за счет более мелких. В качестве ингибиторов созревания в ароматических эмульсиях используют длинноцепочечные растительные
масла, имеющие низкую растворимость в водной фазе. Эфирная камедь (Е445), хотя и считается стабилизатором, имеет дополнительные свойства ингибитора созревания в эмульсиях апельсинового масла [1].
Микроскопическая картина. На ранних стадиях разрушения за-мутняющих эмульсий и суспензий их частицы (капли) укрупняются в размерах и становятся соизмеримыми с размерами микроорганизмов (дрожжей, кокков), встречающихся в напитках. В случае эмульсий в толще жидкости можно наблюдать круглые капли разных размеров, похожие, вследствие флокуляции, на почкующиеся дрожжевые клетки.
При применении замутнителей-микрогелей выпадающий на дно осадок иногда бывает трудно отличить от скоплений кокков или мелких дрожжей. Частицы этого осадка хорошо окрашиваются диагностическими красителями на белки, декстрины, полисахариды (эозином, тионином и др.), так как имеют протеиновую, полисахаридную, а чаще смешанную природу. Однако, масляные капли, в отличие от дрожжевых клеток, имеют слишком правильную округлую форму; кроме того, и капли масла, и частицы суспензий отличаются от микроорганизмов более высоким показателем преломления (рис. 2 и 3).
ЛИТЕРАТУРА
1. Stounbjerg, L. Beverage clouding agents: Review of principles and current manufacturing / L. Stounbjerg, C. Vestergaard, B. And-reasen, R. Ipsen // Food Reviews International. - 2018. - Vol. 34 (7). - P. 613-638. DOI: 10.1080/87559129.2017.137328.
2. Taherian, A. R. Rheology and Stability of Beverage Emulsions in the Presence and Absence of Weighting Agents: A Review / A. R. Taherian, P. Fustier, M. Britten, H. S. Ramaswamy // Food Biophysics. - 2008. - Vol. 3. -P. 279-286. DOI 10.1007/s11483-008-9093-4.
3. Замутнители. Энциклопедия питания. Т. 4. Пищевые добавки. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://bstudy.net/619539/estestvoznanie/ zamutniteli.
4. Patent Application United States 20190161713. Use of a yeast protein extract to stabilise beer haze [Электронный ресурс] / Y. Gosselin, R. Menin, S. Meulemans. — Режим доступа: http:// www.freepatentsonline.com/y2019/ 0161713.html.
5. Вещества, регулирующие консистенцию продуктов. Пищевые концентраты и до-
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
ССОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
бавки [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://znaytovar.ru/new359. html.
6. Эмульсии: получение, свойства, разрушение. Методические указания к лабораторной работе № 13 [Электронный ресурс]. — Самара: СГТУ, 2017. — 20 с. — Режим доступа: http://afh.samgtu.ru/sites/ afh.samgtu.ru/files/emulsii-13.pdf.
7. Эмульсии. Классификация, методы получения и стабилизации [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https:// lektsia.com/7x9b47.html.
S. Эмульгаторы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Эмульгаторы.
9. Камедь [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Kа-медь.
10. ТР ТС 029/2012. Технический регламент Таможенного союза «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» Приложение 2. Перечень пищевых добавок, разрешенных для применения при производстве пищевой продукции. — М.: Стандартинформ, 2012. — 42S с.
11. ТР ЕАЭС 047/201S. Технический регламент Евразийского экономического союза «О безопасности алкогольной продукции». — М.: Стандартинформ, 2019. — 129 с.
12. ГОСТ 33310-2015. Добавки пищевые. Загустители пищевых продуктов. Термины и определения. — Введ. 2016-04-01. — М.: Стандартинформ, 2019. — 35 с.
13. ГОСТ 337S2-2016. Добавки пищевые. Стабилизаторы пищевых продуктов. Термины и определения. — Введ. 2017-03-01. — М.: Стандартинформ, 201S. — 23 с.
14. Spotti, M. L. Brea Gum (from Cercidium praecox) as a structural support for emulsion-based edible films / M. L. Spotti, J. P. Cec-chini, M. J. Spotti, C. R. Carrara // LWT-Food Science and Technology. — 2016. — Vol. 6S. — P. 127-134. DOI: 10.1016/j.lwt.2015.12.01S.
15. Goudix, W.B. Clouding agent [Электронный ресурс] // CBS. Beer Belgian Experts. — Режим доступа: http://www.cbsbrew.com/ cloudix/.
16. Нейтральная эмульсия для нефильтрованного пива [Электронный ресурс]. —
Режим доступа: https://aromarus.ru/ a206264-nejtralnaya-emulsiya-dlya.html.
REFERENCES
1. StounbjergL, Vestergaard C, Andreasen B, Ip-sen R. Beverage clouding agents: Review of principles and current manufacturing. Food Reviews International. 2018: 34 (7):613-638. DOI: 10.1080/87559129.2017.137328. (In Eng.)
