Применение продуктов переработки крахмала для восполнения сухих веществ в мороженом с низким содержанием жира

doi: 10.24411/0235-2451-2020-10516

УДК637.674

Применение продуктов переработки крахмала для восполнения сухих веществ в мороженом с низким содержанием жира

А. А. ТВОРОГОВА, Н. В. КАЗАКОВА, А. В. ЛАНДИХОВСКАЯ

Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности - филиал «Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, ул. Костякова, 12, Москва, 127422, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили с целью обоснования возможности использования в производстве мороженого с низким содержанием жира ингредиентов для повышения массовой доли сухих веществ. Их выбор проводили с учетом влияния на криоскопическую температуру, долю вымороженной воды, способность смеси к насыщению воздухом, динамическую вязкость, дисперсность воздушной фазы и кристаллов льда и термоустойчивость. Для восполнения сухих веществ в мороженом с низким содержанием жира обосновано применение высокомолекулярных продуктов переработки крахмалов мальтодекстринов (MultyDexSun 12 и MultyDex 18 - образцы №2 и №3) и глюкозного сиропа (Multydex 38 - образец №4). Они не оказывают заметного воздействия на криоскопическую температуру и долю вымороженной воды, положительно влияют на способность смеси к насыщению воздухом, дисперсность воздушной фазы и кристаллов льда. Наибольшей взбитостью характеризовался образец №4 с сухим глюкозным сиропом - 118 %, против 108 % в контроле. Средний диаметр воздушных пузырьков через 6 мес. хранения мороженого в образце №1 (контроль) составил 43 мкм, в образцах №2 и №3 - 25 и 26 мкм соответственно, №4 - 31 мкм при пороге органолептической ощутимости 50 мкм. Наибольшая дисперсность кристаллов льда отмечена в образце №4 с глюкозным сиропом. Пик дифференциальной кривой их распределения по размерам в образце №4 приходился на 22 мкм, №1 - 30 мкм, образцов №2 и №3 - 40 мкм. Результаты исследований имеют значение для обоснования технологии производства мороженого.

Ключевые слова: молочное мороженое, восполнение сухих веществ, мальтодекстрины, глюкозный сироп, воздушные пузырьки, кристаллы льда.

Сведения об авторах: А. А. Творогова, доктор технических наук, зам. директора (e-mail: antvorogova@yandex.ru); Н. В. Казакова, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник; А. В. Ландиховская, аспирант, младший научный сотрудник. Для цитирования: Творогова А. А., Казакова Н. В., Ландиховская А. В. Применение продуктов переработки крахмала для восполнения сухих веществ в мороженом с низким содержанием жира // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т 34. № 5. С. 77-81. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10516.

Use of starch processing products to replenish solids in low-fat ice cream

A. Tvorogova, N. V. Kazakova, A. V. Landikhovskaya

All-Russian Scientific Research Institute of Refrigeration Industry - branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of Russian Academy of Science, ul. Kostyakova, 12, Moskva, 127422, Russian Federation

Abstract. The purpose of the studies was to justify the possibility of using ingredients increasing the mass fraction of solids in the production of low-fat ice cream. They were selected taking into account their effect on cryoscopic temperature, frozen-out water proportion, air saturability of the mixture, dynamic viscosity, dispersity of the air phase and ice crystals, and thermal stability. The use of high molecular weight conversion products of maltodextrin starches (MultyDexSun 12 and MultyDex 18 - samples No. 2 and No. 3) and glucose syrup (Multydex 38 - sample No. 4) is substantiated for the replenishment of dry substances in low-fat ice cream. They do not have a noticeable effect on cryoscopic temperature and the proportion of frozen-out water, positively affect air saturability of the mixture, as well as dispersity of the air phase and ice crystals. The average diameter of air bubbles after 6 months of ice cream storage in sample No. 1 (control) was 43 |m; in samples No. 2 and No. 3, it was 25 um and 26 um, respectively; in samples No. 4, it was 31 um at an organoleptic sensibility threshold of 50 um. The greatest dispersity of ice crystals was noted in sample No. 4 with glucose syrup. The peak height of the differential curve of their size distribution for sample No. 4 was 22 um; for sample No. 1, it was 30 um; for samples No. 2 and No. 3, it was 40 um. The study results are important to justify ice cream production technology. Keywords: milk ice cream; replenishment of dry substances; maltodextrins; glucose syrup; air bubbles; ice crystals.

