Пищевые добавки для молочной промышленности

Производство молочных продуктов сложного сырьевого состава обусловливает использование широкого спектра различных пищевых добавок и функциональных ингредиентов. Наиболее часто используют пищевые добавки, изменяющие внешний вид и вкус (пищевые ароматизаторы и красители); формирующие структуру (загустители, желирующие агенты, пенообразователи, эмульгаторы, стабилизаторы белка и т.п.); подсластители; консерванты; антиокислители.

Анализируя качество кисломолочных продуктов сложного сырьевого состава, реализуемых в торговой сети, можно отметить, что большинство из них имеет пороки различного происхождения. К ним относятся хлопьевидная, крупитчатая консистенция; излишне кислый вкус; послевкусие (в продуктах с подсластителями) и др. Последнее можно объяснить различными причинами: использованием пищевых добавок без учета их функциональных свойств; способом производства кисломолочных продуктов; дозами и режимами внесения добавок в продукты. Наиболее распространенные пороки: хлопьевидная, крупитчатая консистенция; излишне кислый вкус. Причины: использование фруктово-ягодных добавок, активная кислотность которых менее 3,2; низкое содержание сахара (40–50 %) в добавках. При внесении таких наполнителей в сквашенный продукт за счет дополнительного подкисления и последующей коагуляции белка появляется крупитчатость. Фруктово-ягодные добавки с таким составом нельзя вносить в подготовленное для сквашивания молоко и совместно ферментировать. Молочно-белковый сгусток в этом случае будет иметь хлопьевидную консистенцию вплоть до ее расслоения. Может быть также нарушен процесс развития молочнокислой микрофлоры. Цвет, характерный для фруктово-ягодной добавки, в таком продукте отсутствует или недостаточно выражен из-за повышенной кислотности наполнителя. Поэтому для производства фруктово-ягодных добавок высокого качества необходимо использовать фрукты и ягоды лучших сортов. Первоначальная обработка фруктов и приготовление из них смеси должны проводиться как можно быстрее, так как дрожжи, присутствующие в свежих и замороженных плодах и ягодах, начинают быстро размножаться, особенно после добавления воды и сахара. Свежеприготовленная смесь плодов и ягод должна быть подвергнута тепловой обработке. При этом в зависимости от вида плодов и ягод необходимо подбирать специальные режимы, так как чрезмерное нагревание влияет на цвет и вкус фруктов, при добавлении сахара появляется привкус карамели.

В зависимости от типа продукта, его структуры и назначения, а также технологии изготовления могут использоваться различные виды фруктово-ягодных добавок: гомогенной консистенции или с кусочками фруктов и ягод различного размера. Наиболее востребованы: клубника, персик, вишня, ананас, лесной сбор, абрикос, малина, черника, чернослив, экзотические виды (манго, киви, ананас, банан, маракуйя, миксы этих фруктов), а также их смеси с мюсли и злаками.

Примерное соотношение компонентов во фруктовых наполнителях, %:

• фрукты − 10−50;
• сахар − 40−55;
• вода − 5−35;
• гелеобразователи и загустители − 1−6;
• другие компоненты − 1−3.

По микробиологическим показателям фруктовые наполнители должны соответствовать следующим требованиям:

• общее количество микроорганизмов – не более 5000 КОЕ/г;
• дрожжи и плесени – отсутствовать в 100 г.

Для получения готового продукта с плотной консистенцией и равномерным распределением фруктового наполнителя по всей поверхности рекомендуется использовать стабилизаторы консистенции или белковые обогатители. В этом случае фруктовый наполнитель не осаждается на дно резервуара или потребительской тары.

При производстве термизированного йогурта фруктовые наполнители вносят до термизации, если ее проводят в аппарате периодического действия, или после термизации в потоке из асептического контейнера. При гомогенизации перед термизацией фруктовый наполнитель добавляют после дробления жировых шариков. Если в наполнителе нет частиц мякоти, то его можно вносить до гомогенизации – отдельно или вместе со стабилизатором. Тепловая обработка приводит к потере некоторых вкусоароматических веществ. Кроме того, некоторые стабилизаторы, такие как камеди, крахмал, уменьшают интенсивность вкуса и аромата. Поэтому йогурт, подвергаемый термообработке, нуждается в передозировке вкусовых веществ.