2. Taherian AR, Fustier P, Britten M, Ramas-wamy HS. Rheology and Stability of Beverage Emulsions in the Presence and Absence of Weighting Agents: A Review. Food Biophysics. 2008:3:279-286. DOI 10.1007/ s11483-008-9093-4. (In Eng.)
3. Zamutniteli [Clouding agents]. Jenciklopedija pitanija. 4: Pishhevye dobavki. [Food Enciclopedia. Food Additives] [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from:: https:// bstudy.net/619539/estestvoznanie/zamut-niteli. (In Russ.)
4. Gosselin Y, Menin R, Meulemans S. Use of a yeast protein extract to stabilise beer haze. United States Patent Application 20190161713. 2019. [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: http://www.freepatentsonline.com/ y2019/0161713.html.
5. Veshhestva, regulirujushhie konsistenciju productov. Pishhevyje koncentraty i do-bavki [Thickeners. Food Concentrates and Additives] [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: https://znaytovar.ru/new359. html. (In Russ.)
6. Jemu'sii: poluchenie, svoistva, razrushenie [Emulsions: manufacturing, characteristics, destruction]. Metodologicheskaja instrukcija dlja laboratornoj raboty nj. 13 [Methodological instruction for laboratory work no. 13]. Samara, 2017. [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: http://afh.samgtu.ru/ sites/afh.samgtu.ru/files/emulsii-13.pdf (accessed: 10.08.20.). (In Russ.)
7. femul'sii: Klassifikacija, metody polucheni-ja i stabilizacii [Emulsions: Classification, manufacturing and stabilization methods] [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: https://lektsia.com/7x9b47.html. (In Russ.)
8. Emul'gatory [Emulsifiers]. [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: https:// ru.wikipedia.org/wiki/Эмульгаторы. (In Russ.)
9. Kamed' [Gum]. [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: https://ru.wikipedia.org/ wiki/KaMeflb. (In Russ.)
10. TR TS 029/2012. Tehnicheskij reglament Tamozhennogo Sojuza «Trebovanija be-zopasnosti pishhevyh dobavok, aromatiza-torov i tehnologicheskih vspomogatel'nyh sredstv». Prilozhenije 2. Perechen' pishhevyh dobavok, razreshennyh dlja prime-nenija pri proizvodstve pishhevoj produkcii [Technical Regulations of the Customs Union «Food additives, flavors and processing aids safety requirements» Appendix 2. List of food additives permitted for use in the manufacture of food products]. Moscow: Standartinform; 2012. 428 p. (In Russ.)
11. TR EAES 047/2018. Tehnicheskij Reglament Evrazijskogo jekonomicheskogo sojuza «O bezopasnosti alkogol'noj produkcii» [Technical regulations of the Eurasian economic union. «On the safety of alcoholic beverages»]. Moscow: Standartinform; 2019. 129 p. (In Russ.)
12. GOST 33310-2015. Dobavki pishhevyje. Zagustiteli pishhevyh produktov. Terminy i opredelenija [State standard 33310-2015. Food additives. Thickeners of foodstuffs. Terms and definitions]. Moscow: Standart-inform; 2019. 35 p. (In Russ.)
13. GOST 33782-2016. Dobavki pishhevyje. Stabilizatory pishhevyh produktov. Ter-miny i opredelenija. Mezhgosudarstvennyj. [State standard 33782-2016. Food additives. Stabilizers of foodstuffs. Terms and definitions]. Moscow: Standartinform; 2018. 23 p. (In Russ.)
14. Spotti ML, Cecchini JP, Spotti MJ, Carrara CR. Brea Gum (from Cercidium praecox) as a structural support for emulsion-based edible films. WT-Food Science and Technology. 2016:68:127-134. DOI: 10.1016/j.lwt. 2015.12.018. (In Eng.)
15. Cloudix WB. Clouding agent. CBS. Beer Belgian Experts. [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: http://www.cbsbrew.com/ cloudix/. (In Eng.)
16. Nejtral'naja jemulsija dlja nefil'trovannogo piva. [Neutral emulsion for unfiltered beer] [Internet]. [cited 2020 August 10]. Available from: https://aromarus.ru/a206264-nejtral-naya-emulsiya-dlya.html. (In Russ.) <S
£ Ш
2 0
1
<
2 ш I-
Авторы
Волкова Татьяна Николаевна, канд. биол. наук; Соболева Ольга Александровна, канд. техн. наук; Ковалева Ирина Львовна
Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, 119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, tatyana.volkova41@gmail.com, olgasoboleva@mail.ru, kovalevail@mail.ru
Authors
Tatyana N. Volkova, Candidate of Biological Science; Olga A. Soboleva, Candidate of Technical Science; Irina L. Kovaleva
All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems of RAS, 7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia, tatyana.volkova41@gmail.com, olgasoboleva@mail.ru, kovalevail@mail.ru
3•202Ü
ПИВО и НАПИТКИ I BEER and BEVERAGES