Authors Details: A. A. Tvorogova, D. Sc. (Tech.), deputy director (e-mail: antvorogova@yandex.ru); N. V. Kazakova, Cand. Sc. (Tech.), leading research fellow; A. V. Landikhovskaya, post graduate student, junior research fellow.

For citation: Tvorogova AA, Kazakova NV, Landikhovskaya Av [Use of starch processing products to replenish solids in low-fat ice cream]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2020;34(5):77-81. Russian. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10516.

Органолептические и структурно-механические показатели мороженого, в значительной мере определяющие его потребительские характеристики, напрямую зависят от химического состава, в первую очередь, от массовой доли жира и сухих веществ [1, 2]. Мороженое в соответствии с действующим законодательством относится к молочной продукции, массовая доля сухих веществ молока в нем должна быть не менее 40 %, если это молочный составной продукт, и не менее 20 % в молокосодержащем продукте или молокосодер-жащем продукте с заменителем молочного жира (ТР ТС 033/2013). В производстве мороженого функциональной направленности при снижении массовой доли жира и/или сахаров существуют проблемы с их адекватной заменой и восполнением сухих веществ до уровня традиционного продукта [3, 4].

Ингредиенты, применяемые с этой целью, не должны оказывать отрицательного влияния на показатели качества

мороженого и параметры технологического процесса и должны быть преимущественно натурального происхождения [5, 6]. Из существующих на сегодняшний день на эту роль подходят продукты переработки крахмала [7, 8], характеризуемые, как правило, нейтральным вкусом и экономической доступностью. Важно и то, что в последние годы их стали производить в России по современным конкурентоспособным технологиям [9].

Для традиционного молочного мороженого, согласно ГОСТ 31457-12, характерна низкая массовая доля молочного жира (3,0...4,0) и сухих веществ (не более 29,0 %). При этом 50,0 % от общей массовой доли сухих веществ приходится на низкомолекулярное вещество - сахарозу. Вследствие этого важное место в формировании органо-лептических и структурно-механических характеристик молочного мороженого традиционного состава занимают сахароза, ее растворы, слабосвязанная или свободная влага, а вкусо- и формообразующая роль жира весьма

Таблица 1. Химический состав экспериментальных образцов мороженого

Массовая доля, %, не менее

Показатель образец № 1 образец образец образец

(контроль) № 2 № 3 № 4

Массовая доля (не менее), %:

общих сухих веществ 29,5 32,0 32,0 32,0

в том числе

молочного жира 3,0 3,0 3,0 3,0

СОМО 10,5 10,5 10,5 10,5

сухих веществ сахарозы 15,5 15,5 15,5 15,5

сухих веществ мальтодек-

стрина марки «М18» - 2,8 - -

сухих веществ мальтодек-

стрина марки «М12» - - 2,8 -

сухих веществ глюкозного 2,8

сиропа - - -

сухих веществ

стабилизатора-эмульгатора 0,62 0,52 0,52 0,52

незначительна.

Невысокая массовая доля жира в мороженом этого вида, желательная с точки зрения современных тенденций в питании (http://www.consultant.ru/document/ сопв_с1ос_1_АШ_106196/аЬЬ337778165250с1ае206сас1с6с1с9 1е21308ГО22; https://www.fda.gov/news-events/fda-voices/ fdas-nutrition-innovation-strategy-makes-great-progress-Л^^ан https://ec.europa.eu/info/publications/strategic-plan-2016-2020-health-and-food-safety_en), служит причиной сравнительно невысоких органолептических, а в совокупности с относительно низкой массовой долей сухих веществ, и структурно-механических характеристик такого продукта.

Цель исследований - обоснование выбора разновидностей продуктов переработки крахмала для применения в производстве мороженого для восполнения сухих веществ.

