Использование ксантановой камеди в молокосодержащем мороженом с микропартикулятом сывороточных белков

Гидроколлоиды стабилизационных систем являются необходимыми компонентами в производстве мороженого. Они влияют на вязкость, стабилизацию структурных элементов и скорость таяния. Особенно важна их роль в производстве мороженого с низким содержанием жира и сухого обезжиренного молочного остатка. В настоящее время специализированные стабилизационные системы для изготовления такого мороженого отсутствуют. Кроме того, при выборе стабилизационных систем существуют проблемы экономического характера, связанные с увеличением цены на эффективный полисахарид — камедь рожкового дерева. Целью исследования являлось обоснование состава эффективной композиции гидроколлоидов с использованием доступной их разновидности ксантановой камеди с целью применения в производстве молокосодержащего мороженого (с пониженным содержанием жира и сухих обезжиренных веществ молока). Для достижения наилучших показателей качества в молокосодержащее мороженое был внесен микропартикулят сывороточных белков. На основании синергетических свойств гидроколлоидов по показателю «динамическая вязкость» был определен состав 4 композиций с содержанием ксантановой камеди 8,6% (в образцах № 1 и № 2), 16% (в образце № 3) и 3% (в образце № 4). В качестве контрольного образца было выработано мороженое с комплексной стабилизационной системой торговой марки Cremodan 334. Во всех образцах были определены следующие показатели: динамическая вязкость, вязкоупругие характеристики (твердость, адгезионная сила, клейкость), скорость таяния, состояние и дисперсность воздушной фазы и кристаллов льда. Все разработанные композиции по показателю «вязкость» превосходили контрольный образец в 1,2–2 раза. Было установлено, что замена фракции каппа-каррагинана в количестве 50% на йота-каррагинан в сочетании с гуаровой и ксантановой камедями приводит к снижению вязкости в 1,3 раза. В образцах с испытуемыми гидроколлоидными композициями произошло снижение вязкоупругих характеристик. При использовании йота-каррагинана (образцы № 2 и № 4) было выявлено заметное уменьшение термоустойчивости мороженого в образце № 4. Кроме того, наблюдалось снижение дисперсности воздушной фазы (содержание воздушных пузырьков размером до 50 мкм сократилось почти на 30%). На основании результатов исследований было установлено, что композиция гидроколлоидов образца мороженого № 1, состоящая из монои диглицеридов жирных кислот, гуаровой камеди, ксантановой камеди и каппа-каррагинана, позволяет получать продукт с технологически необходимыми показателями качества и с наиболее кремообразной консистенцией.

1. Goff, H. D. (2018). The Structure and Properties of Ice Cream and Frozen Desserts. Chapter in a book: Encyclopedia of Food Chemistry. Academic Press, 2019. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100596-5.21703-4

2. Regand, A., Goff, H. D. (2003). Structure and ice recrystallization in frozen stabilized ice cream model systems. Food Hydrocolloids, 17(1), 95–102. https://doi.org/10.1016/S0268-005X(02)00042-5

3. Manzoor, A., Dar, A. H., Pandey, V. K., Shams, R., Khan, S., Panesar, P. S. et al. (2022). Recent insights into polysaccharide-based hydrogels and their potential applications in food sector: A review. International Journal of Biological Macromolecules, 213, 987–1006. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.06.044

4. Himashree, P., Sengar, A. S., Sunil, C. K. (2022). Food thickening agents: Sources, chemistry, properties and applications — A review. International Journal of Gastronomy and Food Science, 27, Article 100468. https://doi.org/10.1016/j.ijgfs.2022.100468

5. Cofelice, M., Messia, M. C., Marconi, E., Cuomo, F., Lopez, F. (2023). Effect of the xanthan gum on the rheological properties of alginate hydrogels. Food Hydrocolloids, 142, Article 108768. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108768

6. Kamińska-Dwórznicka, A., Łaba, S., Jakubczyk, E. (2022). The effects of selected stabilizers addition on physical properties and changes in crystal structure of whey ice cream. LWT, 154, Article 112841. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112841

