Совершенствование расчетного метода определения криоскопической температуры смесей для мороженого функциональной направленности

В настоящее время развивается производство мороженого функциональной направленности, и в связи с этим происходит корректировка традиционного состава продукта. При замене низкомолекулярных нутриентов (сахарозы, лактозы и минеральных солей сухого обезжиренного молочного остатка) на технологически функциональные нутриенты изменяется криоскопическая температура, влияющая на параметры процесса производства, в частности на температуру выгрузки мороженого из фризера. В связи с этим актуальной стала проблема расчета криоскопической температуры смесей для мороженого, поскольку экспериментально определить этот показатель на всех предприятиях не представляется возможным. При выполнении расчетов криоскопических температур на основе существующих справочных данных в некоторых случаях авторами наблюдалось существенное (более 0,5 °C) отклонение результатов расчетов и эксперимента. С целью установления причины указанных отклонений авторами исследованы водные растворы сахарозы, фруктозы, трегалозы, эритрита, мальтодекстрина, полидекстрозы, сорбита, глюкозно-фруктозного сиропа, сухого глюкозного сиропа, а также инулина с концентрациями, обеспечивающими значения криоскопических температур растворов в диапазоне от 0 °C до минус 6 °C. С использованием осмометра-криоскопа выполнено измерение криоскопической температуры растворов, и на основе соотношения Рауля проведен расчет средних молекулярных масс веществ с учетом содержащихся в них высокомолекулярных веществ и примесей (условных молекулярных масс). Показано, что значения условной молекулярной массы для трегалозы и сорбита более чем на 15% отличаются от значений химически чистых веществ по причине наличия низкомолекулярных мономеров в их составе. Представленные экспериментальные данные по значениям условной молекулярной массы могут быть использованы при расчетах криоскопической температуры различных видов смесей для изготовления мороженого. В качестве примера применения полученных уточненных значений условных молекулярных масс приводится процедура расчета криоскопической температуры мороженого с пониженным содержанием сахарозы и без сахарозы, а также сравнение результатов вычислений с экспериментальными данными.

1. Goff, H. D. (2019). The structure and properties of ice cream and frozen desserts. Chapter in a book: Encyclopedia of Food Chemistry, 47-54. Elsevier. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100596-5.21703-4

2. Ландиховская, А. В., Творогова, А.А. (2021). Нутриентный состав мороженого и замороженных десертов: современные направления исследований. Пищевые системы, 4(2), 74-81. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-2-74-81

3. Azari-Anpar, M., Khomeiri, M., Ghafouri-Oskuei, H., Aghajani, N. (2017). Response surface optimization of low-fat ice cream production by using resistant starch and maltodextrin as a fat replacing agent. Journal of Food Science and Technology, 54(5), 1175-1183. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2492-0

4. Garci'a-Segovia, P., Iborra-Bernad, C., Andres-Bello, A., Gonzalez-Carras-cosa, R., Barreto-Palacios, V., Breton-Prats, J. et al. (2013). Replacing sugar in ice cream: Fruit up® as a substitute. Journal of Culinary Science and Technology, 11(2), 155-164. https://doi.org/10.1080/15428052.2013.769865

5. Plaza-Diaz, J., Gil, A. (2016) Sucrose: dietary importance. Chapter in a book: Encyclopedia of Food and Health, 199-204. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384947-2.00668-1

6. Коновалова, Т.В. (2017) Что использовать вместо пищевых добавок? Особенности производства мороженого пломбир без пищевых добавок и с ограниченным их применением. Империя холода, 2, 75-76.

7. Блинова, Н. П., Матусевич, Л. Н., Постников, В. А. (1972). Влияние поверхностно-активных примесей на устойчивость пересыщенных растворов и размер получаемых кристаллов. Журнал прикладной химии, 2, 169-175.

8. Polischuk, G., Sharahmatova, T., Breus, N., Bass, O., Shevchenko, I. (2019).Studies of water freezing features in ice cream with starch syrop. Food Science and Technology, 13(2), 71-77. https://doi.org/10.15673/fst.v13i2.1383

9. Goff H. D., Hartel R. W. (2013) Calculation of Ice Cream Mixes. Chapter in a book: Ice Cream. Springer, Boston, MA, 179-191.https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6096-1_6

10. Mullan, W.M.A. (2013).Perfect ice cream or gelato. Getting the hardness or “scoopability” just right. [On-line]. Retrieved from https://www.dairyscience.info/index.php/ice-cream/228-ice-cream-hardness.html Accessed: 10 March, 2021. First posted 13 May 2013. Modified: February 2014; August 2015; January 2017; January 2018; April 2018.

11. Lopez-Quiroga, E., Wang, R., Gouseti, O., Fryer, P. J., Bakalis, S. (2016). Crystallisation in concentrated systems: A modelling approach. Food and Bioproducts Processing, 100, 525-534. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2016.07.007

12. Lopez-Quiroga, E., Wang, R., Gouseti, O., Fryer, P. J., Bakalis, S. (18-20 February 2015). Modelling freezing processes of high concentrated systems. 8th Vienna International Conference on Mathematical Modelling, MATH-MOD2015, Vienna, Austria, 28(1), 749-754. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.05.140

13. Goff, H. D., Caldwell, K. B., Stanley, D. W., Maurice, T. J. (1993). The influence of polysaccharides on the glass transition in frozen sucrose solutions and ice cream. Journal of Dairy Science, 76(5), 1268-1277. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(93)77456-1

