CC BY
92
3. Филлипова, Е. В. Формирование потребительских свойств вафельных изделий специального назначения [Текст] / Е. В. Филлипова, И. Б. Красина и др. // Известия вузов. Пищевая технология. - 2013. - № 2-3. - С. 110-112.
4. Данович, Н. К. Вафельные изделия с пониженным содержанием жира [Текст] / Н. К. Данович, Н. А. Тарасенко, И. Б. Кра-
сина, Ю. Н. Никонович // Известия вузов. Пищевая технология. - 2013. - № 2-3. - С. 67-68.
5. Заявка 1982598 ЕПВ, МПК А 21 D 13/00. Moisture resistant wafer / S.A. Nestec, C.E. Hansen, P. Nicolas, B. Pamies Valles;
№ 07106604.7; заявл. 20.04.2010; опубл. 22.10.2011.
6. Скобельская, З. Г. Начинка для вафель, обогащённая растительными нутриентами [Текст] / З. Г. Скобельская // Хлебопекарное производство. - 2012. - № 6. - С. 38-41.
7. Заявка 2432773 Великобритания, МПК А 23 G 1/54, А 23 G 3/54. Confectionery product comprising different fillings / Mars Inc., Moppett Garry, Joyce Mark. № 0524643.444257822; заявл. 02.12.2006; опубл. 06.06.2009.
8. Румянцева, В. Использование биомодифицированного продуктa овса в производстве вафель [Текст] / В. Румянцева, И. Слукина, О. Гишина, А. Гурова // Хлебопродукты. - 2012. - № 9. - С. 40-41.
9. Будникова, А. Способ производства вафельного листа / А. Будникова, Г. Гуркева, Л. Николаева [Текст] // Хлібопекарська і кондитерська промисловість України. - 2011. - № 4. - С. 34-35.
10. Коденцова, В. М. Обоснование уровня обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами [Текст] / В. М. Коденцова, О. В. Вржесинская, В. Б. Спиричев, Л. Н. Шатнюк // Вопросы питания. - 2010. - Т. 39. - № 1. - С. 23-33.
11. Маюрникова, Л. А. Влияние пищевой добавки «Селексен» на качество хлебобулочных изделий [Текст] / Л. А. Маюрникова,
Н. И. Давыденко, Н. Л. Наумова // Хранение и переработка сельхозсырья - 2009. - № 4. - С. 36-38.
-------------------□ □----------------------
У статті наведені результати досліджень функціонально-технологічних властивостей сироваткових білків, комбінованих сумішей кон -центрату сироваткового білку і яєчного білку, додаткових структуроутворювачів желатину та гуміарабіку. Визначено вплив комбінованих білкових та гідроколлоїдних систем на формування структурних властивостей збив-них цукеркових мас типу «м’яких нугатинів» з підвищеною агрегативною стійкістю
Ключові слова: білок, яєчний, сироватковий, стабілізація, гідроколоїди, желатин, гуміарабік, збивні цукеркові маси
□------------------------------------□
В статье приведены результаты исследований функционально-технологических свойств сывороточных белков, комбинированных смесей концентрата сывороточного белка и яичного белка, дополнительных структурообразова-телей желатина и гуммиарабика. Определено влияние комбинированных белковых и гидро-коллоидних систем на формирование структурных свойств сбивных конфетных масс типа «мягких нугатинов» с повышенной агрегатив-ной устойчивостью
Ключевые слова: белок, яичный, сывороточный, стабилизация, гидроколлоиды, желатин, гуммиарабик, сбивные конфетные массы -------------------□ □----------------------
1. Вступ
Однією з груп кондитерських виробів, що користується великим попитом на споживчому ринку, є цукерки. Виробництво цукерок відрізняє їх від інших груп кондитерських виробів більшою кількістю та розмаїттям технологічних схем, сировиною
ііз|....................................................
УДК 664.114
ЗАСТОСУВАННЯ КОМБІНОВАНИХ БІЛКІВ ТА ГІДРОКОЛЛОЇДІВ ПРИ СТВОРЕННІ ЗБИВНИХ ЦУКЕРКОВИХ МАС
Т. В. Каліновська
Аспірант
Кафедра технології хлібопекарських і кондитерських виробів Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68 м. Київ, Україна, 01601
Е-mail: tk_88@ukr.net В. І. Обол кі на Доктор технічних наук, професор, зав. кафедрою Кафедра хлібопекарського та кондитерського виробництв Інститут післядипломної освіти Національного університету харчових технологій вул. Естонська, 8-а, м. Київ, Україна, 03190 Е-mail:vobol@yandex.ru
і асортиментом. Існує кілька тисяч найменувань цукерок, але в внутрішньо груповому асортименту цукерки із збивними корпусами користуються особливим попитом. Збивна цукеркова маса являє собою піноподібну масу із цукристих речовин, пі-ноутворювача й драглеутворювача, з додаванням (або без) фруктово-ягідної сировини, молочних
продуктів, смакових добавок згідно з рецептурним складом [1].
Збивні маси відносяться до слабо структурованих дисперсних систем, які швидко руйнуються під дією механічних навантажень. Тому, при створенні нового асортименту збивних цукерок і механізації технологічного процесу їх виробництва з використанням сучасного формуючого обладнання, необхідно застосування нових видів структуроутворювачів для підвищення агрегативної стійкості збивних цукеркових мас.
