OTRZYMYWANIE DESERÓW MLECZNYCH Z BIAŁEK SERWATKOWYCH Z DODATKIEM SKROBI I KARAGENU

YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 25, 4 (45) Supl., 1 18 WALDEMAR GUSTAW, BARTOSZ SOŁOWIEJ, STANISŁAW MLEKO OTRZYMYWANIE DESERÓW MLECZNYCH Z BIAŁEK SERWATKOWYCH Z DODATKIEM SKROBI I KARAGENU S t r e s z c z e n i e Desery mleczne s produktami o elowej lub półpłynnej teksturze. Podan tekstur i dobr stabilno deserów mona uzyska m.in. przez dodatek zagstników do mleka lub zastosowanie odpowiednio zestawionych mieszanin surowców. Celem pracy było otrzymanie deserów mlecznych z: izolatu białek serwatkowych (whey protein isolate WPI), koncentratu białek serwatkowych (whey protein concentrate WPC), odtłuszczonego mleka w proszku (OMP) oraz rónych rodzajów skrobi i karagenu. Badano zmiany lepkoci, tekstur i synerez w zalenoci od składu deserów. Najwysz lepkoci i nisk synerez charakteryzowały si desery sporzdzone z WPI, karagenu i modyfikowanej skrobi z kukurydzy woskowej, w porównaniu z deserami wytworzonymi z OMP i WPC. Zastpienie sacharozy aspartamem wyranie polepszyło właciwoci reologiczne deserów z WPI. Słowa kluczowe: reologia, desery mleczne, tekstura, hydrokoloidy Wprowadzenie Desery mleczne s produktami o elowej lub półpłynnej teksturze, wytwarzanymi z nieukwaszonego lub ukwaszonego mleka z dodatkiem sacharozy, barwników i substancji zapachowych. Odpowiedni tekstur i dobr stabilno deserów uzyskuje si przez dodatek rónych zagstników, takich jak: elatyna, karageny, pektyny, mczka chleba witojaskiego i róne rodzaje skrobi [6]. Podan tekstur deserów mlecznych mona równie otrzyma poprzez zastosowanie odpowiednio zestawionych mieszanin, jak np. karagenu z mczk chleba witojaskiego, karagenu ze skrobi lub karagenu z białkami mleka. Od dawna znane s synergistyczne interakcje wystpujce pomidzy karagenem i kazein [11]. Sugerowano e specyficzne interakcje pomidzy polisacharydem a micelami kazeiny spowodowane s elektrostatycznym przyciganiem wystpujcym pomidzy łacuchami karagenu a -kazein. Drohan i wsp. [3] wykryli natomiast, e w obecnoci białek mleka, elowanie wystpowało przy relatywnie niskich steniach Dr in. W. Gustaw, mgr in. B. Sołowiej, prof. dr hab. S. Mleko, Katedra Przemysłu Rolno Spoywczego i Przechowalnictwa. Wydz. Rolniczy, Akademia Rolnicza, ul. Skromna 8, 2-74 Lublin e-mail: waldemar.gustaw@ar.lublin.pl