Условия, материалы и методы. На первой стадии исследований был обоснован ассортимент продуктов переработки крахмала для восполнения сухих веществ в мороженом на примере его традиционной разновидности. При этом руководствовались необходимостью сохранения вкуса и структурно-механических характеристик мороженого. Учитывая, что компоненты, используемые для восполнения сухого вещества, могут быть немолочного происхождения, целесообразно сравнивать их воздействие на показатели качества с влиянием сахарозы, на долю которой в мороженом чаще всего приходится 35.. .50 %.

Для определения влияния мальтодекстринов на технологически значимые показатели готового продукта в образцах мороженого с массовой долей жира 3 % было проведено восполнение сухих веществ на 2,8 % путем добавления мальтодекстринов 2-х марок и глюкозного сиропа, а доля стабилизатора-эмульгатора снижена до уровня сливочного мороженого с массовой долей сухих веществ 0,52 % (табл. 1). Мороженое вырабатывали на экспериментальном стенде ВНИХИ, позволяющем полностью воспроизвести все стадии производства в промышленных условиях. В смесь для его изготовления добавляли маль-тодекстрины (MultyDexSun 12 и МultyDex 18) и глюкозный сироп (Multydex38), предоставленные компанией ООО «Крахмальный завод Гулькевичский». Образцы мороженого хранили в одной морозильной камере при температуре минус 18 °С в течение 6 месяцев.

В каждом из выработанных образцов определяли вязкость смеси до и после созревания (смесь хранили при температуре 4...6 °С в течение 4 часов) при градиенте сдвига 0,83 с-1, взбитость мороженого при выгрузке из фризера, скорость таяния и формоустойчивость, степень дисперсности структурных элементов мороженого (воздушной фазы и кристаллов льда) в процессе хранения.

Динамическую вязкость смесей измеряли при температуре (4±0,5) °С методом ротационной вискозиметрии (вискозиметр марки «Brookfield DV-II+Pro» с обеспечением Rheocalc V3.1-1). Состояние воздушной фазы и кристаллов льда в мороженом определяли микроструктурным методом (микроскоп CX41RF со встроенной фотокамерой и программным управлением), устойчивость мороженого к таянию - тер-мостатированием (стенд с регулируемым термостатом и электронными весами) в соответствии с методикой, основанной на измерении массовых долей плава мороженого, образующегося за некоторый промежуток времени под воздействием постоянной температуры (20±0,5) °С, формоустойчивость -методом фотосъемки (стенд с регулируемым термостатом и фотокамерой), взбитость - по ГОСТ 31457-2012.

Для оценки дисперсности кристаллов льда использовали методику, разработанную и утвержденную во ВНИХИ. Для каждого образца отбирали по три фотографии, на каждой из которых подсчитывали линейные размеры (наибольшее расстояние между вершинами кристалла) всех видимых в поле зрения кристаллов льда. Полученные значения обрабатывали в программе Excel.

Все исследования проводили в двух параллелях при одинаковых условиях. Данные представлены в виде арифметической средней. При доверительной вероятности P = 0,95 расхождения в показателях не превышали допустимого уровня значимости а = 0,05.

Результаты и обсуждение. Сахароза - источник традиционного для мороженого профиля сладкого вкуса, хорошо растворима в воде, оказывает влияние на подвижность воды и ее кристаллизацию при замораживании. Перечисленными функциональными свойствами обладают глюкоза и высокомолекулярные вещества, в частности продукты переработки крахмала: глюкозно-фруктозные сиропы, патока, глюкозные сиропы и мальтодекстрины. Глюкоза и глюкозно-фруктозные сиропы (ГФС) могут оказывать более заметное воздействие на формирование структуры продукта, чем сахароза, из-за более низкой молекулярной массы. Их применение в значимых (более 5 %) количествах приводит к заметному снижению крио-скопической температуры и доли вымороженной воды, по сравнению с традиционным продуктом, при одной и той же температуре выгрузки продукта из фризера. Кроме того, если сладость сахарозы принять за 1, то у глюкозы она будет находиться на уровне 0,7, ГФС по сладости практически не уступает сахарозе. В связи с этим глюкозу и ГФС использовать для восполнения сухих веществ в продуктах с оптимальной сладостью проблематично.