При виробництві цукерок в якості піноутворювачів найчастіше використовуються яєчні білки та продукт гідролізу казеїну голландської фірми «Хайфоама». Як драглеутворювач переважно використовується агар, пектин або желатин [1]. З метою поліпшення структурних властивостей піноподібних структур та підвищення харчової цінності виробів доцільно застосування в якості нетрадиційного піноутворювача білків молочної сироватки. Це обумовлено тим, що білки молочної сироватки найбільш повноцінні серед харчових білків, мають найвищу швидкість розщеплення в травному тракті, засвоюваність становить 98 %. У якості додаткового структуроутворювача доречно використання камеді акації - гуміарабика, який має підвищену гідратаційну здатність та пребеотичні властивості.
Відомостей про застосування сироваткових білків та гуміарабику при виробництві цукерок обмаль, тому обраний напрям досліджень є актуальним для кондитерської галузі.
2. Постановка проблеми
Білки є найбільш цінними компонентами їжі (протеїни від грецького слова proteois, що означає «першорядної важливості»). Основні структурні одиниці білків - це а-амінокислоти, що складаються з а-вугле-цевого атома, ковалентно приєднаного до атома водню, аміногрупи, карбоксильній групі та бічний групі Я [2]. Білкові речовини є джерелами цінних амінокислот, мають високу поверхнево-активну здатність, тому доцільно було дослідити властивості сироваткового протеїну та його комбінацій з яєчним білком для застосування у збивних цукеркових масах типу «м’яких нугатинів».
Метою досліджень було вивчення функціонально-технологічних властивостей концентрату сироваткових білків, їх комбінацій з яєчним білком, реологічних властивостей білкових систем з додаванням драглеутво-рювачів (желатину та гуміарабіку), впливу технологічних факторів на формування структури збивних цукеркових мас з підвищеною агрегативної стійкістю.
3. Літературний огляд
Питанню структуроутворення в білкових системах молока присвячені дослідження багатьох вчених: П. А. Ребиндера, В. Н. Ізмайлової, І. М. Влодавца, П. Ф. Дьяченко, Е. А. Ждановой, Р. Раманаускас,
В. П. Табачникова, Н. Н. Ліпатова, P. Fox, D. Dalgleish, Jreen та ін.
У молоці міститься в середньому 3G-39 г/л загального білка, який володіє високими нутритивними
властивостями. Білки молока представлені двома групами білкових фракцій - казеїном та сироватковими білками. Казеїн складає 80 % всіх білків коров’ячого молока, в результаті агломерації казеїнових міцел акумулюється в згусток. Решта білків переходить у сироватку, і тому їх називають сироватковими білками.
При виробництві молочних продуктів утворюються значні обсяги молочної сироватки, яка не дивлячись на високу харчову цінність, ще не достатньо використовується у харчовій промисловості. Щорічне світове виробництво сироваткових білків складає близько 600 тис. т. Основні продукти в загальносвітовій структурі застосування молочної сироватки: суха молочна сироватка, демінералізована молочна сироватка, концентрати молочних білків і лактоза.
В минулому, найчастіше, сироватка йшла у відходи, але в даний час розроблені економічно ефективні способи концентрування або виділення сироваткових продуктів з високими технологічними та функціональними властивостями. Будучи вторинним продуктом в технології сироваріння, сироваткові білки доступні у великих кількостях і, як наслідок, досить дешеві.
Традиційним способом отримання концентрату з молочної сироватки низькомолекулярних біологічно активних пептидних фракцій (сироваткових білків) є теплова коагуляція з подальшим ферментативним гідролізом і фракціонуванням гідролізатів для отримання біологічно активних інгредієнтів.
Завдяки промисловому впровадженню мембранних технологій, включаючи ультра- і діафільтрацію, а також іонообмінну адсорбцію (ІЕА), з’явилися концентрати та ізоляти сироваткових білків з високими функціональними властивостями. В даний час найбільш розповсюдженими є ІЕА-технології «Vistec» на целюлозному іонообміннику, «Spherosil S» на основі пористого силікагелевого катіонообмінника та технологія «Spherosil ЦМА» на основі пористого силікагеле-вого аніонообмінного матеріалу [3].
Основним білковим компонентом молочної сироватки є р-лактоглобулін (Р-лг), який є джерелом гіпотензивних, антиоксидантних та імуномодулюючих пептидів [4, 5]. р-лг в молоці перебуває у вигляді димеру, що складається з двох поліпептидних ланцюгів. Молекула р-лг складається з 162 амінокислотних залишків і має молярну масу близько 18000 [6, 7].
Поліпептидний ланцюг а-лактальбумін (а-лг) складається з 123 амінокислотних залишків і має молекулярну масу 14000. Молекула а-лг містить 4 дисульфід-ні зв’язки, що з’єднують залишки цистеїну [8].
Білки найбільш стійки до денатурації в ізоелек-тричній точці, яка для сироваткового білка становить рІ = 5,2. Температура термічної денатурації яєчного альбуміну 76 °С, а-лг і р-лг 83 °С [9].
