Desery mleczne składniki, interakcje prof. dr hab. Stanisław Mleko Zakład Technologii Mleka i Hydrokoloidów, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie mgr Marta Tomczyńska-Mleko Katedra Prawa Rolnego i Gospodarki Gruntami, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie Spośród wszystkich produktów mleczarskich desery mleczne wydają się być tymi produktami, w których tkwi duży potencjał pod względem możliwości nasycenia rynku, różnorodności formy oraz możliwości wzbogacania diety. Desery mleczne praktycznie nie były produkowane w Polsce jeszcze 10 lat temu. Charakterystyczną różnicą pomiędzy rynkami mleczarskimi na Zachodzie a naszym, jeszcze na początku lat 90. był fakt, że desery mleczne praktycznie nie pojawiały się w sprzedaży. Tymczasem stanowią one taki produkt, do produkcji którego można stosunkowo łatwo używać produktów ubocznych, takich jak na przykład serwatka i produkowane z niej preparaty. Desery są to produkty o bardzo szerokiej gamie właściwości reologicznych. Od mocnych żeli, przez słabe żele, koagulaty, kremy do musów i pian. Właściwości te kształtowane są przez dodatki w postaci zagęstników, stabilizatorów i substancji żelujących. Technolog żywności może korzystać z całej gamy tych produktów. na terenie Polski zasady zastosowania substancji dodatkowych do żywności reguluje ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia (Dz. U. Nr 171, poz. 1225 z dnia 27 września 2006). Wykaz substancji dodatkowych zawarty jest w załączniku nr 1 do rozporządzenia wykonawczego do tejże ustawy z dnia 12 października 2007 r. w sprawie specyfikacji i kryteriów czystości substancji dodatkowych (Dz. U. Nr 199 poz. 1441). Zastąpiło ono rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 23 grudnia 2002 r. w sprawie specyfikacji, kryteriów czystości, wymagań dotyczących pobierania próbek i metod analitycznych stosowanych w trakcie urzędowej kontroli żywności do oznaczania parametrów właściwych dla poszczególnych dozwolonych substancji dodatkowych, poszczególnych substancji pomagających w przetwarzaniu oraz zawartości zanieczyszczeń oraz rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 23 kwietnia 2004 r. w sprawie dozwolonych substancji dodatkowych i substancji pomagających w przetwarzaniu. Szczegółowe zasady stosowania w żywności substancji dodatkowych uzależnione jest od spełnienia konkretnych wymagań, określonych w ustawie. Zgodnie z art. 9 ustawy o bezpieczeństwie żywności i żywienia stosowanie substancji dodatkowych w żywności jest dopuszczone przy spełnieniu łącznie trzech warunków: jeżeli nie stanowią zagrożenia dla zdrowia konsumenta przy proponowanym poziomie ich stosowania, w zakresie, w jakim można to stwierdzić na podstawie dostępnych dowodów naukowych, stosowanie ich jest uzasadnione technologicznie, zaś cel ich stosowania nie może być osiągnięty w inny sposób, praktycznie możliwy z punktu widzenia technologicznego i ekonomicznego, użycie ich nie wprowadza konsumenta w błąd. Odpowiednie zestawienie substancji dodatkowych umożliwia otrzymanie deseru o odpowiednich właściwościach reologicznych. W przypadku najczęściej występującej tekstury słabego żelu o konsystencji kremowej można uzyskać stosowną teksturę przez użycie kombinacji tylko dwóch podstawowych składników: skrobi i κ-karagenu. Skrobia zapewnia odpowiednią konsystencję produktu (tzw. body) oraz pożądane odczu- Agro Przemysł 3/2008 53
Symbol Nazwa polska Nazwa angielska funkcja w żywności E 400 Kwas alginowy Alginic acid zagęstnik, substancja żelująca, nośnik E 401 Alginian sodu Sodium alginate zagęstnik, substancja żelująca, substancja klarująca, nośnik, stabilizator E 402 Alginian potasu Potassium alginate zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, stabilizator E 403 Alginian amonu Ammonium alginate zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, stabilizator E 404 Alginian wapnia Calcium alginate zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, stabilizator E 405 Alginian propylenowo-glikolowy Propane-1, 2-diol alginate E 406 Agar Agar E 407 Karagen Carrageenan zagęstnik, substancja żelująca, emulgator, nośnik, stabilizator zagęstnik, substancja żelująca, substancja klarująca, nośnik, stabilizator zagęstnik, substancja żelująca, stabilizator, substancja klarująca i środek filtracyjny, nośnik E 410 Mączka chleba świętojańskiego Locust bean gum zagęstnik, substancja żelująca, stabilizator, nośnik E 412 Guma guar Guar gum zagęstnik, substancja żelująca, stabilizator, nośnik E 413 Tragakanta Tragacanth zagęstnik, substancja żelująca, nośnik E 414 Guma arabska Acacia gum (gum Arabic) zagęstnik, substancja żelująca, stabilizator, emulgator, nośnik, substancja do stosowania na powierzchnię E 415 Guma ksantanowa Xanthan gum zagęstnik, substancja