14. Whelan, A. P., Regand, A., Vega, C., Kerry, J. P., Goff, H. D. (2008). Effect of trehalose on the glass transition and ice crystal growth in ice cream. International Journal of Food Science and Technology, 43(3), 510-516. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2006.01484.x

15. Wungtanagorn, R., Schmidt, S. J. (2001). Phenomenological study of enthalpy relaxation of amorphous glucose, fructose, and their mixture. Thermochimica Acta, 369(1-2), 95-116.https://doi.org/10.1016/S0040-6031(00)00741-3

16. Urbani, R., Sussich, F., Prejac, S., Cesaro, A. (1997). Enthalpy relaxation and glass transition behaviour of sucrose by static and dynamic DSC. Thermochimica Acta, 304-305(SPEC. ISS.), 359-367. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(97)00094-4

17. Soukoulis, C., Rontogianni, E., Tzia, C. (2010). Contribution of thermal, rheological and physical measurements to the determination of sensorially perceived quality of ice cream containing bulk sweeteners. Journal of Food Engineering, 100(4), 634-641.https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2010.05.012

18. Hashim, I. B., Al Shamsi, K.S. (2016). Physiochemical and sensory properties of ice-cream sweetened with date syrup. MOJ Food Processing & Technology, 2(3), 91-95. https://doi.org/10.15406/mojfpt.2016.02.00038

19. Data deposited in or computed by PubChem. Retrieved from https://pub-chem.ncbi.nlm.nih.gov Accessed June 25, 2021

20. Cuong, N.P., Lee, W.-H., Oh, I.-N., Thuy N. M., Kim D.-G., Park, J.-T. et al. (2016). Continuous production of pure maltodextrin from cyclodextrin using immobilized Pyrococcus furiosus thermostable amylase. Process Biochemistry, 51(2), 282-287. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2015.11.022

21. Svatos, M., Maitah, M., Belova, A. (2013). World sugar market-basic development trends and tendencies. Agris on-line Papers in Economics and Informatics, 5(2), 73-88. http://doi.org/10.22004/ag.econ.152692

22. Paulino, B. N., Molina, G., Pastore, G.M., Bicas, J.L. (2021). Current perspectives in the biotechnological production of sweetening syrups and polyols. Current Opinion in Food Science, 41, 36-43. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.02.004

23. Tian, K., Wang, J., Zhang, Z., Cheng, L., Jin, P., Singh, S. et al. (2019). Enzymatic preparation of fructooligosaccharides-rich burdock syrup with enhanced antioxidative properties. Electronic Journal of Biotechnology, 40, 71-77. https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2019.04.009

24. White, J. S., Hobbs, L. J., Fernandez, S. (2015). Fructose content and composition of commercial HFCS-sweetened carbonated beverages. International Journal of Obesity, 39(1), 176-182. https://doi.org/10.1038/ijo.2014.73

25. Willems, J. L., Low, N.H. (2012). Major carbohydrate, polyol, and oligosaccharide profiles of agave syrup. Application of this data to authenticity analysis. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(35), 8745-8754. https://doi.org/10.1021/jf3027342

26. Chu, Y.D., Shiau, L.D., Berglund, K.A. (1989). Effects of impurities on crystal growth in fructose crystallization. Journal of Crystal Growth, 97(3-4), 689-696. https://doi.org/10.1016/0022-0248(89)90572-1

27. Huang L., Li C., Li B., Liu M., Lian M., Yang S. (2020). Studies on qualitative and quantitative detection of trehalose purity by terahertz spectroscopy. Food Science and Nutrition, 8(4), 1828-1836. https://doi.org/10.1002/fsn3.1458

28. Roytio, H., Ouwehand, A.C. (2014). The fermentation of polydextrose in the large intestine and its beneficial effects. Beneficial Microbes, 5(3), 305-313. https://doi.org/10.3920/BM2013.0065

29. Шубина, О.Г. (2005). Полидекстроза-многофункциональный углевод для создания низкокалорийных и обогащенных продуктов. Пищевая промышленность, 5, 28-31.

30. Craig, S. A. S., Holden, J. F., Troup, J. P., Auerbach, M. H., Frier, H. I (1998). Polydextrose as soluble fiber: Physiological and analytical aspects. Cereal Foods World, 43(5), 370-376.

31. Raninen, K., Lappi, J., Mykkanen, H., Poutanen, K. (2011). Dietary fiber type reflects physiological functionality: comparison of grain fiber, inulin, and polydextrose. Nutrition Reviews, 69(1), 9-21. https://doi.org/10.1111/j.1753-4887.2010.00358.x

32. Flamm, G., Glinsmann, W., Kritchevsky, D., Prosky, L., Roberfroid, M. (2001). Inulin and oligofructose as dietary fiber: A review of the evidence. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 41(5), 353-362. https://doi.org/10.1080/20014091091841

33. Nezzal, A., Aerts, L., Verspaille, M., Henderickx, G., Redl, A. (2009). Polymorphism of sorbitol. Journal of Crystal Growth, 311(15), 3863-3870. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2009.06.003

34. Hidaka, H., Yamazaki, M., Yabe, M., Kakiuchi, H., Ona, E. P., Kojima, Y. et al. (2004). New PCMs prepared from erythritol-polyalcohols mixtures for latent heat storage between 80 and 100 °C. Journal of Chemical Engineering of Japan, 37(9), 1155-1162. https://doi.org/10.1252/jcej.37.1155