Абстрактный
Йогурт, как любимый потребителями кисломолочный продукт, своими качественными характеристиками (такими как текстура, вкусовые ощущения и стабильность) во многом обязан научному применению эмульгаторов и загустителей. В этой статье систематически рассматриваются основные механизмы действия эмульгаторов и загустителей в йогурте, включая регулирование структуры белковой сети, ингибирование отделения сыворотки, улучшение вязкости и продление срока годности. В статье представлен подробный анализ функциональных характеристик широко используемых добавок, таких как молекулярно-дистиллированные моноглицериды, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), пектин, ксантановая камедь, гуаровая камедь и альгинат пропиленгликоля (PGA), а также обсуждаются синергетические стратегии в применении соединений, предлагая теоретические рекомендации по оптимизации рецептуры йогурта.
Введение
Йогурт – это молочный продукт, производимый путем ферментации молочнокислых бактерий, превращающей лактозу в молочную кислоту. В процессе переработки молочные белки (в основном казеин) коагулируют, когда pH приближается к изоэлектрической точке (приблизительно 4,6), образуя гелевую сетчатую структуру. Однако эта структура геля подвержена разрушению во время механического перемешивания, транспортировки, хранения или колебаний температуры, что приводит к расслаиванию сыворотки, грубой текстуре и плохому вкусу. Следовательно, эмульгаторы и загустители играют незаменимую роль в производстве йогурта.
Хотя обычно эмульгаторы и загустители добавляются в йогурт в количестве всего 0,1 %-0,5 %, они значительно улучшают качественные характеристики продукта. Они не только повышают вязкость и водоудерживающую способность йогурта, но также стабилизируют эмульсионную систему, предотвращая подъем жира и осаждение белка, обеспечивая сохранение однородной и тонкой текстуры продукта на протяжении всего срока годности. В этой статье подробно исследуются механизмы действия и практическое применение этих двух категорий добавок в йогурте.
Эмульгаторы в йогурте
Эмульгаторы — это поверхностно--активные вещества с двойными гидрофильными и липофильными свойствами, способные образовывать адсорбционные пленки на границах раздела несмешивающихся масел-воды, снижая межфазное натяжение и тем самым стабилизируя эмульсионные системы. В йогурте эмульгаторы в первую очередь взаимодействуют с молочным жиром и белками, оказывая стабилизирующее действие.
1 Основные функции эмульгаторов
Обеспечение равномерного распределения жира: Эмульгаторы уменьшают межфазное натяжение на поверхности жировых шариков, поддерживая жир в тонком, равномерно диспергированном состоянии внутри матрицы йогурта, предотвращая подъем или агрегацию жира.
Повышение стабильности белка: В кислых условиях (рН йогурта примерно 4,0-4,5) казеин приближается к своей изоэлектрической точке и становится склонным к коагуляции и осаждению. Эмульгаторы могут связываться с казеином, образуя гидрофильные защитные слои, которые повышают пространственную стабильность белка.
Улучшение текстуры и вкуса: Эмульгаторы оптимизируют структуру геля йогурта, делая его более тонким и гладким, усиливая ощущение кремообразности при употреблении.
2 распространенных типа эмульгаторов
Молекулярные дистиллированные моноглицериды: Значение ГЛБ примерно 3,8, один из наиболее часто используемых эмульгаторов в йогурте. Они эффективно способствуют частичному слипанию жира, образуя стабильные жировые сети, которые повышают прочность геля йогурта.
Эфиры сахарозы и жирных кислот: Продукты с различными значениями ГЛБ можно выбирать в соответствии с потребностями. Гидрофильные эфиры сахарозы (такие как S1170, HLB=11) улучшают стабильность йогуртовой эмульсии и распределение воды.
Изолят соевого белка: Сочетает в себе эмульгирующие и питательные функции, взаимодействуя с молочными белками для повышения механической прочности межфазных пленок.
Сывороточный протеин-80: Обладает хорошими эмульгирующими и гелеобразующими свойствами, улучшает текстуру йогурта и водо-удерживающую способность.
Загустители в йогурте
Загустители (также известные как стабилизаторы) представляют собой преимущественно водо-растворимые высокомолекулярные-молекулярные-полисахариды, которые улучшают стабильность и качество йогурта за счет увеличения вязкости системы и формирования сетчатых структур за счет взаимодействия с белками.
1 Основные механизмы загустителей
Увеличение вязкости, замедление осаждения частиц: Согласно закону Стокса, скорость осаждения частиц в дисперсной системе обратно пропорциональна вязкости среды. Загустители эффективно замедляют гравитационное осаждение белковых частиц и жировых шариков за счет увеличения вязкости йогурта и предотвращения разделения фаз.