Сладость патоки и глюкозных сиропов может быть выражена в различной степени, молекулярная масса этих продуктов выше, чем у сахарозы. Однако использование

Таблица 2. Показатели динамической вязкости в смесях для мороженого, мПа-с

Этап технологического процесса № 1 (контроль) №2 № 3 № 4

До созревания 188 159 171 144

После созре-

вания 184 147 163 131

Рис. 1. Состояние воздушной фазы в молочном мороженом патоки, имеющей консистенцию густого сиропа, удобно далеко не на всех предприятиях.

Молекулярная масса мальтодекстринов значительно выше, чем у сахарозы, а их сладость в 10 и более раз ниже. Следовательно, мальтодекстрины наиболее подходящие ингредиенты для восполнения сухих веществ в мороженом при условии отсутствия их отрицательного влияния на технологически значимые показатели этого продукта.

При массовой доле жира 3,0 %, вне зависимости от общей массовой доли сухих веществ, вязкость смесей в процессе созревания практически не возрастает (табл. 2), что присуще смесям с более высокой массовой долей жира. Повышение вязкости смеси в процессе созревания при низких положительных температурах обусловлено в основном происходящими физическими изменениями в жировой фазе продукта и деэмульгирующей способностью эмульгатора [1, 5]. По мере увеличения массовой доли жира продукта при прочих равных условиях повышение вязкости смеси более заметно [5]. В образцах №2.4 после созревания отмечено уменьшение динамической вязкости, по сравнению с контролем, на11...29 %, что обусловлено, скорее всего, снижением массовой доли стабилизатора. При этом используемые продукты гидролиза крахмала не оказывали заметного влияния на состояние влаги в продукте, поскольку в применяемых количествах они не обладают влагосвязывающей и гелеобразующей способностью.

Принимая во внимание этот факт, можно предположить, что для мороженого с массовой долей жира не более 3 %, вне зависимости от рассматриваемых общих

с низким содержанием жира.

массовых долей сухих веществ, стадия «созревания» может быть исключена из технологического процесса. Это позволит повысить производительность предприятий, что особенно необходимо в летний период времени.

Исследованные образцы мороженого, в связи с отсутствием доминирующей роли жира, обладали хорошей способностью к насыщению воздухом в процессе фризе-рования. При этом наибольшей взбитостью характеризовался образец №4 с сухим глюкозным сиропом. В условиях отсутствия принудительной подачи воздуха во фризер она составила 118 %, против 108 % в контрольном образце. Помимо взбитости, характеризующей способность смеси к насыщению воздухом, большое влияние на органолеп-тические характеристики мороженого, в первую очередь, его консистенцию, оказывает состояние сформированной воздушной фазы.

Образцы с повышенной массовой долей сухих веществ характеризовались преобладанием более мелких воздушных пузырьков (рис. 1), что положительно сказывалось на формировании структуры и консистенции продукта. На долю пузырьков размером до 50 мкм в образце №1 приходилось - 68 %, № 2 - 87%, № 3 - 89 % и в образце № 4 - 81%.

В процессе хранения образцов в течение 6 месяцев дисперсность воздушной фазы, определяемая по диаметру воздушных пузырьков, изменялась в различной степени. В контроле (№1) диаметр воздушных пузырьков после закаливания составил 31 мкм и к 6 месяцам увеличился до 43 мкм. У образцов с использованием мальтодекстринов №2 и №3 после закаливания он был равен 15 и 12 мкм

Рис. 2. Распределение кристаллов льда по размерам в образцах через 6 месяцев хранения: • - №1 (контроль); • - №2 (с мальтодекстрином ДЭ 18); о - №3 (с мальтодекстрином ДЭ 12); © - №4 (с глюкозным сиропом); полиноминиальная — — - №1; - №2; - - №3;......- №4.