OTRZYMYWANIE DESERÓW MLECZNYCH Z BIAŁEK SERWATKOWYCH Z DODATKIEM SKROBI... 11 karagenu i w temperaturze poniej temperatury przejcia ze stanu uporzdkowanego w nieuporzdkowany. W takich warunkach, gsto ujemnych ładunków na micelach kazeiny wzrastała wraz ze wzrostem stenia karagenu, a czsteczki polisacharydu absorbowały si na micelach białka [2]. Natomiast w temperaturze powyej stanu przejcia karagenu wystpowała faza separacji pomidzy -karagenem a kazein, w układach o steniu karagenu powyej,2% [5]. W ostatnich latach podjto próby stworzenia deserów mlecznych, w których mleko zastpiono preparatami białek serwatkowych [4, 6, 8, 9]. Mleko i wsp. [1] wykazali, e do wystpienia synergistycznych interakcji pomidzy karagenem a białkami serwatkowymi niezbdne było ogrzanie układu, co nie było konieczne w przypadku mieszanin tego hydrokoloidu z kazein. Zmiana właciwoci roztworów i eli białek serwatkowych po dodaniu karagenu spowodowana była prawdopodobnie wystpieniem fazy separacji pomidzy biopolimerami, co potwierdzaj badania wykonane przez Syrbe [12]. Autor wykazał, e w układach białek serwatkowych i anionowych polisacharydów faza separacji wystpiła dopiero po ogrzaniu układu lub poddaniu go działaniu wysokich cinie. Celem pracy było wytworzenie deserów z białek serwatkowych z udziałem rónych rodzajów skrobi oraz otrzymanie deseru o najkorzystniejszych właciwociach reologicznych. Materiał i metody bada Do bada uyto nastpujcych surowców: izolat białek serwatkowych (whey protein isolate - WPI) o zawartoci białka 93,6% (DAVISCO Food Ingredients International; Le Sueur, MN, USA); koncentrat białek serwatkowych (whey protein concentrate - WPC) o zawartoci białka 71,3%, (PPHW Laktopol sp. z o.o. Warszawa); odtłuszczone mleko w proszku (OMP) o zawartoci białka 34,71%, (Spółdzielnia Mleczarska w Gostyniu); κ-karagen (Sigma, USA); aspartam (Hortimex, Konin); sacharoza spoywcza i rónego typu skrobie: kukurydziana woskowa modyfikowana Clearjel SD, E-1422 (MKW), (National Starch & Chemical GmbH, Niemcy), kukurydziana woskowa natywna (NKW), (CLPZ Pozna), ziemniaczana natywna (NZ), (Roquette, Francja), ziemniaczana modyfikowana E-1412 (MZ), (WPPZ Lubo). Zawarto białka w preparatach serwatkowych i mleku w proszku oznaczano poprzez okrelenie zawartoci azotu metod Kjeldahla (N x 6,38) [1]. Desery przygotowywano poprzez zmieszanie 3-procentowych roztworów białka, sporzdzonych w,1 M NaCl z sacharoz w iloci 1% (w stosunku do całej objtoci próbki) lub aspartamem w iloci,5%, skrobi i κ-karagenem. Karagen stosowano w ilociach,1;,2 i,3%; natomiast skrobi dodawano w iloci 1, 2 i 3%. Układy podgrzewano do temp. 85 o C i przetrzymywano w tej temp. przez 1 min, a nastpnie chłodzono do temp. ok. 2 o C, oznaczajc ich lepko za pomoc wiskozymetru Brookfielda DV-II+ w układzie cylindrów współosiowych przy prdkoci 2 obr./min. Wyniki rejestrowano w programie Win Gather VI.