Формирование защитных слоев посредством связывания с белками: Многие загустители специфически связываются с казеином, образуя гидрофильные защитные пленки на поверхности белков, которые предотвращают агрегацию и осаждение в кислых условиях. Например, каррагинан показывает хорошую реакционную способность с казеином, а альгинат пропиленгликоля (PGA) также прочно связывается с казеином в кислых условиях.
Построение трехмерных-сетевых структур: Молекулы загустителя могут образовывать сетчатые структуры за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий, инкапсулируя частицы воды и белка, повышая прочность йогуртового геля и водо-удерживающую способность.
Подавление разделения сыворотки: Улучшая водоудерживающую способность-системы, загустители эффективно предотвращают отделение сыворотки во время хранения йогурта.
2 Сравнение распространенных типов загустителей
| Тип загустителя | Основные характеристики | Механизм действия | Типичный уровень добавления | Преимущества и ограничения |
|---|---|---|---|---|
| Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) | Анионный эфир целлюлозы, хорошая кислотостойкость. | Отрицательно заряженная КМЦ электростатически связывается с положительно заряженным казеином в кислых условиях, образуя стабильные белково--полисахаридные комплексы, которые предотвращают агрегацию и осаждение белков. | 0.3%-0.9% | Хорошая термическая стабильность, сильная защита от-осаждения осадков; высокая вязкость может повлиять на вкус |
| Пектин | Натуральный растительный экстракт, предпочтительно-маркировка "чистая этикетка" | Образует защитный слой на поверхности казеина за счет электростатического взаимодействия и стерических затруднений, стабилизируя кислую систему молока. | 0.2%-0.5% | Природный источник, высокое признание потребителей; относительно высокая стоимость |
| Ксантановая камедь | Полисахарид микробной ферментации, псевдопластическая жидкость | Образует слабую гелевую сетчатую структуру, значительно увеличивает вязкость системы; однако исследования показывают, что добавление 0,1–0,3% препятствует агрегации казеина, вызывая рассыпание гелевой структуры и фактически снижая кажущуюся вязкость. | 0.02%-0.2% | Сильная способность к суспендированию, но дозировка требует контроля; чрезмерное количество может разрушить структуру геля |
| Гуаровая камедь | Природный галактоманнан | Образует водородные связи с молекулами воды, увеличивая вязкость непрерывной фазы и замедляя осаждение частиц. | 0.1%-0.3% | Высокая эффективность загущения, низкая стоимость; плохая кислотостойкость |
| Пропиленгликольальгинат (PGA) | Производное альгината, отличная кислотостойкость. | Образует прочные гидрофильные комплексы с казеином в кислой среде, обеспечивая пространственную стабильность. | 0.1%-0.4% | Отличная стабильность в кислых условиях, освежающий вкус. |
| Каррагинан | Экстракт красных водорослей, специфическое взаимодействие с казеином. | κ-каррагинан специфически взаимодействует с κ-казеином на поверхности мицелл казеина, образуя трехмерные сетчатые структуры. | 0.01%-0.05% | Эффективен при очень низких уровнях использования; Эффекты ионной силы требуют внимания |
| Растворимый соевый полисахарид | Источник сои, чистая-этикетка | Стабилизирует кислые молочные белки посредством двойного механизма электростатического отталкивания и стерических затруднений. | 0.5%-2.0% | Натуральный источник, хорошая стабильность, освежающий вкус. |
Синергетический эффект эмульгаторов и загустителей
1 Механизмы синергии
В практическом применении отдельные добавки часто не могут удовлетворить все требования к качеству йогуртовых продуктов. Научное сочетание эмульгаторов и загустителей может дать синергетический эффект, достигая лучших результатов, чем использование любой отдельной добавки.
Дополнительные функции: Эмульгаторы в первую очередь стабилизируют границы раздела масла-воды и способствуют диспергированию жира; загустители главным образом увеличивают вязкость системы и повышают стабильность белка. Их сочетание одновременно оптимизирует стабильность как жировой, так и водной фаз.
Электростатическая синергия: Между ионными загустителями (такими как CMC, PGA) и эмульгаторами могут существовать электростатические взаимодействия, повышающие прочность и стабильность межфазной пленки.
Взаимопроникновение сетей: жировая сеть, образованная эмульгаторами, взаимопроникает с полисахаридной сетью, образованной загустителями, создавая более компактные и стабильные трехмерные-структуры, которые эффективно связывают воду и частицы белка.