соответственно, а через 6 месяцев - 26 и 25 мкм. Размер воздушных пузырьков в образце с глюкозным сиропом (№4) после закаливания и через 6 мес хранения составил 21 и 31 мкм. Несмотря на увеличение в процессе хранения, средний диаметр воздушных пузырьков через 6 мес. не превышал 30 мкм.

Важная характеристика любого вида мороженого -устойчивость сформированной структуры продукта в процессе холодильного хранения при температуре минус 18 °С. У мороженого с низкой массовой долей жира и сухих веществ она в значительной степени формируется благодаря кристаллам льда. В связи с большим их количеством и незначительным расстоянием между ними возрастает вероятность образования в процессе хранения крупных кристаллов льда, в результате срастания ранее сформированных более мелких кристаллов. Последнее служит причиной изменения степени дисперсности не только кристаллов льда, но и воздушной фазы [10].

В наших исследованиях наименьшие размеры кристаллов льда как после закаливания, так и в процессе хранения, отмечали у образца №4 с восполнением сухих веществ глюкозным сиропом (рис. 2).

Кроме того, дисперсность кристаллов льда в образце мороженого №4 в течение всего периода хранения оставалась стабильной (рис. 3). Дифференциальные кривые их распределения по размерам через 1, 3 и 6 мес. хранения практически совпадают.

По устойчивости к таянию все опытные образцы мороженого уступали контрольному (рис. 4). В порядке убывания величины этого показателя их можно расположить в следующей последовательности: контроль (№1), образец №2 (с мальтодекстрином марки «ДЭ 18»), образец №4 (с глюкозным сиропом), образец №3 (с мальтодекстрином марки «ДЭ 12»).

Наиболее заметное влияние восполнение сухих веществ продуктами переработки крахмала оказало на

Рис. 3. Кривая распределения кристаллов льда по размерам в образце с глюкозным сиропом в течение 6 месяцев хранения: в - закал; @ - 1 мес.; О - 3 мес.; ф - 6 мес; полиномиальная......- закал; — — - 1 мес.; - 3 мес.; « - 6 мес.

чО 90 0s ( о- - ~ - '

«и 80 00 1 1 • ' - -* "

5 70 к 60 Е; 2- 50 •»г т - - •

га 40 m Я 30 >

я ОЛ ......... ............ •

10 ..................... 0 60 70 8

0 90 100 110 120 Время выдержки. мин

Рис. 4. Зависимость массовой доли плава образцов от продолжительности выдерживания при температуре (20±0,5) °С: • -№1 (контроль); • - №2 (с мальтодекстрином ДЭ 18); о - №3 (с мальтодекстрином ДЭ 12); о - №4 (с глюкозным сиропом).

органолептические свойства мороженого. Использование мальтодекстринов способствовало увеличению не менее чем на 3 % сенсорного ощущения массовой доли жира. Молочное мороженое с продуктами переработки крахмала характеризовалось кремообразной консистенцией, свойственной сливочным разновидностям продукта.

Результаты исследований использованы при разработке композиционного состава мороженого с низким содержанием жира.

Выводы. Введение в состав смесей для производства молочного мороженого с низким содержанием жира продуктов переработки крахмала для восполнения массовой доли сухих веществ оказало положительное влияние на дисперсность воздушной фазы и кристаллов льда в готовом продукте и вследствие

этого на формирование кремообразной консистенции, свойственной сливочному мороженому. При этом отмечено доминирующее влияние глюкозного сиропа на дисперсность кристаллов льда, мальтодекстринов - на увеличение сенсорного ощущения массовой доли жира. Результаты определения динамической вязкости и устойчивости к таянию мороженого с повышенной массовой долей сухих веществ свидетельствуют о необходимости сохранения массовой доли стабилизатора-эмульгатора, установленной для традиционного мороженого.

Благодарности. Авторы благодарны сотрудникам компании ООО «Гулькевичский завод» за предоставленные образцы продуктов переработки крахмалов ТМ «MultyDex» и помощь в опубликовании статьи.

Литература.

1. Творогова А. А. Научно-практические рекомендации по стабилизации структуры мороженого. М.: Россельхозакадемия, 2003.46с.

