Получение заменителей жира на основе денатурированных белков молочной сыворотки

14-05-2014, 15:33

По имеющейся информации наиболее популярным белковым имитатором жира в настоящее время является Simplesse®-100, полученный на основе концентрата денатурированных сывороточных белков (КДСБ). Известно, что еще в 1984 г. канадские изобретатели Норманн С. Синглер, Шои Ямамото и Джозеф Лателла подали заявку в патентное бюро США на Simplesse®. Согласно, Simplesse® является вторичным молочным продуктом, полученным из яичного белка и/или концентрата молочной сыворотки в процессе микрогранулирования. По сравнению с настоящим жиром калорийность Simplesse®-100 в 3 раза меньше. Simplesse®, как и другие белковые имитаторы жира, не выдерживает нагревания свыше 100 °С и не может быть использован для жарения.
Состав и пищевая ценность Simplesse®-100 не отличаются от обычного концентрата сывороточного белка. В технологии производства Simplesse®-100 не используются вещества, которые могут изменить его происхождение. Продукт имеет маркировку «концентрата сывороточного белка», его состав и свойства представлены в табл. 11.1.

Simplesse®-100 легко диспергируется и быстро растворяется без применения специального оборудования или технологий. Порошок Simplesse®-100 вводится в рецептурную смесь при наличии достаточного количества воды, желательно, чтобы содержание сухих веществ было менее 40 %. В жировых системах порошок Simplesse® должен быть гидратирован в водной фазе до внесения жира или масла. Тем не менее, проблем полного восстановления влагосодержания в разбавленных жировых эмульсиях, таких как цельное молоко или сливки, не возникает.
Основы технологии КДСБ. Блок-схема получения КДСБ на примере Simplesse®-100 в системе производства твердых сыров показана на рис. 11.2.

Непосредственно технология получения КДСБ должна включать следующие операции: сбор подсырной сыворотки, выделение жира и казеиновой пыли, пастеризация, фракционирование методом ультрафильтрации, сгущение концентрата сывороточных белков на вакуум-выпарной установке с минимально возможной коагуляцией белка до массовой доли сухих веществ, позволяющей успешно провести формирование микрочастиц. Формирование микрочастиц происходит в процессе нагревания концентрата сывороточного белка выше температуры денатурации белка в условиях сильного сдвига.
При нагревании раствора термически коагулируемых белков, составляющие их молекулы денатурируют (разворачиваются), а затем начинают собираться в одно целое. Вместо образования пространственной желированной сетки коагулированного белка, белки Simplesse® образуют микрочастицы и никогда не образуют геля. Норманн Синглер сравнивал процесс образования молекул с «наматыванием макарон на вилку».
Процесс молекулярной агрегации начинается с димеров, и при дальнейшем нагревании может продолжаться до тех пор, пока все молекулы белка не объединятся. Однако было обнаружено, что эта самопроизвольная тенденция к агрегации может быть остановлена в микрометрических пределах путем приложения усилия сдвига достаточной интенсивности в процессе нагревания. Такой процесс может быть описан как синхронное выполнение объединенного процесса гомогенизации и пастеризации.
Аппаратурно-процессовая (технологическая) схема производства КДСБ представлена на рис. 11.3.
Для производства КДСБ рекомендовано использование оригинального модуля оборудования Tetra Therm MicroPart, разработанного компанией «Тетра-Пак» (рис. 11.4).

Микропартикуляция при помощи модуля Tetra Therm Micro Part гарантирует более высокую рентабельность производства сыра: повышается ценность сыворотки; снижается себестоимость сыра, так как по сравнению с казеином сывороточные белки, подвергшиеся микропартикуляции, являются более дешевым ингредиентом; улучшается качество маложирных сыров. Как исходное сырье для производства микропартикулированных сывороточных белков используется сухой концентрат сывороточного белка (КСБ), предварительно растворенный в воде или КСБ, получаемый в процессе обработки сыворотки методом ультрафильтрации.