4. Дослідження функціонально-технологічних властивостей білків
4. 1. Матеріали та методи досліджень
В якості матеріалів дослідження використовували сухий яєчний білок (ДСТУ 2212:2003) виробництва ТОВ «ОVOSTAR» (Україна), концентрат сироваткових білків Lactomin 80 КСБ УФ виробництва Німеччини, цукор білий кристалічний згідно з ДСТУ 4623:2006,
Е
сироп глюкозний ІГ-42, сироп глюкозно-фруктозний (ТУ У 15.6 - 32616426 - 009:2005), желатин TROBAS GELATIN B.V. (Нідерланди) типа А 22G, 24G Блум (ТУ У 24.6-00418030-002:2007), гуміарабік INSTANTGUM AB.
При виконанні роботи використовували загальноприйняті та спеціальні методи досліджень.
Піноутворювальну здатність та стійкість білкової піни визначали за методом Рауха, який полягає у співставленні об’єму отриманої білкової піни до та після збивання; стійкість піни фіксували за висотою стовпа піни після завершення збивання.
Поверхневий натяг вимірювали сталагмометрич-ним методом.
Визначення структури та дисперсності білкових пін проводили за допомогою електронного мікроскопу.
Реологічні характеристики білкових систем визначали на ротаційному віскозиметрі «Реотест-2».
4. 2. Теоретичні відомості щодо функціонально-технологічних властивостей білків та гідроколоїдів
Функціонально-технологічні властивості білків та гідроколоїдів, які використовуються у кондитерської промисловості, можна розглядати як прояв трьох молекулярних аспектів: гідратації, поверхневих і гідродинамічних (реологічних) властивостей (табл. 1)
Таблиця 1
Функціонально-технологічні властивості білків
Функціональні властивості Базові властивості Механізм дії
Розчинність Гідратація Гідрофільність
Вологоутриму-вальна здатність Гідратація Водневе зв’язування, гідратація іонів
В’язкість Гідродинамічні (реологічні) Зв’язування води, гідродинамічні розмір і форма молекул
Драглеутворення Гідродинамічні (реологічні) Захоплення і іммобілізація води,утворення мережевої структури
Когезійно-ад-гезійні властивості Гідродинамічні (реологічні) Гідрофобність, водневе й іонне зв’язування
Емульгуючі властивості Поверхнева активність Адсорбція і плівко-утворення на межі розділу фаз
Піноутворюваль-ні властивості Поверхнева активність Адсорбція і плівко-утворення на межі розділу фаз
Зв’язування жиру та смако-ароматичних з’єднань Поверхнева активність Гідрофобне зв’язування, захоплення молекул жиру та смакоаро-матичних з’єднань
За структурної організації сироваткові білки відносяться до глобулярних білків, утворені накладанням один на одного поліпептидних ланцюгів. За біологічними функціям сироватковий альбумін є транспортним білком, тоді як яєчний альбумін є резервним білком.
Сироватковий білок є альбуміном, а отже розчиняється у воді при рН 6,6.
Гідратаційна здатність концентратів сироваткового білка 0,45-0,52 г води/г білка [10, 11].
У табл. 2 наведено вміст незамінних амінокислот білків [12].
Таблиця 2
Вміст незамінних амінокислот білків
Амінокислоти Масова частка амінокислоти у білку, г/100г
Еталон ФАО/ВООЗ Яєчний протеїн Сироватковий протеїн
Триптофан 1,0 1,5 2,2
Лізин 5,5 7,0 9,1
Треонін 4,0 4,3 5,2
Валін 5,0 7,2 5,7
Ізолейцин 4,0 7,7 6,2
Лейцин 7,0 9,2 12,3
Фенілаланін + + Тирозин 6,0 6,3 8,2
Метіонін +Цистин 3,5 4,0 5,7
Сума незамінних амінокислот 36,0 47,2 54,6
Желатин (від латинського gelatus - замерзлий, застиглий) - білковий продукт тваринного походження, що представляє собою суміш лінійних поліпептидів з різною молекулярною масою (50 000-70 000) та їх агрегатів з молекулярною масою до 300 000 [13].
Гуміарабік являє собою сильно розгалужений ви-сокомолекулярний полісахарид арабіногалактан, який утворює малов’язкі водні розчини. За хімічною будовою гуміарабік відноситься до класу глікопротеїнів. Арабіногалактан, з’єднаний з білковим каркасом утворює AG фракцію. Полісахаридна фракція являє собою лінійний ланцюг, що складається з Р-1,3-зв’язаних залишків галактози. У позиції 1,6 ланцюг розгалужується, причому бічні ланцюги складаються з галактози і арабінози [14].
4. 3. Дослідження структури пін
Найбільший інтерес з точки зору будови представляють рідкі піни, які складаються з бульбашок газу, розділених прошарками рідини (ламелами). Геометрична форма газових бульбашок в рідкій піні залежить від співвідношення обсягів газу і рідини в ній, ступеня полідисперсності і способу упаковки бульбашок [1].
Для визначення структури та дисперсності пін, отриманих з яєчного, сироваткового і суміші яєчного і сироваткового білків проводили мікрозйомку, мікрофотографії наведені на рис. 1.