7. Udo, T., Mummaleti, G., Mohan, A., Singh, R. K., Kong, F. (2023). Current and emerging applications of carrageenan in the food industry. Food Research International, 173(2), Article 113369. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.113369

8. Xu, H., Gao, Z., Huang, M., Fan, Q., Cui, L., Xie, P. et al. (2024). Static stability of partially crystalline emulsions stabilized by milk proteins: Effects of κ-carrageenan, λ-carrageenan, ι-carrageenan, and their blends. Food Hydrocolloids, 147(A), Article 109387. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109387

9. Huang, J-Y., Jones, O. G., Zhang, B. Y. (2022). Interactions of casein and carrageenan with whey during pasteurization and their effects on protein deposition. Food and Bioproducts Processing, 135, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2022.06.002

10. Seo, C. W., Oh, N. S. (2022). Functional application of Maillard conjugate derived from a κ-carrageenan/milk protein isolate mixture as a stabilizer in ice cream. LWT, 161, Article 113406. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113406

11. Liu, W., Foster, T. (2022). Phase separation of a milk protein and guar gum: The effect of guar gum molecular weight and oil addition on the phase diagram. Food Hydrocolloids for Health, 2, Article 100048. https://doi.org/10.1016/j.fhfh.2021.100048

12. Thombare, N., Jha, U., Mishra, S., Siddiqui, M. Z. (2016). Guar gum as a promising starting material for diverse applications: A review. International Journal of Biological Macromolecules, 88, 361–372. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.04.001

13. Bhat, I. M., Wani S. M., Mir, S. A., Masoodi, F. A. (2022). Advances in xanthan gum production, modifications and its applications. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 42, Article 102328. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2022.102328

14. Brunchi, C-E., Morariu, S., Iftime, M–M., Stoica, I. (2023). Xanthan gum in solution and solid-like state: Effect of temperature and polymer concentration. Journal of Molecular Liquids, 387, Article 122600. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.122600

15. Wu, G., Liu, X., Hu, Z., Wang, K., Zhao, L. (2022). Impact of xanthan gum on gluten microstructure and bread quality during the freeze-thaw storage. LWT, 162, Article 113450. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113450

16. BeMiller, J. N. (2019). Polysaccharides: Properties. Chapter in a book: Carbohydrate Chemistry for Food Scientists (Third edition). Woodhead Publishing and AACC International Press, 2019. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812069-9.00005-4

17. Patil, U., Patel, A. R. (2021). Polysaccharide-based functional colloids for food applications. Chapter in a book: Food, Medical, and Environmental Applications of Polysaccharides. Elsevier, 2021. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819239-9.00004-X

18. Chuah, A. M., Kuroiwa, T., Kobayashi, I., Nakajima, M. (2014). The influence of polysaccharide on the stability of protein stabilized oil-in-water emulsion prepared by microchannel emulsification technique. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 440, 136–144. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.09.051

19. Wijaya, W., Patel, A. R., Setiowati A. D., Van der Meeren, P. (2017). Functional colloids from proteins and polysaccharides for food applications. Trends in Food Science and Technology, 68, 56–69. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.08.003

20. Balivo, A., d’Errico, G., Genovese, A. (2024). Sensory properties of foods functionalised with milk proteins. Food Hydrocolloids, 147(A), Article 109301. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109301

21. Singh, R., Rothod, G., Meletharayil, G. N., Kapoor, R., Sankarlal, V. M., Amamcharla, J. K. (2022). Invited review: Shelf-stable dairy protein beverages — Scientific and technological aspects. Journal of Dairy Science, 105(12), 9327–9346. https://doi.org/10.3168/jds.2022-22208

22. Patmore, J. V., Goff, H. D., Fernandes, S. (2003). Cryo-gelation of galactomannans in ice cream model systems. Food Hydrocolloids, 17(2), 161–169. https://doi.org/10.1016/S0268-005X(02)00048-6