Раствор КСБ предварительно нагревается в пластинчатом теплообменнике Tetra Plex и затем нагревается до более высокой температуры в трубчатом теплообменнике Tetra Spiraflo. Продукт выдерживается при высокой температуре в течение определенного промежутка времени в спиральной трубе выдержки, где происходит денатурирование и агрегация сывороточных белков и инактивируется микрофлора. Благодаря гибкости модуля Tetra Therm Micro Part время выдержки и температура могут устанавливаться в зависимости от вида продукта. Затем белки механически обрабатываются в гомогенизаторе Tetra Plex для получения соответствующего размера частиц.
Принцип действия и стабильность КДСБ. КДСБ действует как суррогатная дисперсная фаза, заменяющая жировые капельки, которые традиционно выполняют функции дисперсной фазы, и симулирует мажущуюся маслянистую консистенцию продуктов. Данная способность имитатора жира обусловлена размером и формой составляющих его частиц.
Частицы размером более 3 мкм в водной дисперсии ощущаются как порошковые, известковые, песчаные (при увеличении размера частиц). Частицы размером менее 2 мкм подобных ассоциаций не вызывают. Вместо этого язык ощущает общие характеристики дисперсии имитатора жира как маслянистость, которые более типичны для эмульсий «масло в воде» (как для полножирных майонезов). Наряду с верхним, существует нижний порог. Дисперсия частиц менее 0,1 мкм воспринималась как истинный раствор. Таким образом, можно говорить о существовании «уникального интервала»: 0,5-2,0 мкм, в пределах которого микрочастицы придают продукту маслянистую консистенцию. Ho даже сверхтонкие частицы, находящиеся в пределах «уникального интервала», но имеющие игольчатую, палочковидную или угловатую форму не создавали скольжения необходимого для имитации жира, а имели тенденцию к скапливанию, вследствие чего ощущались как более крупные агломераты. Следовательно, для создания имитатора жира высокого качества необходимо, чтобы размеры его частиц были в интервале 0,5-2,0 мкм и имели сферическую или близкую к ней форму.
Гранулометрический состав частиц КДСБ марки Simplesse®-100 приведен на рис. 11.5.

В плане обеспечения стабильности КДСБ можно констатировать следующее. В процессе производства КДСБ растворимые молекулы белка денатурируют и агрегируют в строго контролируемых условиях. Благодаря этому микрочастицы представляют собой очень стабильную форму сывороточного белка, которая уже не в состоянии агломерироваться или желироваться при нагреве. Продукт сохраняет свои функциональные свойства в условиях высоких температур пастеризации и асептического производства. Влияние термической обработки на вязкость концентрата сывороточных белков и имитатора жира Simplesse®-100 представлено на рис. 11.6.

Микрочастицы остаются необъединенными и продолжают выполнять функцию дисперсной фазы практически во всех продуктах вне зависимости от значения величины pH, даже в изоэлектрической точке белков. Микрочастицы КДСБ эффективно стабилизируют эмульсии и взбитую текстуру, т. к. имеют точно требуемый размер для систем «жир в воде» или «воздух в жидкости». КДСБ может стабилизировать эмульсии в условиях повышенных температур производства, например УВТ-обработки, и такая стабилизация возможна без увеличения вязкости, что обычно наблюдается при использовании других эмульгаторов. Стандартные концентраты сывороточных белков обычно желируют и изменяют текстуру эмульсии или агрегируют и теряют свои стабилизационные свойства.
Применение КДСБ в производстве молочно-белковых продуктов. В молочно-белковых продуктах и кисломолочных напитках частицы КДСБ участвуют в формировании казеинового сгустка — они внедряются в белковую матрицу, функционируя подобно жировым глобулам, которые они и заменяют (рис. 11.7).

Их способность равномерно распределять воду в казеиновой матрице способствует развитию эластичной структуры, при этом не оставляя «пятен» в сыре, что оказывает положительное влияние на созревание и формирование короткой текстуры. В сырах с пониженным содержанием жира КДСБ развивает структуру жирного продукта через повышение влаги.
На месте мелких отверстий в белковом матриксе находилась сыворотка. Преимущества применения КДСБ в производстве нежирных молочно-белковых продуктов:
- увеличивает выход готовой продукции;
- усиливает мажущуюся консистенцию;
- понижает плотность и «резинистость» сырного теста;
- улучшает текстуру;
- усиливает молочный вкус;
- развивает полноту вкуса в готовом продукте.
Плавленые сыры, сливочные сыры, спрэды. Рекомендуемая дозировка Simptesse®-100 1,0-2,0%. Сухой порошок должен быть гидратирован перед использованием — это повысит его эффективность. Допускается использование нежирного сыра с Simplesse®-100 в качестве сырья для выработки плавленого сыра с пониженным содержанием жира.
Американская фирма Avonmore Cheese Inc. вырабатывает сыр Моцарелла с 1/3 жира и 1/3 калорийности по сравнению с традиционными сырами этого вида. Для того чтобы сохранить типичные для сыра органолептические показатели, низкокалорийный сыр Моцарелла вырабатывают с добавкой смеси Simplesse, состоящей из молочных и яичных белков, растительной камеди, лецитина, сахаров и пищевых кислот.
Все изложенное позволило исследователям обосновать постановку работы по использованию КДСБ при производстве белково-жировых продуктов отечественного ассортимента — мягкие сыры и творог.