Встановлено, що бульбашки повітря в піні яєчного білка мають багатогранну (поліедрічну) форму, а сироваткового білка - сферичну розміром 80-120 мкм. Комірки піни, що складається з яєчного і сироваткового білків мають сферичну форму. Однак, у яєчного білка (рис. 1, а) більше міжпорових перегородок, чим можна пояснити високу стабільність його піни - 92 %. Суміш яєчного і сироваткового білків (рис. 1, в) відрізняється від сироваткового (рис. 1, б) більшою рівномірністю розподілу повітряних бульбашок і більш тісним їх розташуванням відносно один одного.
Місця стиків плівок (ребра багатогранників) характеризуються потовщеннями, що утворюються в поперечному перерізі трикутників, так звані канали
111і|
Гіббса-Плато. Вони являють собою взаємопов’язану систему і пронизують всю структуру піни. Ці канали складаються з двох адсорбційних шарів молекул ПАР і прошарків розчину [15].
а б в
Рис. 1. Мікроструктура пін: а — яєчного білка; б — сироваткового білка; в — суміші яєчного и сироваткового білків 50/50
Для утворення та стабілізації пін необхідна присутність ПАР, здатних зменшити поверхневий натяг між водною та повітряною фазами. Відмінності поверхневої активності високомолекулярних білків, в першу чергу, залежать від конформації. До конформаційних факторів належать стабільність і гнучкість поліпептидного ланцюга, легка адаптація до змін умов середовища, а також модель розподілу гідрофільних і гідрофобних груп на поверхні молекули білка.
Для визначення поверхневого натягу розчинів яєчного та сироваткового білків з різною концентрацією використовували сталаг-мометричний метод. Результати досліджень наведені на рис. 2.
З даних видно, що для яєчного білка з концентрацією розчину 0,5 % показник поверхневого натягу становить 57,43±1,72 Н/м, а для сироваткового білка з аналогічною концентрацією - 55,13±1,65 Н/м.
Однак, зі збільшенням концентрації поверхневий натяг розчинів сироваткових білків суттєво зростає у порівнянні з яєчним білком. Так, поверхневий натяг 5 % розчину яєчного білка становить 76,13±2,28 Н/м, сироваткового білка - 88,67 ± 2,66 Н/м.
Збільшення поверхневого натягу зі збільшенням концентрації білків пояснюється їх складною структурою. Незважаючи на наявність гідрофільних і гідрофобних груп, в первинній структурі вони розподілені невпорядковано, а в четвертичній згорнутій конформації деякі гідрофобні залишки утворюють на поверхні молекули білка окремі ділянки, більшість гідрофобних залишків «заглиблені» всередину молекули. Таким чином, в технології збивних цукеркових мас доцільно використовувати невеликі концентраціїї білків.
Слід зазначити, що поверхневі явища найбільш важливі для піноутворення та властивостей пін. Поведінка білків на межі розділу фаз складна та ще недостатньо вивчена. Основними характеристиками
пін, які мають важливе значення у кондитерській промисловості є піноутворювальна здатність (ПУЗ) та стабільність, з огляду на це, були проведені відповідні дослідження. Отримані дані наведені на рис. 3.
Концентрація розчину, %
• Розчин яєчного білку ■ Розчин сироваткового білку Рис. 2. Залежність поверхневого натягу розчинів білків від їх концентрації
Результати досліджень показали, що ПУЗ яєчного білку склала 420 %, а сироваткого білку 400 %. При комбінуванні яєчного та сироваткового білків у різних співвідношеннях, збільшення кількості сироваткового білку в суспензії призводило до зниження показника ПУЗ. З метою збалансування незамінних амінокислот у цукеркової масі використовували яєчний та сиро-ватичний білки у співвідношенні 506:50. При такому співвідношенні білків показники ПУЗ складали 344 %, а стійкість піни через годину вистоювання - 77 %.
4. 4. Дослідження впливу технологічних факторів на стабілізацію білкових систем для надання їм агрегативної стійкості
Попередніми роботами [16] встановлено, що оптимальним співвідношенням, яке впливає на ПУЗ та
Рис. 3. Піноутворювальна здатність та стійкість пін комбінацій яєчного та сироваткового білків
стійкість піни для відновлення водою сухого яєчного білка, є концентрація 1:7, яка, вірогідно, відповідає критичній концентрації міцелоутворення. При такому співвідношенні білку та води ПУЗ розчину максимальна, при зміненні концентрації починає знижуватися або залишається на постійному рівні. Крім того, при досягненні такого співвідношення відбувається формування адсорбційного шару, який має максимальну міцність [1].
Оскільки в літературі не знайдено відомостей про відновлення сироваткових білків, нами проведено дослідження щодо встановлення ПУЗ від часу збивання і співвідношення води до білка. Результати досліджень представлені на рис. 4.