2. Goff H. D. Colloidal aspects of ice cream // International Dairy Journal. 1997. No. 7. P. 363-373. doi:10.1016/S0958-6946(97)00040-X.

3. Hartel R. W., Rankin S. A., Bradley R. L. A 100-Year Review: Milestones in the development of frozen desserts //Journal of Dairy Science. 2017. Vol. 100. No. 12. P. 10014-10025. doi: 10.3168/jds.2017-13278.

4. Effect of fat content on the physical properties and consumer acceptability of vanilla ice cream / M. L. Rolon, A. J. Bakke, J. N. Coupland, et al. // Journal of Dairy Science. 2017. Vol. 100. No. 7. P. 5217-5227. doi: 10.3168/jds.2016-12379

5. Творогова А. А., Казакова Н. В., Ландиховская А. В. Свойства и влияние эмульгаторов на термоустойчивость мороженого //Холодильная техника. 2018. № 4. С. 46-49.

6. Творогова A. A., Ситникова П. Б. Объективная оценка замороженных взбитых фруктовых десертов по состоянию кристаллов льда //Холодильная техника. 2013. № 2. С. 58-60.

7. Akbari M., Eskandari M. H., Davoudi Z. Application and functions of fat replacers in low-fat ice cream//Trends in food science & technology. 2019. Vol. 86. P. 34-40. doi: 10.1016/j.tifs.2019.02.036.

8. Hobbs L. Sweeteners from Starch//Starch. Academic Press, 2009. P. 797-832. doi: 10.1016/B978-0-12-746275-2.00021-5.

9. Ананских В. В., Шлеина Л. Д. О возможности получения мальтодекстринов из кукурузной муки //Хранение и переработка сырья. 2017. № 11. С. 9-13.

10. Гофф Г. Д., Гартел Р. У. Мороженое/пер. с англ./под науч. ред. А. А. Твороговой. СПб.: Профессия, 2016. 540 с. References

1. Tvorogova AA. Nauchno-prakticheskie rekomendatsii po stabilizatsii struktury morozhenogo [Scientific and practical recommendations for stabilizing the structure of ice cream]. Moscow: Rossel'khozakademiya; 2003.46p. Russian.

2. Goff HD. Colloidal aspects of ice cream. International Dairy Journal. 1997;(7):363-73. doi:10.1016/S0958-6946(97)00040-X.

3. Hartel RW, Rankin SA, Bradley RL. A 100-Year Review: Milestones in the development of frozen desserts. Journal of Dairy Science. 2017;100(12):10014-25. doi: 10.3168/jds.2017-13278.

4. Rolon ML, Bakke AJ, Coupland Jn, et al. Effect of fat content on the physical properties and consumer acceptability of vanilla ice cream. Journal of Dairy Science. 2017;100(7):5217-27. doi: 10.3168/jds.2016-12379.

5. Tvorogova AA, Kazakova NV, Landikhovskaya AV. [Properties and effect of emulsifiers on the thermal stability of ice cream]. Kholodil'naya tekhnika. 2018;(4):46-9. Russian.

6. Tvorogova AA, Sitnikova PB. [An objective assessment of frozen whipped fruit desserts by the state of ice crystals]. Kholodil'naya tekhnika. 2013;(2):58-60. Russian.

7. Akbari M, Eskandari MH, Davoudi Z. Application and functions of fat replacers in low-fat ice cream. Trends in food science & technology. 2019;86:34-40. doi: 10.1016/j.tifs.2019.02.036.

8. Hobbs L. Sweeteners from Starch In: BeMiller J, Whistler R, editors. Starch. Academic Press; 2009. p. 797-832. doi: 10.1016/B978-0-12-746275-2.00021-5.

9. Ananskikh VV, Shleina LD. [On the possibility of obtaining maltodextrins from cornmeal]. Khranenie i pererabotka syr'ya. 2017;(11):9-13. Russian.

10. Goff GD, Gartel RU, authors; Tvorogova AA, editor. Morozhenoe [Ice cream]. Translated from the English title Ice cream. St. Petersburg (Russia): Professiya; 2016. 540 p. Russian.