Фильчакова Н. Стабилизирующие вещества молочных продуктов


Н. Фильчакова

СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

В рационе питания людей значительную долю занимают молочные продукты. Являясь сложной дисперсной системой, они постоянно находятся в поле зрения исследователей, стремящихся выяснить взаимодействие их отдельных структурных элементов, механизм образования.

Для создания высококачественных продуктов из молока применяют стабилизаторы в виде смесей модифицированных крахмалов, алъгината натрия и каррагена. При изготовлении, например, мороженого их используют для сохранения дисперсности жировой фазы. В некоторые его сорта вносят эмульгаторы группы моно- и диглицеридов, полисорбатов. Прибегают к электролитам из многовалентных катионов, концентратам сывороточного белка, целлюлозе, желатину, пектину и другим веществам.

Существует множество объяснений механизма действия стабилизаторов. Есть точка зрения, что их основная роль заключается в гидратации (гидратация — присоединение воды к веществу: протекает или с разрушением молекул Н2О или без него; обеспечивает растворимость веществ в воде и электролитическую диссоциацию соединений с ионной связью)  поверхности раздела жидкость/масло, которая осуществляется благодаря полярности молекул таких ингредиентов, как моно- и дитлицериды, казеин, а на состояние молочной пены влияют, например, желатин, лецитин и сахароза. Некоторые специалисты считают наиболее эффективными стабилизаторами гидроколлоиды, в частности, крахмал и агар-агар (агар-агар — бесцветный или желтоватый твердый продукт, смесь двух кислых полисахаридов, содержащихся в клеточных стенках красных водорослей; применяется в качестве основы для выращивания клеток и микроорганизмов), ибо они значительно увеличивают вязкость пищевых растворов. Другие признают в качестве необходимых лишь пенообразующие вещества: камеди, эфиры целлюлозы (водосвязывающие), желатин, альгинат натрия, пектин (гелеобразующие). Такое разделение функциональных свойств этих средств, по-видимому, и приводит к включению в состав продуктов питания большое их количество — от 7 до 11 наименований.

Разногласия в мнениях специалистов объясняются отсутствием объективной научной основы подбора стабилизаторов, недостаточной изученностью данного вопроса. А между тем известно, что важнейшей проблемой современного производства молочных продуктов является сохранение биологической ценности последних. Это возможно лишь при знании общих принципов устойчивости их структуры, отличающихся наличием достаточно развитой поверхности раздела между твердыми, жидкими и газовыми фазами, умением ими управлять.
Многолетние исследования показали: при замораживании пищевых изделий, созданных на основе молочного сырья, происходят различные изменения на молекулярном уровне, уменьшается содержание растворимых белков. В результате сближения макромолекул возникают необратимые связи с образованием новых структур. Появляются нерастворимые комплексы, ухудшающие усвояемость продукта. Проблема предотвращения перечисленных нежелательных изменений особенно важна при производстве пастообразных, взбитых и желированных молочных продуктов.
 
Микроструктура водных растворов стабилизаторов:
а - 1% раствор метилцеллюлозы
б - 2% водный раствор казеината натрия
с - 2% водный клейстеризованный раствор картофельного крахмала

В ходе изысканий нам удалось объективно выделить и теоретически обосновать механизм действия стабилизирующих компонентов в сложных пищевых системах для получения товаров длительного срока хранения в замороженном состоянии. При этом показано: от сочетания биополимеров и изменения их свойств в ходе технологического процесса зависит качество конечного пищевого продукта. Для исследования свойств состава стабилизаторов были выбраны вещества различной природы: метилцеляюлоза, картофельный кракмал, казеинат натрия и др. В ходе эксперимента выявлено: в растворах с концентрацией 1—2%, соответствующей их содержанию в водной части большинства продуктов, они образуют биополимерные пленки различного характера. Некоторые из них достигают размеров от 30 до 350 мкм без пустот и разрывов, являются довольно пластичными и сохраняют исходные характеристики после замораживания.
В свою очередь, микроструктура 2%-ного водного раствора картофельного крахмала формирует гель в виде сетки из переплетенных полос шириной от 20 до 150 мкм. После замораживания она сжимается и выглядит более жестко. Размеры ячеек при этом в 2—3 раза уменьшаются. В размороженном крахмале появляется нерастворимый осадок, атрегативная устойчивость раствора снижается, что свидетельствует о возникновении денатурапионных процессов, являющихся следствием межмолекулярных взаимодействий в условиях дефицита влаги.
Что же касается 2%-ного водного раствора казеината натрия, то он представляет собой разветвленные пленки с однородной поверхностью, о размерах которых судить сложно, поскольку они образуют фазу со множеством изгибов. После замораживания и размораживания структура раствора сохраняется. Это делает его перспективным в производстве полуфабрикатов, продуктов с заданными реологическими (реология — раздел физики, изучающий течение и деформацию вязких, пластичных и упругих сред) свойствами, обеспечивающими поточность производства, автоматическую формовку и сохранение товарного вида продукта. К полуфабрикатам предъявляются дополнительные требования: начинка не должна увлажняться и разрушать тестовую оболочку. Для последней важно обеспечить целостность при замораживании и последующей тепловой обработке. Добавление к творожной массе 10%-ного раствора казеината и меланжа позволяет получить более прочную микроструктуру.
 
Механизм ее формирования для взбитых продуктов в условиях отрицательных температур мы исследовали на мороженом. В результате установлено, что создание его воздушной дисперсной фазы происходит в струйных потоках, обусловленных гидродинамической обстановкой во фризере (фризер — машина для взбивания и замораживания смеси полуфабрикатов при производстве мороженого) и составом исходного раствора — смесью. В ходе этого процесса образуются воздушные пузырьки, которые по мере удаления от центра турбулентного движения уплотняются. Под влиянием возникающих давлений они сжимаются, приобретают эллипсовидную форму, а затем превращаются в более мелкие.
 
Формирование воздушной дисперсной фазы мороженого:
а - в цилиндре машины в вихревом потоке через 5 минут фризерования
б - в готовом мороженом через 8 мин фризерования

В готовом продукте также образуется высокодисперсная система, в которой сохраняются «спирали», расходящиеся в разных направлениях. В них прослеживается чередование крупных и мелких воздушных пузырьков размерами от 20 до 60 мкм.

Таким образом, наши исследования позволяют сделать вывод; главная роль стабилизирующих веществ в молочных продуктах различной природы сводится к укреплению структуры соответствующего раствора, на основе чего формируется конечная форма сырья с сохранением его биологической ценности и потребительских качеств, отвечающих современным требованиям здорового питания.

Доктор технических наук Нина ФИЛЬЧАКОВА,
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Иллюстрации автора