Встановлено, що для білку яєчного (рис. 4, а) при відновленні водою 1:7 та часом збивання 5 хв. ПУЗ складає 750 %. Найвища ПУЗ сироваткового білку (рис. 4, б) спостерігається у співвідношенні 1:10 при збиванні 3 хв. Це пояснюється більшою гідратаційною здатністю сироваткового білка, порівняно з яєчним. Максимальне значення ПУЗ суміші яєчного та сироваткового білків (рис. 4, в) - 430 % спостерігається у співвідношенні комбінованої білкової суміші до води
1:7 при 2-3 хв. збивання. На підставі отриманих даних були розроблені рекомендації щодо відновлення сухого сироваткового білку для білкової суміші
Стабільність пін визначається хімічної природою піноутворювача. Стабілізація плівок піноутворювача-ми обумовлена наступними факторами: кінетичною дією, яка призводить до уповільнення стоншення плівки, підвищенням структурно-механічних властивостей адсорбційно-сольватних шарів, а також термодинамічним фактором (розклинювальним тиском). При вивченні стійкості пін вченими виявлено, що стабільність бульбашок залежить від міцності адсорбційного шару. Стійкість адсорбційних шарів визначається механічними властивостями поряд з поверхневою активністю ПАР. При утворенні області підвищеного поверхневого натягу в результаті стоншення плівки на її поверхні встановлюється градієнт поверхневого натягу, наслідком якого спостерігається швидкий рух мономолекулярного шару (ефект Марангоні). Явище, назване поверхневим перенесенням, сприяє стабілізації плівки пін [17].
Технологія збивних цукеркових мас передбачає збивання пін з додаванням цукрово-патокових сиропів. Додавання в білкові розчини цукрів погіршує процес пі-ноутворення, але підвищує стійкість піни. Зниження ПУЗ обумовлено більш стабільною структурою білка в цукрових розчинах, через що молекули білка гірше розкручуються при адсорбції на межі розділу фаз.
На сьогоднішній день у виробництві кондитерських виробів використовуються глюкозо-фруктозні сиропи (ГФС) як замінник патоки з метою поліпшення консистенції продукту та смакових якостей, зниженню калорійності та ступеня солодкості (солодкість ГФС дорівнює 0,50 солодкості сахарози).
Метою наступних досліджень було визначення ролі цукрів у формуванні білкових пін. Вплив патоки, ГФС та цукрового сиропу (ЦС) на ПУЗ та стійкість піни наведено на рис. 5.
При проведенні серії модельних дослідів шляхом збивання білків з патокою, ГФС та ЦС було встановлено, що ПУЗ та стабільність піни при додаванні ГФС підвищилась. Найбільша ПУЗ піни яєчного білка спостерігається при додавання ГФС-30, який за вуглеводним складом має 35-45 %
Рис. 4. ПУЗ білків в залежності від тривалості збивання: а — яєчний білок; б — сироватковий білок; в — суміш яєчного і сироваткового білків 50:50
а
в
З
глюкози, 28-32 % фруктози та 17-23 % мальтози (рис. 5). У піні, отриманої з сироваткового білку максимальна ПУЗ відмічена з додаванням ГФС-10 (22-26 % глюкози, 37-45 % мальтози, 10-15 % вищих цукрів, 8-12 % фруктози) та ГФС-42 (50-52 % глюкози, 44-46 % фруктози). Краща ПУЗ суміші яєчного та сироваткового білків спостерігалась при додаванні сиропу ІГ-42, основними вуглеводами якого є 42-63 % вищих цукрів, і майже однакова кількість (12-20 %) глюкози, мальтози, мальтотриози.
Таким чином, отримані результати свідчать, що сахароза незначно підвищує ПУЗ білкових пін, ймовірно, внаслідок підвищення поверхневого натягу. Однак, додавання ГФС підвищує ПУЗ білкових пін. З літератури [14] відомо, що у глюкозному сиропі можуть бути присутніми значні кількості білкових залишків, які мають впливати на процес; до складу патоки входять декстрини, які володіють властивостями ПАР. Тому, додавання цукрово-глюкозного сиропу до збитого білку сприятиме збільшенню показнику піноут-ворення системи. Крім того, позитивний вплив цукрів пояснюється збільшенням в’язкості об’ємної фази, що знижує темпи втрат рідини ламелами.
Для визначення зміни структури білкових пін з додаванням ГФС проводили мікрозйомку пін, отримані мікрофотографії наведені на рис. 6.
На підставі досліджень доведено, що при додаванні сиропу структура білкової піни змінилася, в порівнянні з білками і їх сумішшю, при цьому частина бульбашок зменшилася в розмірі (20-50 мкм). Додавання сиропу до яєчного (рис. 6, а), сироваткового (рис. 6, б) білків та їх суміші (рис. 6, в) забезпечувало отримання піни, майже з рівномірними однаковими бульбашками невеликого розміру, розташованими близько один до одного. Стабільність пін підвищилася за рахунок збільшення в’язкості дисперсійного середовища.
В’язкість міжплівкової рідини, із зростанням якої сповільнюється швидкість процесу витікання рідини, відіграє роль у підвищенні стійкості пін.
Для визначення в’язкості модельних білкових систем з додаванням сиропу були проведені дослідження
реологічних характеристик на віскозиметрі «Reotest» за температури 20 °С та градієнта швидкості в діапазоні 0,55-243 с-1. Реологічні криві плинності та в’язкості модельних білкових систем з додаванням цукрово-патокового сиропу (ЦПС) наведено на рис. 7, 8.
