Оценка влияния композиционного состава мороженого на дисперсность воздушной фазы

УДК 663.67:664.3.032:541.182

Оценка влияния композиционного состава мороженого

на дисперсность воздушной фазы

А.А. Творогова, д-р техн. наук; Н.В. Казакова, канд техн. наук; И. А. Гурский

ВНИИ холодильной промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва

Реферат

Приводятся результаты аналитических и экспериментальных исследований по оценке влияния композиционного состава мороженого на дисперсность воздушной фазы, определяющей состояние его консистенции - важного органолепти-ческого показателя. Определены и исследованы потенциальные факторы, влияющие на консистенцию мороженого: общая массовая доля сухих веществ в продукте с доминирующей ролью массовой доли жира; качественный и количественный состав его белковой фракции используемых комплексных пищевых добавок, включая стабилизаторы, эмульгаторы и компоненты, стабилизирующие состояние белков и полисахаридов в смеси. Оценка дисперсности воздушной фазы проведена тремя способами: визуальная оценка микрофотографий состояния воздушных пузырьков; качественная и количественная оценка частиц по размерам и их содержанию диаметром менее 50 мкм; количественная оценка по площади поверхности под кривой распределения. Дисперсность воздушной фазы в мороженом исследовали с помощью светового микроскопа марки «Olympus CX 41» со встроенной фотокамерой и программным управлением. Установлено, что формированию высокодисперсной воздушной фазы в мороженом в наибольшей степени способствует присутствие эмульгаторов в составе стабилизационной системы. При этом эффект усиливается при высокой массовой доле жира в продукте (15% и более), дополнительном применении функциональных белков и полифосфата. Исследования также показали, что замена 20% СОМО в мороженом не оказывает отрицательного влияния на дисперсность воздушной фазы, а использование моностабилизаторов в отсутствии эмульгаторов приводит к снижению дисперсности, при этом количество воздушных пузырьков размером менее 50 мкм снижается в 1,5 раза. Установлено, что значительно увеличить дисперсность воздушной фазы в молочном и сливочном мороженом можно при использовании одновременно с эмульгатором функциональных белков и полифосфатов, но при этом следует принимать во внимание возможное снижение этого показателя в процессе хранения. А использование моностабилизаторов в производстве мороженого пломбир отрицательно сказывается на дисперсности воздушной фазы, что необходимо учитывать при установлении сроков годности продукта.

Ключевые слова

дисперсность воздушной фазы; консистенция; полифасфаты; стабилизаторы; функциональные белки; эмульгаторы Цитирование

Творогова А.А., Казакова Н.В., Гурский И.А. (2019) Оценка влияния композиционного состава мороженого на дисперсность воздушной фазы // Пищевая промышленность. 2019. № 1. С. 31-34.

Evaluation of the effect of the composition structure of ice cream

on the dispersity of the air phase

A.A. Tvorogova, Doctor of Technical Sciences; N.V. Kazakova, Candidate of Technical Sciences; I.A. Gurskij All-Russian Scientific Research Institute of Refrigeration industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems, RAS, Moscow

Abstracts

The results of analytical and experimental studies on the evaluation of the effect of the composition of ice cream on the dispersity of the air phase, determining the state of its consistency, as an important organoleptic index, are presented. The following potential factors influencing the consistency of ice cream such as: the total mass fraction of dry substances in the product with the predominant role of mass fraction of fat; the qualitative and quantitative composition of its protein fraction of complex food additives being used, including stabilizers, emulsifiers and components, stabilizing the state of proteins and polysaccharides in the mixture are determined and investigated. The dispersity of the air phase has been estimated in three ways: visual assessment of microphotographs of the state of air bubbles; qualitative and quantitative evaluation of particles by sizes and by their content of a diameter less than 50 ^m; quantitative evaluation of the surface area under the distribution curve. The dispersity of the air phase in the ice cream was examined by using an «Olympus CX 41» light microscope with a built-in camera and software control. It has been established that the presence of emulsifiers in the stabilization system mostly to contribute to the formation of a highly disperse air phase in ice cream. In this case, the effect is enhanced with a high mass fraction of fat in the product (15% and more), additional use of functional proteins and polyphosphate. Studies have also shown that replacing of 20% of the dry skimmed milk residue (SOMO) in ice cream does not adversely affect the dispersity of the air phase, and the use of monostabilizers in the absence of emulsifiers leads to a reduction in dispersity, while the number of air bubbles of less than 50 ^m is reducing by 1.5 times. It is established that it is possible to significantly increase the dispersity of the air phase in dairy and cream ice cream when used simultaneously with the emulsifier of functional proteins and polyphosphates, but possible reduction of this index during storage should be taken into

пищевые ингредиенты - усовершенствованные продукты питания

тема номера

account. And the use of monostabilizers in the production of ice cream plombir negatively affects the dispersion of the air phase, which must be bear in mind when determining the shelf life of the product.