23. Мельникова, Е. И., Станиславская Е. Б., Фёдорова, А. Р. (2021). Белково-полисахаридный имитатор жира для ферментированного молочного продукта. Хранение и переработка сельхозсырья, 3, 188–199. https://doi.org/10.36107/spfp.2021.220

24. Ландиховская, А. В., Творогова, А. А. (2023). Показатели качества молочного мороженого с цитрусовыми волокнами и камедями. Пищевые системы, 6(2), 261–268. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-2-261-268

25. Ren, Z., Li, X., Ma, F., Zhang, Y., Hu, W., Khan, Z. H. et al. (2022). Oil-in-water emulsions prepared using high-pressure homogenisation with Dioscorea opposita mucilage and food-grade polysaccharides: Guar gum, xanthan gum, and pectin. LWT, 162, Article 113468. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113468

26. Agoub, A. A., Smith, A. M., Giannouli, P., Richardson R. K., Morris E. R. (2007). «Melt-in-the-mouth» gels from mixtures of xanthan and konjac glucomannan under acidic conditions: A rheological and calorimetric study of the mechanism of synergistic gelation. Carbohydrate Polymers, 69(4), 713–724. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.02.014

27. Творогова, А. А., Ландиховская, А. В., Казакова, Н. В. (2022). Структура молокосодержащего мороженого при использовании концентратов молочного и сывороточного белков. Пищевая промышленность, 6, 66–69. https://doi.org/10.52653/PPI.2022.6.6.015

28. Nooshkam, M., Varidi, M., Zareie, Z., Alkobeisi, F. (2023). Behavior of proteinpolysaccharide conjugate-stabilized food emulsions under various destabilization conditions. Food Chemistry: X, 18, Article 100725. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2023.100725

29. Мельникова, Е. И., Станиславская, Е. Б. (2021). Получение и применение микропартикулята сывороточных белков в технологии производства сметаны. Пищевые системы, 4(2), 117–125. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2020-4-2-117-125

30. Kew, B., Holmes, M., Stieger, M., Sarkar, A. (2020). Review on fat replacement using protein-based microparticulated powders or microgels: A textural perspective. Trends in Food Science and Technology, 106, 457–468. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.10.032

31. Černíková, M., Buňka, F., Pavlínek, V., Březina, P., Hrabě, P., Valášek, P. (2008). Effect of carrageenan type on viscoelastic properties of processed cheese. Food Hydrocolloids, 22(6), 1054–1061. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2007.05.020

32. Zhu, J., Eid, M., Li, J., Geng, F., Li, B. (2022). Synergistic interactions between konjac glucomannan and welan gum mixtures. LWT, 162, Article 113425. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113425

33. Brenner, T., Tuvikene, R., Fang, Y., Matsukawa, S., Nishinari, K. (2015). Rheology of highly elastic iota-carrageenan/kappa-carrageenan/xanthan/konjac glucomannan gels. Food Hydrocolloids, 44, 136–144. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2014.09.016

34. Bhattacharyya, T., Palla, C. S., Dethe, D. H., Joshi, Y. M. (2024). Rheological investigation of the network structure in mixed gels of Kappa and Iota Carrageenan. Food Hydrocolloids, 146(B), Article 109298. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109298

35. Иванова, С. А. (2018). Пенообразующие свойства концентратов белков обезжиренного молока. Техника и технология пищевых производств, 49(4), 12–21. http://doi.org/10.21603/2074-9414-2018-4-12-21

36. Martinez-Padilla, L. P., Garsia-Rivera, J. L., Romero-Arreola, V., Casas-Alencaster, N. B. (2015). Effects of xanthan gum rheology on the foaming properties of whey protein concentrate. Journal of Food Engineering, 156, 22–30. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.01.018

37. Liu, X., Sala, G., Scholten, E. (2022). Effect of fat aggregate size and percentage on the melting properties of ice cream. Food Research International, 160, Article 111709. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111709

38. Tsevdou, M., Cogou, E., Dermesonluoglu, E., Taoukis, P. (2015). Modelling the effect of storage temperature on the viscoelastic properties and quality of ice cream. Journal of Food Engineering, 148, 35–42. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.07.002