а б в
Рис. 6. Мікроструктура зразків білкової піни з додаванням ГФС: а — яєчного білка; б — сироваткового білка; в — суміш яєчного і сироваткового білків 50/50
Аналіз експериментальних даних показав, що всі отримані системи відносяться до тиксотропних струк-турованих систем з розвиненою міцною надмолекулярною структурою.
Встановлено, що міцність структурних зв’язків в системі з сироватковим білком є вищою в 6 разів порівняно з системою на яєчному білку та в 1,6 разів з системою комбінації білків. Реологічні характеристики (динамічна межа здатності до плинності, міцність структурного каркасу надмолекулярних зв’язків, пружня деформація) найбільші для системи сироватковий білок з ЦПС. Отримані дані підтверджують ефективність застосування ЦПС для стабілізації піноподібної структури.
При утворенні адсорбційного шару на поверхні адсорбуються ПАР. Перехід поверхостно-активних компонентів в середню частину плівки обумовлений особливостями її утворення, що сприяє безперервному оновленню поверхні та обміну ПАР. У результаті цих процесів в середній частині плівки утворюється просторова структура, яка суттєво підвищує в’язкість плівки. Наявність об’ємної структури в плівках значно підвищує в’язкість цієї частини плівки. Процес стабілізації полягає, вірогідно, в різкому падінні швидкості рідини і, відповідно, швидкості стоншення плівки. Утворення просторової структури пояснюється виділенням ПАР з пересичених розчинів у вигляді тонкої колоїдної фази. У розчинах високої в’язкості стійкі піни утворюються завдяки стабілізації тільки поверхневих шарів просторової структури. В’язкість всієї плівки визначається високою в’язкістю адсорбційних шарів внаслідок переважної адсорбції більш активних молекул [18].
При створенні нових технологій цукеркових мас з піноподібною структурою, необхідним є використання комбінації поверхнево-активних речовин та гідроко-лоїдів, які зумовлюють утворення на межі повітря-рі-дина подвійних електричних або сольватних шарів та
—Стійкість піни. %
Щ Піноутворювапьна здатність яєчного білку, %
Піноутворювальна здатність сироваткового білку, %
| | Піноутворювапьна здатність комбінації яєчного та сироваткового білку, %
Рис. 5. Вплив патоки, ГФС, ЦС на ПУЗ та стійкість піни
Е
структурованого гелевого прошарку дисперсійного середовища з певними реологічними властивостями. З цією метою використовували поєднання гідроколоїдів желатину та гуміарабіку.
і],Па-с
20
0 100 200 300 400 500 600 700
Р Пя
* яєчний 6ІЛОК+ ЦП С
■ снр оватковий біт ок+ЦП С
* яєчнийта сироватковий білок+ЦПС
Рис. 7. Реологічні криві в’язкості білкових систем, з додаванням ЦПС
£. с"1 1400 1200 1000 800 600 400 200 о
Рис. 8. Реологічні криві плинності білкових систем, з додаванням ЦПС
Тому, наступним кроком досліджень було створення комбінації гуміарабік та желатин у певних їх співвідношеннях. Результати впливу стабілізаторів на піноутворення і стійкість пін і представлені в табл. 4.
З досліджень бачимо, що гідроколоїди в суміші дають гарну піноутворювальну здатність, стійкість пін протягом години вистоювання склала 98-99 %. Стійкість пін пояснюється структуротворними властивостями гідроколоїдів. Найбільша піноутворювальна здатність при використанні суміші стабілізуючих речовин (желатин + гуміарабік), можливо, пояснюється збільшенням масової частки білка в суміші та розгалуженням молекул полісахариду. Таким чином, завдяки підвищеним піно- та драглеутворювальним властивостям комплексна суміш желатин: гуміарабік є обґрунтованою для стабілізації пін збивних цукерок.
Дослідження мікроструктури білкових систем з додаванням розчинів гуміарабіку, желатина та їх суміші наведено на рис. 9.
Аналіз мікроструктур показав, що під час збивання білків з розчином гуміарабіку (рис. 9, а, б, в), желатину (рис. 9, г, ґ, д), та їх суміші (рис. 9, е, є, ж) утворюється пі-ноподібна структура з сферичними пухирцями повітря.
119|.................................................
• яєчний білок + ЦПС
■ сироватковий білок+ЦПС
* яєчний та сироватковий білок+ЦПС
Таблиця 4
Вплив желатину та гуміарабіку на ПУЗ білків
Найменування зразків рН системи Піноутво- рювальна здатність, % Стійкість піни через годину після збивання, % Густина розчину, кг/м3
Желатин 220 Bloom 4,53 430,0 98,0 200,0
Желатин 240 Bloom 5,03 400,0 96,0 190,0
Яєчний білок 7,09 420,0 92,0 200,0
Яєчний білок + + розчин желатину 6,98 400,0 98,0 174,0
Яєчний білок + розчин гуміарабіку 7,45 400,0 96,0 148,0
Яєчний білок + + розчин желатин : гуміарабік 1:1 6,68 450,0 99,0 224,0
Сироватковий білок 6,78 400,0 78,0 205,0
Сироватковий білок+ + розчин желатину 6,82 420,0 96,0 194,0
Сироватковий білок + + розчин гуміарабіку 6,63 420,0 92,0 162,0
Сироватковий білок + + розчин желатин : гуміарабік 1:1 6,36 480,0 98,0 228,0
Яєчний білок + сироватковий білок 7,08 344,0 77,0 208,0
Яєчний білок + + сироватковий білок + + розчин желатину 7,01 450,0 98,0 224,0
Яєчний білок + + сироватковий білок + + розчин гуміарабіку 6,83 450,0 96,0 174,0
Яєчний білок + + сироватковий білок + + розчин желатин : гуміарабік 1:1 6,46 470,0 99,0 290,0
З композицією гідроколоїдів в пінах переважали середні та дрібні бульбашки повітря з розміром 80-120 мкм без великих включень. У системі спостерігається те, що пухирці притягаються один до одного, що, ймовірно, пов’язано з утворенням електростатичних комплексів.