Key words

air phase dispersity; consistency; emulsifiers; functional proteins; polyphosphates; stabilizers Citation

Tvorogova A.A., Kazakova N. Vl., Gurskij I.A. (2019) Evaluation of the effect of the composition structure of ice cream on the dispersity of the air phase // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost. 2019. № 1. P. 31-34.

Важной потребительской характеристикой мороженого является консистенция, кремообразное состояние которой в значительной степени определяется степенью дисперсности (размерами пузырьков) воздуха в продукте. Средним диаметром воздушных пузырьков считается величина 60 мкм [1]. Однако в наиболее популярной в России разновидности мороженого пломбире - продукте с наиболее кре-мообразной консистенцией, как показывают исследования ВНИХИ, эта величина не превышает значения 40 мкм [2, 3].

Достигнутую в процессе производства мороженого высокую степень дисперсности воздушной фазы важно сохранить в период всего срока его годности. Известно, что по мере увеличения степени дисперсности воздушной фазы температура хранения продукта должна понижаться в связи со снижением температуры равновесного давления, определяющей равенство парциальных давлений внутри воздушного пузырька и окружающей среды [2]. В частности, для мороженого пломбир температура равновесного давления достигается в интервале значений от минус 22 °С до минус 24 °С. Если указанный температурный интервал в процессе хранения продукта не поддерживается - дисперсность воздушной фазы снижается.

Наряду с несоблюдением температурных режимов к снижению степени дисперсности воздушной фазы могут приводить и изменения в технологии мороженого, продиктованные как желанием вырабатывать пищевую продукцию, соответствующую современным тенденциями питания (в частности, отказ от пищевых добавок), так и экономической целесообразностью производства. И в первом, и во втором случае наблюдается использование целого ряда негативно влияющих на формирование консистенции и структуры продукта приемов. Наиболее распространенные из них: отказ от использования таких функциональных пищевых добавок, как эмульгаторы, изменение соотношения казеина и сывороточных белков в составе белковой фракции продукта в сторону уменьшения первого и увеличения второго и пр. [4, 5].

На основании изложенного, весьма своевременными представляются результаты исследований по влиянию композиционного состава мороженого на дисперсность воздушной фазы, в значительной степени определяющую важный органолептиче-ский показатель - консистенцию.

Дисперсность воздушной фазы в мороженом исследовали на световом микроскопе марки «Olympus CX 41» со встроенной фотокамерой, подключенном к ПК. Использовали увеличение х100. Подготовку пробы мороженого к исследованию проводили следующим образом: из порции продукта шпателем отбирали небольшую его часть, помещали ее на предметное стекло, накрывали покровным стеклом и устанавливали на столик микроскопа. Каждый образец продукта исследовали не менее чем в 3-х кратной повторности со съемкой не менее 5 кадров в каждой из них. Полученные изображения обсчитывали в версии ImageScope M программы ImageScope.

На основании результатов аналитических и ранее проведенных экспериментальных исследований определены потенциальные факторы, влияющие на процесс формирования структуры и консистенции мороженого:

- общая массовая доля сухих веществ с доминирующей ролью массовой доли жира;

- качественный и количественный состав используемых комплексных пищевых добавок, включая стабилизаторы, эмульгаторы и компоненты, стабилизирующие состояние белков и полисахаридов в смеси;

- массовая доля и состав белковой фракции мороженого, а именно соотношение казеина и сывороточных белков,

влияющее на процесс десорбции белка с оболочки жировых частиц при созревании смеси.