12 Waldemar Gustaw, Bartosz Sołowiej, Stanisław Mleko Konsystencj deserów z udziałem białek serwatkowych badano przy uyciu analizatora tekstury TA-XT2i (Stable Micro Systems, Wielka Brytania), za pomoc ekstruzji wstecznej, oprzyrzdowaniem firmy Stable Micro Systems (back extrusion ring) przy rednicy pojemnika wynoszcej 5 mm i rednicy głowicy 45 mm. Prdko przesuwu głowicy 1 mm/s. Synerez oznaczano w deserach przechowywanych przez ok. 2 h w temp. ok. 4 o C. Próbk deseru (1 g) wirowano przez 1 min przy 54 obr./min. Wydzielon ciecz waono i wyraano w [%] (m/m) w stosunku do masy próbki. Wyniki i dyskusja Pierwszy etap bada dotyczył wybrania jednej ze skrobi, której dodatek do deserów sporzdzonych z udziałem WPC powodował najwyszy wzrost ich lepkoci. Ogrzewanie deserów w zakresie temp. 6 85 o C nie wpływało na zmian lepkoci (rys. 1), dopiero przetrzymanie deserów w temp. ok. 85 o C zwikszało jej warto. Spowodowane to było elowaniem białek serwatkowych, przy czym w stosunku do deserów sporzdzonych ze skrobiami kukurydzianymi MKW i NKW wzrost lepkoci w temp. 85 o C był wyranie wyszy w porównaniu z deserami zawierajcymi skrobie ziemniaczane. Podczas chłodzenia deserów z WPC w zakresie temp. 85 27 o C obserwowano powolny wzrost ich lepkoci, natomiast dalsze chłodzenie do temp. 26 24 o C powodowało wyrany wzrost lepkoci deserów. Wysza lepko deserów w zakresie temp. 3 85 o C spowodowana była elowaniem skrobi, co potwierdzaj wczeniejsze badania Mleko [7], który równie stwierdził wzrost lepkoci deserów WPI w tym przedziale temperatury. Natomiast wzrost lepkoci w temp. poniej 3 o C wywołany był elowaniem karagenu. We wczeniejszych badaniach deserów mlecznych, sporzdzonych z wykorzystaniem białek serwatkowych i karagenu, równie zaobserwowano wyrany wzrost lepkoci w temp. poniej 4 o C [6, 7]. Najwysz lepkoci w temp. 2 o C charakteryzował si deser sporzdzony z dodatkiem skrobi modyfikowanej MKW (rys. 1). W kolejnym etapie bada porównano desery mleczne sporzdzone z wykorzystaniem WPC, WPI i OMP (rys. 2). Zdecydowanie najwysz lepkoci charakteryzował si deser sporzdzony z zastosowaniem WPI, natomiast deser sporzdzony z OMP miał wysz lepko ni deser z WPC. Mleko [6], badajc desery sporzdzone z odtłuszczonego mleka w proszku i WPI zauwaył, e ele z udziałem WPI s duo silniejsze i bardziej elastyczne w porównaniu z elami kazeinowymi. Przebieg krzywych zmiany lepkoci, we wszystkich badanych deserach, wraz ze zmian temperatury jest podobny w zakresie temp. 6 85 o C. Podczas ogrzewania w temp. 85 o C elowały białka serwatkowe, co spowodowało wzrost lepkoci deserów WPC i WPI, natomiast lepko deserów z OMP nie ulegała widocznej zmianie. Równie podczas chłodzenia widoczne s rónice w lepkoci pomidzy deserami z białek serwatkowych i OMP. O ile w deserach z WPI i WPC karagen elował w temp. poniej 3 o C, to w przypadku deseru z OMP wyrany wzrost lepkoci wystpował w temp. ok. 4 o C. We wczeniejszych badaniach interakcji pomidzy białkami mleka a -karagenem

OTRZYMYWANIE DESERÓW MLECZNYCH Z BIAŁEK SERWATKOWYCH Z DODATKIEM SKROBI... 13 stwierdzono, e obecno kazeiny powodowała przesunicie temperatury elowania karagenu do około 38 o C [3]. 4 Lepko pozorna/ Apparent viscosity (mpa s) 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temperatura/ Temperature ( o C) MZ NKW NZ MKW Rys. 1. Wpływ dodatku rónych rodzajów skrobi na lepko pozorn deserów sporzdzonych z 3% WPC, z dodatkiem,2% karagenu i 2% skrobi. Fig. 1. Effect of the addition of different kinds of starch on the apparent viscosity of desserts made of 3 % WPC with added.2% carrageenan and 2% starch. Przebadano równie wpływ stenia MKW na lepko deserów sporzdzonych z WPI, 1% cukru i,2% dodatkiem karagenu (rys. 3). Zaobserwowano wzrost lepkoci deserów wraz ze wzrostem zawartoci skrobi od 1 do 3%, przy czym wyrane rónice w przebiegu krzywych dotyczcych zmian lepkoci widoczne były dopiero przy 3- procentowym steniu skrobi. Due stenie skrobi (3%) poprawiło równie konsystencj deserów WPI, która w porównaniu z deserami zawierajcymi 2% skrobi była bardziej jednolita (rys. 4). Zwikszenie stenia karagenu wpływało na wzrost lepkoci badanych deserów WPI (rys. 5). Najwiksz lepkoci charakteryzował si deser z,3% dodatkiem karagenu. Wysze stenie karagenu wyranie wpływało na wzrost twardoci badanych deserów, lecz równoczenie powodowało zmian ich konsystencji na bardziej niejednorodn (rys. 6).

14 Waldemar Gustaw, Bartosz Sołowiej, Stanisław Mleko Lepko pozorna/ Apparent viscosity (mpa s) 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 Temperatura/Teperature ( o C) OMP WPC WPI Rys. 2. Wpływ rodzaju zastosowanego białka na lepko pozorn deserów z dodatkiem,2% karagenu i 2% skrobi MKW. Fig. 2. Effect of the kind of protein used on the apparent viscosity of desserts with added.2% carrageenan and 2% MKW starch. Lepko pozorna/ Apparent viscoity (mpa s) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temperatura/ Temperature [ o C] 1% 2% 3% Rys. 3. Wpływ stenia skrobi MKW na lepko pozorn deserów sporzdzonych z 3% WPI i,2% karagenu. Fig. 3. Effect of the MKW starch concentration on the apparent viscosity of desserts prepared of 3% WPI and.2% carrageenan.