При выборе фруктово-ягодных наполнителей предварительно необходимо проверить, соответствуют ли технические возможности оборудования на предприятии. Например, если в наполнителе присутствуют кусочки фруктов, то такой продукт нельзя фасовать, когда поперечное сечение выходного отверстия дозатора меньше размера фруктовых частиц. При производстве кисломолочных продуктов (в том числе фруктового йогурта) необходимо принимать во внимание параметры на выходе. Расстояние между смешивающей установкой и расфасовочной машиной должно быть небольшим. Даже если фруктовый наполнитель и йогурт содержат стабилизаторы, структура не может постоянно подвергаться неограниченным нагрузкам. При наличии длинных трубопроводов может наблюдаться такое явление, как расслоение продукта во время перекачки, могут возникнуть проблемы из-за несоответствия попе речного сечения трубопровода, что в результате негативно сказывается на качестве готового продукта. Фруктовые наполнители с кусочками фруктов особенно сильно подвержены этим процессам.

При расфасовке нежелательны длительные холостые простои установки. В данной ситуации кусочки могут отделяться от остальной массы и оседать в нижней части трубопровода. Жидкая масса будет перемещаться быстрее, чем кусочки, которые уже успели осесть. В результате в первые минуты работы установки нельзя получить желаемый однородный продукт. Если это происходит постоянно, необходимо проверить правильность подбора системы, соответствие технических характеристик трубопровода скорости потока, а также стремиться сократить продолжительность простоев, чтобы предотвратить расслоение.

Желательно, чтобы кислотность фруктового наполнителя была не ниже кислотности йогурта или рН 3,5−4,5, но не менее 3,2, так как в противном случае могут наблюдаться мучнистость, уменьшение стабильности и выделение сыворотки. Нужно учитывать, что некоторые фруктовые наполнители содержат танины (например, сок грейпфрута), которые реагируют с молочными белками и образуют осадок.

КИСЛОМОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ С АРОМАТИЗАТОРАМИ И КРАСИТЕЛЯМИ

Наиболее часто встречающийся порок – нехарактерный, недостаточно выраженный или практически отсутствующий аромат внесенного ароматизатора. Для успешного применения ароматизаторов очень важно правильно выбрать и сам ароматизатор, и его дозировку. Следует учитывать, на какой стадии технологического процесса вносится ароматизатор. Если после его внесения продукт подвергается тепловой обработке, то необходимо выбирать ароматизаторы, разработанные для использования в требуемом интервале рабочих температур. Ароматизаторы, предназначенные для применения в холодных массах, скорее всего, не дадут желаемого результата. В этом случае придется увеличивать дозировку ароматизатора, что экономически невыгодно, к тому же может измениться аромат, как правило, не в лучшую сторону.

В последнее время увеличивается интерес к натуральным ароматизаторам и красителям. Несколько лет тому назад натуральные добавки делали на основе летучих веществ фруктов, масляных эссенций и концентрированных фруктовых соков. Они, как и большинство традиционных натуральных продуктов, обладали более слабым вкусом по сравнению с синтетическими двойниками. В настоящее время появляется все больше возможностей для тестирования вкусовых и ароматических добавок и красителей с целью подтверждения их натуральности.

Количество применяемых синтетических красителей сокращается, в то время как рынок натуральных пищевых красителей расширяется. Натуральные красители предлагают в концентрированной форме, их доза в продукте очень незначительна, и они несущественно влияют на консистенцию и вкус. Натуральные красители в молочных продуктах устойчивы к воздействию тепла и света, хорошо сохраняются в готовом продукте.

Улучшение профиля вкуса молочных продуктов с помощью аутентичных вкусовых и ароматических ингредиентов и красителей дает возможность производителям увеличить выпуск полезных для здоровья продуктов.

КИСЛОМОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ С ПОДСЛАСТИТЕЛЯМИ

Наиболее часто встречающийся порок – недостаточно стойкий сладкий вкус; ощущение послевкусия; низкий коэффициент сладости. Нестабильные функциональные свойства проявляются в основном в природных подсластителях.

Из массы подсластителей наиболее популярна сукралоза, являющаяся не подсластителем, а заменителем сахара. Сукралоза приблизительно в 600 раз слаще сахара, а универсальность свойств позволяет использовать ее практически во всех случаях, когда для подслащивания продукции применяют сахар.