При выборе объектов исследования исходили из функциональной роли белков и эмульгаторов в формировании и стабилизации воздушной фазы мороженого. Белки создают на поверхности воздушных пузырьков защитную оболочку, обеспечивающую им стабильность [6, 7]. Кроме того, необходимо принимать во внимание высокую способность казеина к десорбции при созревании смесей. В связи с этим в системе необходимо соблюдение характерного для молочного белка соотношения казеина и сывороточных белков 4:1.

Для выявления влияния указанных факторов были изготовлены экспериментальные образцы мороженого (табл. 1).

В качестве контрольного образца рассматривался образец № 5 - мороженое пломбир с массовой долей молочного жира 15% со стабилизатором альгинатом натрия. Именно такое мороженое традиционно производили в нашей стране до начала технического прогресса в отрасли в 90-е гг. XX века.

оценку дисперсности воздушной фазы проводили тремя способами.

Фотоизображения, характеризующие качественную оценку состояния воздушной фазы в исследованных образцах мороженого, приведены на рис. 1.

Характеристика экспериментальных образцов мороженого

Таблица 1

Показатель

Характеристика показателей в образцах

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

№ 6

Разновидность мороженого

Исследуемое влияние

Пломбир Пломбир сливочное с м. д. ж. с м. д. ж. с м. д. ж. 12% 15% 10%

Изменение состава белка путем замены части COMO

Пломбир с м. д. ж. 12%

Пломбир с м. д. ж. 15%

20% сывороткой

30% белком

Исключение эмульгатора при применении моностабилизаторов

Пищевого Альгина-волокна та натрия

Молочное с м. д. ж. 4%

Применение дополнительного стабилизатора

Массовая доля сухих веществ, %, всего, в т. ч. 36,0 39,0 34,5 39,0 39,0 29,5

жира 12,0 15,0 10,0 12,0 15,0 4,0

COMO 8,0 8,0 7,0 10,0 10,0 10,0

сыворотки 1,9 1,9 - - -

молочного белка - - 3,0 - - -

сахарозы 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0 15,0

полидекстрозы - - - 5,0 - -

Рис. 1. Состояние воздушной фазы в мороженом

Как следует из приведенных на рис. 1 микророфотографий, все образцы продукта характеризуются высокой дисперсностью воздушных пузырь-

ков, значительно не различающихся по размерам.

Более объективно изменения дисперсности воздушной фазы мороженого

в процессе хранения позволяет оценить графическая зависимость распределения воздушных пузырьков по размерам, представленная на рис. 2.

Из рис. 2 видно, что несмотря на замену части СОМО сывороткой, наиболее высокая дисперсность воздушной фазы по истечении 3 мес. хранения характерна для образца мороженого № 2 (с массовой долей жира 15% и использованием эмульгатора в составе стабилизационной системы). Аналогичная закономерность отмечена и в сливочном мороженом (обр. № 3) при дополнительном введении белка, обладающего высокой поверхностной активностью на границе раздела воздушной фазы. При отсутствии эмульгаторов дисперсность воздушной фазы в мороженом пломбир (обр. № 4 и № 5) наименьшая. Заметное положительное влияние на дисперсность воздушной фазы оказали полифосфаты (обр. № 6). При их использовании в молочном мороженом состояние воздушной фазы лишь незначительно отличается от этого показателя в мороженом пломбир.

В ходе экспериментальных исследований обоснован и апробирован объективный способ определения влияния различных факторов на дисперсность воздушных пузырьков по величине площади поверхности под кривой распределения при размере частиц менее 50 мкм (табл. 2).

Как следует из данных, приведенных в табл. 3, по мере увеличения площади поверхности воздушной фазы под кривой распределения при размере частиц менее 50 мкм образцы можно расположить в следующей последовательности: № 2, № 3, № 1, № 6, № 4 и № 5.