OTRZYMYWANIE DESERÓW MLECZNYCH Z BIAŁEK SERWATKOWYCH Z DODATKIEM SKROBI... 15 Siła/ Force (N) 6 5 4 3 2 1 1 2 3 Czas / Time (s) 3 (%) skrobi 2 (%) skrobi 3% starch 2% starch Rys. 4. Wpływ stenia skrobi MKW na tekstur deserów WPI. Fig. 4. Effect of the MKW starch concentration on the texture of WPI desserts. Lepko pozorna/ Apparent viscosity (mpa s) 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 Temperatura/ Temperature ( o C),1%,2%,3% Rys. 5. Wpływ stenia karagenu na zmiany lepkoci pozornej deserów WPI. Fig. 5. Effect of the carrageenan concentration on changes in apparent viscosity of WPI desserts.

16 Waldemar Gustaw, Bartosz Sołowiej, Stanisław Mleko Siła/ Force (N) 5 4 3 2 1 1 2 3 Czas/ Time (s),2% karagenu,3% karagenu,2% carrageenan,3% carrageenan Rys. 6. Wpływ stenia karagenu na tekstur deserów WPI. Fig. 6. Effect of the carrageenan concentration on the texture of WPI desserts. Na rys. 7. przedstawiono wyniki pomiaru lepkoci deserów słodzonych sacharoz lub aspartamem. Obecno sacharozy zmniejszała lepko badanych deserów zarówno przy wzrocie zawartoci skrobi, jak i zwikszeniu stenia karagenu. Wczeniejsze badania Mleko i Gustawa [8] wykazały równie, e obecno sacharozy pogarszała tekstur deserów otrzymanych ze spolimeryzowanych białek serwatkowych w porównaniu z deserami otrzymanymi z wykorzystaniem aspartamu. Najnisz synerez charakteryzowały si desery WPI, natomiast najwysza synereza cechowała desery WPC (tab. 1). Wzrost zawartoci skrobi istotnie wpływał na zmniejszenie wielkoci synerezy we wszystkich badanych układach. Wród badanych deserów wytwarzanych z wykorzystaniem rónych preparatów białkowych, najlepszymi właciwociami charakteryzowały si desery WPI. Potwierdza to istnienie dodatnich oddziaływa pomidzy białkami serwatkowymi a karagenem [1]. Duo mniejsze lepkoci deserów wytwarzanych z WPC wynikały prawdopodobnie z obecnoci w koncentracie wikszych ste soli mineralnych, tłuszczu i laktozy, które mog negatywnie wpływa na elowanie białek serwatkowych [7]. Dlatego desery te miały mniej korzystne właciwoci w porównaniu z deserami otrzymanymi z odtłuszczonego mleka w proszku, w których wystpowało elowanie, wywołane interakcjami pomidzy kazein a karagenem. Zastpienie sacharozy aspartamem, jak równie wykorzystanie skrobi modyfikowanych zamiast natywnych, zdecydowanie polepszyło właciwoci reologiczne deserów WPI. Stwarza to due moliwoci wykorzystania białek serwatkowych do produkcji niskokalorycznych deserów o odpowiedniej teksturze.