2 классические рецептуры компаундов
| Тип йогурта | Рекомендуемая рецептура | Эффекты | Основа применения |
|---|---|---|---|
| Набор Йогурт | КМЦ + моноглицериды | КМЦ предотвращает отделение сыворотки; моноглицериды улучшают дисперсию жира и повышают прочность геля. | КМЦ 0,3–0,5 %, моноглицериды 0,1–0,2 %. |
| Перемешанный йогурт | Пектин + PGA + изолят соевого белка | Пектин и PGA синергически стабилизируют кислый белок; соевый белок улучшает эмульгирование и питание | Патент CN108184997A показывает, что эта комбинация значительно улучшает текстуру. |
| Питьевой йогурт | КМЦ + растворимый полисахарид сои | Синергетическое улучшение стабильности белка, уменьшение седиментации, освежающий вкус | КМЦ 0,3–0,6 %, растворимый полисахарид сои 0,5–1,0 %. |
| Йогурт с высоким-белком | Каррагинан + гуаровая камедь + моноглицериды | Каррагинан специфически связывается с казеином; гуаровая камедь загустевает; моноглицериды эмульгируют | Каррагинан<0.03% to avoid excessive gelation |
| Йогурт-обезжиренный | Ксантановая камедь + эфиры сахарозы | Ксантановая камедь придает ощущение крема,-напоминающее вкус; сложные эфиры сахарозы улучшают эмульгирование | Ксантановая камедь строго<0.1% to avoid gel disruption |
3 Оптимизация дополнительных уровней
Исследования показывают, что влияние добавок на качество йогурта не просто линейное, а демонстрирует оптимальные диапазоны добавления.
Исследования CMC: Добавление 0,1%-0,9% КМЦ значительно улучшает физическую стабильность перемешанного йогурта, но различные уровни добавления по-разному влияют на реологические свойства и активность молочнокислых бактерий. КМЦ в концентрации 0,7–0,9% увеличивает количество молочнокислых бактерий во время раннего хранения, но их количество снижается при длительном хранении из-за накопления вторичных метаболитов и дефицита питательных веществ.
Пороговый эффект ксантановой камеди: При добавлении 0,1–0,3% ксантановой камеди кажущаяся вязкость йогурта снижается с увеличением количества. Электронная микроскопия показывает, что макромолекулы ксантановой камеди препятствуют агрегации казеина из-за стерических препятствий, что приводит к образованию рассеянной гелевой структуры. Таким образом, ксантановую камедь требует осторожного использования в йогурте, обычно рекомендуется в концентрации ниже 0,1%.
Синергетическая стабилизация фосфатами: Монофосфаты и полифосфаты, составленные в определенных соотношениях (каждый 0,01%-0,5%), эффективно предотвращают агрегацию белка, усиливают эмульгирование казеина и уменьшают накопление жира в йогурте с высоким содержанием жира.
Стратегии применения различных типов йогурта
1 комплект йогурта
Застывший йогурт ферментируется и коагулируется непосредственно в упаковочном контейнере, что требует образования плотного геля, тонкой и однородной текстуры и отсутствия отделения сыворотки.
Стратегии применения:
- В первую очередь используйте загустители, особенно те, которые специфически взаимодействуют с казеином, такие как каррагинан и PGA.
- КМЦ эффективно предотвращает отделение сыворотки и улучшает структуру
- Используйте низкие количества добавок, чтобы избежать чрезмерного загущения, которое может повлиять на коагуляцию.
2 перемешанных йогурта
Перемешанный йогурт получают путем ферментации с образованием творога с последующим разбиванием, перемешиванием и охлаждением. Он требует соответствующей вязкости, гладкой текстуры и хорошей водо-удерживающей способности.
Стратегии применения:
- Сбалансируйте эмульгаторы и загустители для обеспечения как стабильности жира, так и защиты белков.
- КМЦ является предпочтительным стабилизатором для перемешанного йогурта, рекомендуется в концентрации 0,3–0,6%.
- Добавление пектина, PGA, растворимого соевого полисахарида и т. д. может дополнительно улучшить текстуру.
- Обратите внимание, что перемешивание повреждает структуру геля; для восстановления вязкости необходимо достаточное количество стабилизаторов
3. Питьевой йогурт
Питьевой йогурт имеет более низкую вязкость для непосредственного употребления, требует хорошей сыпучести, освежающего вкуса, отсутствия седиментации или разделения фаз.
Стратегии применения:
- В первую очередь используйте эмульгаторы с высоким-HLB и загустители с низкой-вязкостью.
- Выбирайте КМЦ с высокой степенью и однородностью замещения (например, марка FL100) для хорошей стабильности при низкой вязкости.
- Растворимый полисахарид сои стабилизирует кислый белок без значительного увеличения вязкости.