Дослідження реологічних властивостей піноподібних білкових систем, які були отримані з додаванням ЦПС та розчину гідроколоідїв желатин:гуміарабік проводилися на ротаційному віскозиметрі «Reotest-2». За експериментальними дослідженнями будували реологічні криві в’язкості (рис. 10) та плинності (рис. 11) систем.
Аналіз експериментальних даних показав, що отримані системи є структурованими і проявляють псевдопластичні властивості. Всі досліджені системи мають розвинену надмолекулярну структуру коагу-ляційного типу. Для всіх систем умовний статичний поріг текучості і Рк1>0, тому вони належать до тиксотропних структурованих систем з сильно розвиненою міцною надмолекулярною структурою.
Величина аномалії в’язкості Спо-Пм) показує, що системи належать до міцних коагуляційних структур.
На підставі досліджень реологічних характеристик систем був зроблений висновок, що додавання гідро-колоїдів значно підвищує їх в’язкість та стабілізує структуру. Цілісність піни залежить від ступеня дра-глеутвореня білкової плівки на межі розділу фаз, яка зумовлює достатню для стабілізації піни механічну міцність плівки.
З отриманих даних можна зробити висновок, що на початкових стадіях утворення міжфазного адсорбційного шару його міцність визначається головним чином
згущенням маси на межі розділу рідких фаз, тобто процесами масопереносу макромолекул гідроколоїдів желатину, гуміарабіку та їх агрегатів. Стабілізуючу дію обумовлено структурно-реологічними властивостями (високою в’язкістю, пружністю, механічною міцністю) гелеобразних адсорбційних шарів.
е є ж
Рис. 9. Мікроструктура пін з додаванням гідроколоїдів: а — яєчний білок + гуміарабік; б — сироватковий білок + гуміарабік; в — суміш яєчного і сироваткового білку 50/50 + гуміарабік; г — яєчний білок + желатин; ґ — сироватковий білок + желатин; д — суміш яєчного і сироваткового білку 50/50 + желатин; е — яєчний білок + гуміарабік + желатин; є — сироватковий білок + гуміарабік + желатин; ж — суміш яєчного і сироваткового білку 50/50 + гуміарабік + желатин
>1,Пас
і
жЧ
Vv
хАч
-"■"ЧІ
0 - — • . *
*
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Р Па
* яєчнийбілок+ ЦПС + розчингідроколлоїлія ■ сироватковий білок+ ЦПС + розчин гідроколлоідів ^ яєчнийта сироватковий білок+ЦПС + розчингідрожжчоідів
Рис. 10. Реологічні криві в’язкості білкових систем, з додаванням ЦПС та розчину гідроколлоїдів
* ЯЄЧНИЙ 6ІЛОК + ЦПС + розчин гідроколлоїдів ■ сироватковий білок+ ЦПС + розчин гідроколлоідІЕ » яєчнийта сироватковий білок+ ЦПС+розчингідрожшлоїдш
Рис. 11. Реологічні криві плинності білкових систем, з додаванням ЦПС та розчину гідроколоїдів
З розчинів асоціатів желатину з гуміарабиком утворюються стійкі плівки при низьких концентраціях компонентів. Це пояснюється структурно-механічними особливостями стабілізуючих шарів, сформованих асоціатами желатин - гуміарабік, а також значним зниженням поверхневого натягу сумішей і вказує на високу стабілізуючу дію комбінації драглеутворю-вачів желатин - гуміарабік.
Поєднання гуміарабіка, який за хімічною будовою відноситься до класу глікопротеїнів, та желатину, який є білком, надають можливість отримати необхідну структуру цукерковій масі. Карбоксилат-іони гуміарабіку, взаємодіючи з зарядженими аміногрупами білків желатину стабілізують піноподібну структуру та впливають на адгезію цукеркової маси.
5. Апробація результатів
Розроблені зразки цукерок «Південий самоцвіт» та «Виноградна перлинка» з використанням сироваткових білків та комплексних сумішей гідроколоїдів желатин - гуміарабік були представлені на XIV дегустаційному конкурсі кондитерських виробів «Солодкий тріумф - 2013» у рамках спеціалізованої виставки SWEETS & BAKERY Ukraine 2013 і нагороджені дипломами за перемогу у номінації «Тріумф інновацій».