Экспериментальные исследования по определению влияния различных факторов на дисперсность воздушной фазы мороженого, определяющую консистенцию мороженого, показали:

- наибольшая дисперсность воздушной фазы достигается в мороженом пломбир с массовой долей жира 15% при использовании эмульгатора в составе стабилизационной системы;

- значительно увеличить дисперсность воздушной фазы в молочном и сливочном мороженом можно при использовании одновременно с эмульгатором функциональных белков и полифосфатов,

Таблица 2 Площадь поверхности (у. е. 2), занимаемая воздушной фазой

№ образца Площадь поверхности (у. е. 2), занимаемая воздушной фазой Номер образца по мере возрастания дисперсности

1 33100 4

2 38800 6

3 37600 5

4 23500 2

5 22200 1

6 32600 3

ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ - УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ

ТЕМА НОМЕРА

но при этом следует принимать во внимание возможное снижение этого показателя в процессе хранения;

- использование моностабилизаторов в производстве мороженого пломбир отрицательно сказывается на дисперсности воздушной фазы, что необходимо учитывать при установлении сроков годности продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гофф, Г.Д. Мороженое/Г.Д. Гофф, Р.У. Гар-тел. - 7-е изд., перераб. и доп., пер. с англ. под науч. ред. д-ра техн. наук А.А. Творого-вой. - СПб.: Профессия. - 2016. - 540 с.

2. Оленев, Ю.А. Справочник по производству мороженого/Ю.А. Оленев [и др.]. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 798 с.

3. Творогова, А.А. Научные рекомендации по стабилизации структуры морожено-го/А.А. Творогова. - М.: Изд-во Россельхоза-кадемии, 2003. - 46 с.

4. Творогова, А.А. Особенности применения пищевых волокон SenseFi в производстве мо-

роженого пломбир/А.А. Творогова [и др.] // Пищевая промышленность. - 2016. - № 10. -С. 34-36.

5. Творогова, А.А. Свойства и влияние эмульгаторов на термоустойчивость мороженого/ А. А. Творогова, Н. В. Казакова, А.В. Ландиховская // Холодильная техника. -2018. - № 4. - С. 2-5.

6. МакКенн, Б.М. Структура и текстура пищевых продуктов. Продукты эмульсионной природы/Б.М. Маккенн. - СПб.: Профессия, 2008. - 471 с.

7. Барей, Ф. Улучшение стабилизации воздушной фазы в мороженом/ Ф Барей // Производство и реализация мороженого и быстрозамороженных продуктов. -2006. -№ 1. - С. 34-36.

REFERENCES

1. Goff, G. D. Morozhenoe/ G. D. Goff, R. U. Gartel. - 7-e izd., pererab. i dop., per. s angl. pod nauch. red. d-ra tehn. nauk A.A. Tvorogovoj. - SPb.: Professija. - 2016. -540 s.

2. Olenev, Ju.A. Spravochnik po proizvodstvu morozhenogo/Ju.A. Olenev [i dr.]. - M.: DeLi print, 2004. - 798 s.

3. Tvorogova, A.A. Nauchnye rekomendacii po stabilizacii struktury morozhenogo/A.A. Tvorogova. - M.: Izd-vo Rossel'hozakademii, 2003. - 46 s.

4. Tvorogova, A.A. Osobennosti primenenija pishhevyh volokon SenseFi v proizvodstve mo-rozhenogo plombir/A.A. Tvorogova [i dr.] // Pishhevaja promyshlennost'. - 2016. - № 10. -S. 34-36.

5. Tvorogova, A. A. Svojstva i vlijanie jemul'gatorov na termoustojchivost' mo-rozhenogo/ A.A. Tvorogova, N. V. Kazakova, A.V. Landihovskaja // Holodil'naja tehnika. -2018. - № 4. - S. 2-5.

6. MakKenn, B. M. Struktura i tek-stura pishhevyh produktov. Produkty jemul'sionnoj prirody / B. M. Makkenn. -SPb.: izdatel'stvo «Professija», 2008. - 471 s.

7. Barej, F. Uluchshenie stabilizacii vozdush-noj fazy v morozhenom/F Barej // Proizvodstvo i realizacija morozhenogo i bystrozamorozhen-nyh produktov. - 2006. - № 1. - S. 34-36.

Авторы

Творогова Антонина Анатольевна, д-р техн. наук, Казакова Наталия Владимировна, канд. техн. наук, Гурский Игорь Алексеевич

ВНИИ холодильной промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 127422, Москва, ул. Костякова, д. 12, antvorogova@yandex.ru

Л World Food

Authors

Tvorogova Antonina Anatol'evna, Doctor of Technical Sciences, Kazakova Nataliya Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences, Gurskij Igor Alekseevich

All-Russian Scientific Research Institute of Refrigeration industry -Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems, RAS, 12, Kostyakova str., Moscow, 127422, antvorogova@yandex.ru

Azerbaijan