В.А. Васькина, д.т.н., профессор, А.А. Двоеглазова, магистр
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств»
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 пенообразующего и эмульгирующего агентов в производстве крема. Для повышения устойчивости пены в раствор молочной сыворотки вводили полисахариды: агар, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), пектин. Качество крема оценивали по физико-химическим и органолептическим показателям, а также по его структуре, выявляемой на томографе [9]. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1. Изучить влияние полисахаридов и их смесей на пенообразующую 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 пенообразующих свойств, которые в дальнейшем принимались за контроль. Следует отметить, что пенная масса из раствора молочной сыворотки отличается крупными пузырьками воздуха и низкой стойкостью. Для повышения устойчивости пены в раствор молочной сыворотки вводили полисахариды: A агар, B карбоксиметилцеллюлоза (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=Ymax(sA, 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, sC) = Ymax(sA, sB, sC). (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 Ymax.
Изучено влияние добавления каждого из полисахаридов в отдельности на пенообразующую способность растворов молочной сыворотки. Результаты экспериментов представлены на рис. 1.
Рисунок 1. Кратность пены Y растворов молочной сыворотки без добавок (1) и с добавками отдельных полисахаридов: пектина (2), КМЦ (3), агара (4).
Из рисунка 1 видно, что пенообразующая способность молочной сыворотки составила Ymax(0, 0, 0) 250%. Введение в раствор молочной сыворотки как агара, так и КМЦ повышает пенообразующую способность до Ymax(sA, 0, 0) Ymax(0, sB, 0) 300%. Отмеченное 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 Ymax(0, 0, sC) 190%, при этом t*(0, 0, sC)=2 мин.
Далее определяется Y(t, sA, sB, sC) для раствора белок-полисахаридной смеси (БПС) с двумя полисахаридами. Из трёх отдельных полисахаридов изучаются двойные смеси: А+В; А+C; C+В. Для получения раствора БПС с двумя полисахаридами брались оптимальные растворы с каждым из них и смешивались в одинаковой пропорции. В частности выявилось, что в растворах БПС, содержащих смеси A+В, наблюдается синергетический эффект Ymax(sA, sB, 0) 500% 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=Ymax) на всем периоде сбивания, что свидетельствует о стойкости пены со смесью А+C+В, при этом пенная масса отличается мелкой дисперсностью пузырьков воздуха.
Рисунок 2 Кратность пены Y раствора молочной сыворотки без добавок (1) и с добавкой тройной смеси полисахаридов – (агар+КМЦ+пектин) (2).
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(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, sС и sB, что дает возможность наглядно представлять результаты. Пусть величина Ymax экспериментально измерена для N различных пар {sС(i), sB(i)}, i=1,…,N (sС(i)+sB(i)1). Тогда эту величину можно эффективно проинтерполировать на всем допустимом диапазоне изменения аргументов, если представить ее полиномом от двух переменных Z(sС, sB), а число n неизвестных коэффициентов Kj, j=1,…,n при линейно независимых слагаемых (степенях sСl sBm) не превышает N, т.е. nN. Приравнивая значения полинома Z известным значениям Ymax в точках измерения {sС(i), sB(i)}, i=1,…,N, получаем систему N линейных уравнений относительно n неизвестных Kj. Решая систему любым корректным методом, в полном виде определяем полином Z(sС, sB), интерполирующий искомую функцию Ymax(sС, sB, 1-sС-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 Ymax, вполне очевидно, что в настоящей работе для раствора БПС с тройной смесью полисахаридов А+В+C число замеров Ymax равнялось 7, 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 Kj, равным 7, т.е. n=N. Построенные в изолиниях поверхности отклика Ymax для раствора БПС с тройной смесью полисахаридов A+B+C показаны на рис. 3. Полученная поверхность отклика пенообразующей способности Ymax(sA, sB, sC) 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 (Ymax 300%), Увеличение доли КМЦ в смеси полисахаридов, состоящей из агар+пектин в равных количествах, не оказывает влияния на пенообразующую способность. Доминирующее влияние на Ymax оказывает агар, который в смеси с КМЦ проявляет синергетический эффект (Ymax 500%), а в смеси с пектином подавляет его отрицательное влияние на пенообразование. Поверхность отклика продолжительности сбивания t*(sA, sB, sC) (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 t*, а увеличение доли пектина к снижению t* с образованием минимума при sА 0.2, sB 0.2, sC 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 органолептическим показателям. Оценка качества крема представлена в таблице 1.
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 |
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.
Рисунок 4 Томографическое изображение: а – традиционного крема; б –крема с использованием молочной сыворотки и тройной смеси полисахаридов.
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 контролем. 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 пенообразующей 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.
Список используемой литературы
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, В.А. 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, J.A. 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, В.А. Молочная сыворотка в производстве кондитерских начинок пенной структуры / В.А. Васькина, А.В. Головачева // Хранение и переработка сельхозсырья. – 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 ХХI 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, Е.А. Семенов, О.А. Введенская // Кондитерское и хлебопекарное производство. – 2005. – №10. – С.8-9.