6. Висновки
Таким чином, сукупність наведених даних показує можливість подальшого вивчення та використання розглянутих біологічно активних сироваткових білків при створенні нового асортименту збивних цукеркових мас з оригінальною структурою.
З проведених досліджень можно зробити висновки, що додавання цукрово- глюкозного сиропу до білкових пін сприяє збільшенню піноутворення системи. Позитивний вплив цукрів на стабільність білкових пін пояснюється збільшенням в’язкості об’ємної фази, що знижує темпи втрат рідини ламелами і підвищує стійкість систем.
Додавання комплексних сумішей желатин - гуміарабік завдяки зниженню поверхневого натягу і створення агрегативно-стійких прошарків дисперсійного
середовища надають високу стабілізуючу дію, завдяки чому підтверджено можливість стабілізації властивостей багатокомпонентних дисперсних систем збивних цукеркових мас
У рамках розглянутої проблеми переробки білка дослідження електростатичні взаємодії білків і
кислих полісахаридів, представляється необхідним насамперед у зв’язку із завданням отримання гомогенних стабільних систем, що містять білки, і регулювання властивостей багатокомпонентних харчових систем.
Література
1. Зубченко, А. В. Физико-химические основы технологии кондитерский изделий [Текст] / А. В. Зубченко. - Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2001. - Э89 с.
2. Феннема, О. Р. Химия пищевых продуктов [Текст] / Ш. Дамодаран, К. Л. Паркин, О. Р. Феннема; пер. с англ. - СПб.: Профессия, 2012. - 1040 с.
3. Mulvihill, D. M. Рroduction, functional properties and utilization of milk protein products [Текст] / D. M. Mulvihill // Advansed Dairy Chemistry. 1. Proteins - London: Elsevier Applied Science, 1992. - С. Э69-404.
4. Mehra, R. Milk immunoglobulins for health promotion [Текст] / R. Mehra, P. Marnila, H. Korhonen // Inter. Dairy J. - 2006. -Vol. 16. - С. 1262-1271.
5. Остроумов, Л. А. Классификация функциональных компонентов и пищевых продуктов из молочной сыворотки, полученных мембранными методами [Текст] / Л. А. Остроумов, Г. Б. Гаврилов // Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека: Сборник материалов Межрeгиональной научно-практической конференции - Красноярск. - 2006. - С. Э74-Э75.
6. Твердохлеб, Г. В. Химия и физика молока и молочных продуктов [Текст] / Г. В. Твердохлеб, Р. И. Раманаускас. - М.: ДеЛи принт, 2006. - Э60 с.
7. Bostwick, E. E. Lactiglobulins. In: Natural Food Antimicrobial Systems: (ed. A.S. Naidu) [Текст] / E. E. Bostwick, J. M. Steijns,
S. Braun // CRC Press; Bosa Raton. - 2000. - С. 1ЭЭ-158.
8. Kraulis, P. MOLSCRIPT: a program to produce both detailed and schematic plots of protein structures [Текст] / P. Kraulis // J. Appl. Crystallogr., 1991. - 24. - Р. 946-950.
9. Bull, H. B. Thermal stability of proteins [Текст] / H. B. Bull, K. Breese // Arch. Biochem. - Biophys. - 197Э. - 158. - С. 681-686.
10. Kinsella, J. E. Water sorption by proteins: milk and whey proteins [Текст] / J. E. Kinsella, P. F. Fox // CRS Crit. Rev. Food Sci. Nutr. - 1986. - 24. - С. 91-1Э9.
11. Kuntz, I. D. Hydration of proteins and polypeptides [Текст] / I. D. Kuntz, W. Kauzmann // Adv. Pritein Chem. - 1974. - 28. -
С. 2Э9-Э45.
12. Гордиенко, Л. А. Разработка технологии молочных напитков с использованием концентраты сывороточных белков, полученного методом ультрафильтрации [Текст] : дис. ... канд. тех. наук: 05.18.04 / Гордиенко Людмила Александровна. - Ставрополь, 2010. - 19Э с.
13. Филлипс, Т. О. Справочник по гидроколлоидам [Текст] / Т. О. Филлипс, П. А. Вильямс. - СПб., 2006. - 5Э6 с.
14. Аймесон, А. Пищевые загустители, стабилизаторы, гелеобразователи [Текст] / А. Аймесон; пер. с англ. С. В. Макарова. -СПб.: Профессия, 2012. - 408 с.
15. Тихомиров, В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения [Текст] / В. К. Тихомиров - М.: Химия, 198Э. - 264 с.
16. Кондратова, И. И. Оптимизация технологических режимов изготовления сбивных кондитерских масс [Текст] / И. И. Кон-дратова, С. Е. Томашевич // Пищевая промышленность: наука и технологии. - 2010. - №1 (7). - С. Э8-45.
17. Богданов, Е. Мальтозные и глюкозо-фруктозные сиропы: функциональные возможности при производстве желейних кондитерських изделий [Текст] / Е. Богданов // Продукты & ингредиенты. - 2007. - № 9. - С. 16-17.
18. Кругляков, И. М. Пена и пенные пленки [Текст] / И. М. Кругляков, Д. Р. Ексерова. - М.: Химия, 1990. - 4Э2 с.
12l|