Сукралоза устойчива при хранении, ее можно добавлять в пищевые продукты и напитки на любой стадии производства, в том числе при стерилизации, сушке, экструзии. Сукралоза абсолютно безвредна, испытана во многих лабораториях мира. Разлагается она биологическим путем, не вызывая кариеса зубов.

КИСЛОМОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ СО СТАБИЛИЗИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ

При производстве молочных продуктов используются различные стабилизирующие добавки (пектины, желатин, крахмалы и их смеси, в том числе с камедями и др.). Наиболее часто применяют пектиныс различной степенью этерификации (метоксилирования), стандартизированной чувствительностью к ионам кальция и реологическими свойствами.

Высокометоксилированный (HM, степень этерификации >50 %) пектин, как и другие гидроколлоиды, осаждающие белки (карбоксиметилцеллюлоза, камедь рожкового дерева, гуаровая смола и т.д.), может быть добавлен только в сквашенный продукт. Если раствор НМ пектина вносить в молоко, то через некоторое время появляется хлопьевидный осадок белка. Это явление обратимо, так как не связано с химическими изменениями молекул белка и объясняется сильными гидрофильными свойствами пектина, который разрушает защитную гидратную оболочку казеина и снижает его устойчивость. При понижении рН в результате сквашивания или подкисления молока молекулы казеина постепенно теряют отрицательный заряд. В изоэлектрической точке (рН 4,6) молекулы белка нейтральны и теряют свою гидратную оболочку, а при дальнейшем снижении кислотности получают положительный заряд. Отрицательно заряженный НМ пектин при смешивании с кисломолочным продуктом образует казеино-пектиновый комплекс с избыточным отрицательным зарядом и преобладанием сил отталкивания, благодаря чему оказывает стабилизирующее действие на молочно-белковый сгусток. В результате пектин уменьшает степень слипания молекул казеина, предотвращает появление крупитчатости или мучнистости, снижение влагоудерживающей способности и отделение сыворотки, например, в процессе термизации и длительного хранения продукта. Для стабилизации кислых молочных гелей применяется НМ пектин с высокой молекулярной массой и степенью этерификации желательно около 70 % (60–80 %), так как существенные отклонения этого показателя в ту или иную сторону неблагоприятно сказываются на результатах стабилизации. С целью достижения желаемого эффекта необходимо контролировать рН, содержание белка в продукте, его дисперсность и правильно подбирать концентрацию пектина. Стабилизирующий эффект НМ пектина снижается при рН ниже 3,6 и выше 4,2. Для высокодисперсного белка, а также для крупных его агломератов требуется большее количество пектина, в то же время передозировка пектина ухудшает внешний вид и приводит к появлению крупитчатости продукта.

Низкометоксилированный (LM) пектин в результате взаимодействия с кальцием и белком молока образует гель, консистенция которого зависит от дозировки пектина и может меняться от вязкотекучей до желеобразной. Коммерческий пектин должен содержать определенное количество буферных солей, так как при растворении понижает рН молока, что может приводить к осаждению белка при нагревании. Прочность, вязкость геля, который LM пектин образует в молоке при сквашивании, зависят от достигаемого рН: они повышаются при охлаждении продукта. Оптимальный уровень вязкости наблюдается при охлаждении кисломолочного продукта с рН 4,5.

Для снижения чувствительности к кальцию LM пектин амидируют. В амидированном пектине часть эфирных групп преобразована в амидные. Амидированные пектины менее подвержены осаждению при высоких концентрациях кальция, так как для образования геля им требуется меньшее его количество. При производстве йогурта часто применяются амидированные пектины низкой степени этерификации. При выборе пектина нужно учитывать вид продукта, уровень рН, содержание сухих веществ и особенности производства.