OTRZYMYWANIE DESERÓW MLECZNYCH Z BIAŁEK SERWATKOWYCH Z DODATKIEM SKROBI... 17 Lepko pozorna / Apparent viscosity (mpa s) 12 8 4 sacharoza/ sucrose aspartam/ aspartame 1 1 1 2 2 2,1,2,3,1,2,3 Stenie skrobi i karagenu / Starch and carrageenan concentration (%) Rys. 7. Wpływ poszczególnych składników deseru na lepko w temperaturze 2 o C. Fig. 7. Effect of individual components of each dessert on the viscosity at 2 o C. T a b e l a 1 Wielko synerezy deserów mlecznych determinowana ich składem. The effect of syneresis each dessert component on syneresis. Białka mleka Milk proteins Koncentrat białek serwatkowych Whey protein concentrate Izolat białek serwatkowych Whey protein isolate Odtłuszczone mleko w proszku Skimmed milk powder Skrobia Starch [%] Karagen Carrageenan [%] Synereza Syneresis [%] 1,,2,18 2,,2,13 3,,2,1 1,,2,3 2,,2,1 3,,2, 1,,2,2 2,,2,4 3,,2,3 Wnioski 1. Wród ocenianych rodzajów skrobi, dodatek modyfikowanej skrobi z kukurydzy woskowej pozwalał otrzyma desery z udziałem białek serwatkowych o najwyszej lepkoci i odpowiedniej teksturze. 2. Desery uzyskane z izolatu białek serwatkowych (WPI) charakteryzowały si wiksz lepkoci w porównaniu z deserami z odtłuszczonego mleka w proszku (OMP) i koncentratu białek serwatkowych (WPC).

18 Waldemar Gustaw, Bartosz Sołowiej, Stanisław Mleko 3. Zastosowanie aspartamu zamiast sacharozy polepszyło właciwoci reologiczne deserów z udziałem WPI. 4. Desery sporzdzone z wykorzystaniem WPI charakteryzowały si najnisz synerez w porównaniu z deserami z OMP i WPC. Literatura [1] AOCA.: Method of Analysis Association of Official Analytical Chemist, Washington, D.C., 1983. [2] Dalgleish D., Morris E.: Interaction between carrageenans and casein micelles: electrophoretic and hydrodynamic properties of particles. Food Hydrocoll., 1988, 2, 311-32. [3] Dhoran D., Tziboula A., McNulty D., Horne D.: Milk protein carrageenan interactions. Food Hydrocoll., 1997, 11, 11-17. [4] El-Garawany G.A., Abd El Salam, M.H.: Preparation and rheological properties of a dairy dessert based on whey protein/potato starch. Food Chem. 25, 91, 261-267. [5] Langendorff V., Cuvelier G., Launay B., Parker A.: Gelation and flocculation of casein micelle/carrageenan mixtures. Food Hydrocoll., 1997, 11, 35-4. [6] Mleko S.: Rheological properties of milk and whey protein desserts. Milchwissenschaft, 1997, 52 (5), 262-265. [7] Mleko S., elowanie modelowych układów -karagenan/skrobia w mleku oraz roztworze koncentratu białek serwatkowych. ywno. Nauka. Technologia, 1999, 3 (2), 48-54. [8] Mleko S., Gustaw W.: Model whey protein polymer dessert. Milchwissenschaft, 2, 55 (3), 149-151. [9] Mleko S., Gustaw W.: Rheological changes due to substitution of total milk proteins by whey proteins in dairy desserts. J. Food Sci. Technol., 22, 39 (2), 17-172. [1] Mleko S., Li-Chan E., Pikus S.: Interactions of -carrageenan with whey protein in gels formed at different ph. Food Res. Inter., 1997, 3, 427-433. [11] Snoeren T., Payens T., Jeunink J., Both P.: Electrostatic interaction between -carrageenan and - casein. Milchwissenschaft, 1975, 3, 393-396. [12] Syrbe A.: Polymer incompatibility in aqueous whey protein and polysaccharide solutions: phase separation phenomena and microgel particle formation. PhD thesis. Munich: Munich Technical University 1997. MAKING MILK DESSERTS OF WHEY PROTEINS WITH STARCH AND CARRGEENAN ADDED S u m m a r y Milk desserts are products showing a gel or a semi-liquid texture. A necessary texture and good stability of such desserts can be provided by adding, among other things, thickeners to milk or by applying mixtures of suitably composed raw materials. The objective of the study was to make milk desserts of: whey protein isolate (WPI), whey protein concentrate (WPC), skimmed milk powder (SMP), and different kinds of starch and carrageenan. Changes in apparent viscosity, texture, and syneresis were analyzed depending on the composition of desserts. Desserts made of WPI, carrageenan, and a modified starch of wax maize had the highest apparent viscosity and a low syneresis compared with the desserts prepared of SMP and WPC. When sucrose was replaced by aspartame, the rheological properties of WPI desserts were evidently improved. Key words: rheology, milk dessert, texture, hydrocolloids