- PGA обеспечивает превосходную стабильность в кислых условиях и освежающий вкус.
4 греческих йогурта/йогурт с высоким-белком
Греческий йогурт концентрируется путем удаления некоторого количества сыворотки, что приводит к высокому содержанию белка и густой текстуре, что требует насыщенного вкуса без ощущения порошкообразности.
Стратегии применения:
- Используйте загустители осторожно, чтобы избежать чрезмерного загущения, вызывающего липкость.
- Специфическое связывание каррагинана с казеином усиливает белковую сеть.
- Гуаровая камедь обеспечивает кремовый, гладкий вкус
- Эмульгаторы помогают равномерно распределить жир, улучшая выделение вкуса.
Последние достижения исследований и перспективы на будущее
1 Тенденции «чистой этикетки»
В условиях растущего потребительского спроса на натуральные и полезные для здоровья продукты питания разработка эмульгаторов и загустителей из натуральных-источников, соответствующих маркировке- стала горячей темой исследований.
Натуральные экстракты: пектин, извлеченный из кожуры цитрусовых, каррагинан и PGA из морских водорослей, гуаровая камедь и растворимый соевый полисахарид из бобовых — идеальный выбор для продуктов с чистой-маркировкой.
Инновации в области растительных источников: Недавние исследования показали, что галактоманнан, извлеченный из семян гуара, используется в качестве естественного стабилизатора для йогурта, обеспечивая превосходный внешний вид и текстуру при добавлении 0,1%.
2 новые эмульгирующие и стабилизирующие системы
Эмульсии Пикеринга: Эмульсии Пикеринга, стабилизированные твердыми частицами (такими как композиты крахмала и оксида цинка), применяются при обогащении йогурта, служа системами доставки биологически активных соединений, сохраняя при этом текстурные свойства. Исследования показывают, что эта новая эмульгирующая система существенно не меняет текстурные характеристики йогурта в течение 1-14 дней хранения.
Ферментные-модифицированные эмульгаторы: Эмульгаторы природного происхождения, модифицированные ферментативными методами (например, ферментированный лецитин), обладают лучшими эмульгирующими свойствами и термической стабильностью, что дает многообещающие возможности применения в йогурте.
3 Технология прецизионного компаундирования
Основываясь на-глубоком понимании молекулярной структуры и функций различных загустителей, точное регулирование пропорций рецептуры и уровней добавления позволяет создавать "индивидуальную" текстуру йогурта. Например, использование синергетического действия пектина, PGA и изолята соевого белка может решить проблемы пост-подкисления, плохой текстуры и резкого вкуса питьевого йогурта.
4. Функциональное расширение пребиотиков
Некоторые загустители (например, пектин, гидролизованная гуаровая камедь) сами по себе обладают пребиотическими функциями, стимулируя рост пробиотиков и одновременно улучшая текстуру йогурта, достигая интеграции структуры и функций.
Заключение
Эмульгаторы и загустители являются незаменимыми функциональными ингредиентами при производстве йогурта, значительно улучшающими качественные характеристики йогурта за счет многоуровневых механизмов. Эмульгаторы в первую очередь действуют путем стабилизации дисперсии жира, повышения стабильности белка и оптимизации структуры геля; загустители препятствуют отделению и осаждению сыворотки, увеличивая вязкость системы, образуя защитные слои с белками и создавая трехмерные сетчатые структуры.
Различные добавки демонстрируют разные эксплуатационные характеристики йогурта из-за различий в молекулярной структуре и физико-химических свойствах:
- КМЦобладает хорошей кислотостойкостью и сильной способностью против-осаждения осадков, что делает его предпочтительным стабилизатором для перемешиваемых и питьевых йогуртов.
- Пектинявляется натуральным-источником, экологически чистым-этикеткой, широко используется в кислых белковых напитках
- ПГАобеспечивает превосходную стабильность в кислых условиях с освежающим вкусом
- Каррагинанспецифически связывается с казеином, эффективен при низких уровнях использования
- Ксантановая камедьтребует строгого контроля дозировки во избежание нарушения структуры геля.
- Растворимый соевый полисахаридстабилизирует кислый белок без значительного увеличения вязкости
Научное составление эмульгаторов и загустителей, использующее их синергетический эффект, является ключом к оптимизации качества йогурта. В будущем, с усилением тенденции к чистой-маркировке и разработкой новых эмульгирующих и стабилизирующих систем, исследования добавок к йогурту будут все больше фокусироваться на натуральных источниках, точном составлении рецептур и функциональном расширении, предоставляя потребителям более качественные и полезные для здоровья продукты.