Желатин подразделяется на марки по прочности образуемого раствором стандартной концентрации (10 и 6,67 %) геля, вязкость и температура плавления которого также различны. Свойства желатина в значительной степени зависят от вида сырья и технологии получения. В зависимости от способа извлечения различают желатин кислотный с рН 4,7–5,6 (тип А) и щелочной с рН 6–9,5 (тип В). При использовании желатина необходимо учитывать его характеристики, так как добавки с кислым рН снижают термоустойчивость белков молока, а гели с низкой прочностью имеют также более низкую вязкость и температуру плавления. Самое важное функциональное свойство желатина – образование высокоэластичного термообратимого геля с точкой плавления, находящейся в пределах уровня температуры тела, ниже, чем у пектина, каррагинана, агара, дающих более хрупкие и менее эластичные гели. Термообратимость гелей желатина – одновременно положительное и отрицательное свойство. Для того чтобы преодолеть или свести к минимуму проблемы, связанные с низкой температурой гелеобразования и плавления желатина, используются различные подходы, например, создание смешанных гелеобразующих систем желатина и подходящих растительных гидроколлоидов; изменение характеристик желатина путем добавления растворимых ве ществ (например, солей) и ферментативное сшивание желатина.

Смолы (камеди) при довольно низкой концентрации (0,1–1 %) образуют в воде вязкие растворы с псевдопластическим поведением, проявляют свойства эффективных загустителей и стабилизаторов в многофазных смесях, устойчивы к действию кислот и щелочей, высоких температур, совместимы с другими загустителями и желеобразователями и проявляют синергетический эффект с галактоманнанами (гуаровая смола, камедь рожкового дерева). Растворы устойчивы к небольшим сдвиговым напряжениям, проявляют высокую тиксотропность. Вязкость растворов при невысоких температурах меняется незначительно (от 20 до 80 °С – на 14 %) и повышается с течением времени (до 24 ч), т.е. происходит набухание.

Крахмалы (окисленные, фосфатные, гидроксипропиловые и др.), модифицированные в результате различных видов воздействия (физического, химического, биологического), отличаются по степени гидрофильности, способности к клейстеризации и гелеобразованию, формируют клейстеры пониженной вязкости, с заданными свойствами и структурой. Модифицированные крахмалы приобретают повышенную студнеобразующую способность (окисленный крахмал), а также загущающую, стабилизирующую и эмульгирующую способность в системах вода–белок, жир–вода и др., повышают устойчивость этих систем к изменению кислотности среды, действию высоких температур, перемешиванию и перекачке. Крахмальные зерна набухают при нагревании. При обработке конечный продукт должен содержать максимальное количество неповрежденных, полностью набухших гранул крахмала. Это обеспечивает оптимальную вязкость, хорошую консистенцию, стабильность в хранении. Гомогенизация до набухания не приводит к разрушению структуры. При гомогенизации после клейстеризации есть риск разрушения крахмала, поэтому необходимо использовать высокоустойчивые модификации или гомогенизировать смесь при температуре ниже температуры его клейстеризации. На реологические свойства клейстеров влияют, кроме вида, дозы крахмала, степень, условия его гидратации (температура, время нагревания, сдвиговые нагрузки), рН. Крахмалы не взаимодействуют с белками молока, но излишне вязкий гель, образующийся либо вследствие избыточного количества крахмала, либо его высоких клейстеризующих свойств, препятствует образованию прочного молочно-белкового сгустка при сквашивании и приводит к хлопьевидной консистенции продукта.

Применение однокомпонентных стабилизирующих добавок имеет свои недостатки. При использовании только пектина или крахмала в качестве стабилизатора трудно получить такую же вязкость, как при внесении его в комбинации с желатином или другими стабилизаторами. При совместном применении двух и более загустителей проявляется синергетический эффект функциональных свойств: смеси загущают сильнее, чем можно было бы ожидать от суммарного действия компонентов. Все коммерческие стабилизирующие добавки стандартизируются по своей желирующей способности в стандартном молочном геле путем добавления различных сахаровнаполнителей (лактозы, глюкозы, декст розы и т.д.), иногда в их состав включаются эмульгирующие вещества и стабилизирующие соли. Добавки выбираются с учетом их назначения.

Отрицательные эффекты, возникающие при применении отдельных гидроколлоидов, могут проявляться и при использовании их смесей, например, при применении нетермоустойчивого сырья в сложных многокомпонентных смесях, при неправильном проведении технологического процесса.

Таким образом, использование пищевых и биологически активных добавок, ароматизаторов, технологических функциональных веществ является одним из важнейших условий современного производства пищевых продуктов заданного состава и свойств, сохраняющих качество и безопасность в течение всего срока годности, основой интенсификации переработки пищевого сырья, совершенствования технологий, расширения ассортимента.

Статья была опубликована в журнале “Молочная промышленность” №3, 2017 г.