żelująca, stabilizator, substancja do stosowania na powierzchnię, nośnik E 416 Guma karaya Karaya gum stabilizator E 417 Guma Tara Tara gum stabilizator E 418 Guma gellan Gellan gum zagęstnik, substancja żelująca, stabilizator E 425 Konjac Konjac zagęstnik, (i) Konjac guma (i) Konjac gum substancja żelująca (ii) Konjac glukomannan (ii) Konjac glukomannane Substancja żelująca, nośnik E 440 Pektyny Pectins zagęstniki, (i) pektyna (i) pectin substancja (ii) pektyna amidowana (ii) amidated pectin żelująca, nośnik, substancje do stosowania na powierzchnię, stabilizatory E 460 Celuloza Cellulose substancja wypełniająca, (i) Celuloza (i) Microcrystalline mikrokrystaliczna cellulose zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, (ii) Celuloza sproszkowana (ii) Powdered cellulose stabilizator E 461 Metyloceluloza Methyl cellulose nośnik, stabilizator E 463 Hydroksypropyloceluloza Hydroksypropyl cellulose E 464 Hydroksypropylometyloceluloza Hydroxypropyl methyl cellulose substancja wypełniająca, zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, stabilizator zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, substancja do stosowania na powierzchnię, stabilizator E 465 Etylometyloceluloza Ethyl methyl cellulose nośnik, stabilizator Karboksymetyloceluloza, sól sodowa Carboxy methyl cellulose, zagęstnik, substancja żelująca, nośnik, stabilizator, E 466 karboksymetylocelulozy (CMC) Sodium carboxy methyl cellulose substancja wypełniająca Sól sodowa karboksymetylocelulozy Cross linked sodium carboxy E 468 nośnik usieciowana methyl cellulose E 469 Enzymatycznie zhydrolizowana karboksymetyloceluloza Enzymatically hydrolysed carboxy methyl cellulose E 1404 Skrobia utleniona Oxidized starch skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik nośnik E 1410 Fosforan monoskrobiowy Monostarch phosphate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1412 Fosforan diskrobiowy Distarch phosphate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1413 Fosforowany fosforan diskrobiowy Phosphated Distarch phosphate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1414 Acetylowany fosforan diskrobiowy Acetylated distarch phosphate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1420 Skrobia acetylowana Acetylated starch skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1422 Acetylowany adypinian diskrobiowy Acetylated distarch adipate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1440 Hydroksypropyloskrobia Hydroxy propyl starch skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1442 Hydroksypropylofosforan diskrobiowy Hydroxy propyl distarch phosphate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1450 Sól sodowa oktenylobursztynianu skrobiowego Starch sodium octenylsuccinate skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik E 1451 Acetylowana skrobia utleniona Acetylated oxidised starch skrobia modyfikowana (zagęstnik, stabilizator), nośnik Tab. 1. przedstawia wykaz zagęstników, substancji żelujących i stabilizatorów dopuszczonych do użycia w Polsce 54 3/2008 Agro Przemysł
Rys. 1. Schemat utleniania skrobi (Fortuna i Rożnowski, 2002) cie w ustach (tzw. mouthfeel). Powoduje, że produkt daje odczucie pełności, gęstości. Natomiast κ-karagen jest substancją żelującą, która nadaje produktowi zwięzłą teksturę, powstaje żel, czyli substancja będąca matrycą wypełniającą w jednej bryle całą zajmowaną objętość opakowania. Oczywiście w przypadku takich deserów istotne jest, aby ten żel był żelem słabym, czyli z reologicznego punktu widzenia posiadał małą wartość tzw. granicznego naprężenia płynięcia, co w praktyce oznacza, że wystarcza niewielka siła (np. potrząsanie lub wymieszanie łyżeczką), aby zniszczyć strukturę jednolitego żelu i otrzymać strukturę kremową z pozostałością drobnych, zżelowanych fragmentów. Taka różnorodność tekstury daje pożądane odczucia sensoryczne i podnosi smakowitość deseru. Skrobia to naturalny polisacharyd składający się z amylozy i amylopektyny. Do produkcji deserów można używać całej gamy skrobi modyfikowanych. Modyfikacje przeprowadza się wykorzystując ziarnistą budowę i polimeryczny charakter skrobi. (Tomasik 2000). Do celów spożywczych stosuje się modyfikacje chemiczne i fizyczne. Najczęściej przeprowadzane modyfikacje chemiczne to usieciowanie i stabilizacja. Podczas procesu usieciowania następuje wzmocnienie istniejących mostków wodorowych pomiędzy łańcuchami skrobi poprzez wprowadzenie dodatkowych mostków. Uzyskana w ten sposób skrobia jest bardziej odporna na mechaniczne i termiczne stresy. Proces usieciowania przygotowuje skrobię do danych warunków procesu. W procesie stabilizacji różnorodne grupy wprowadzone w procesie estryfikacji, acetylowania i utleniania uniemożliwiają równoległe i bliskie ustawienie się łańcuchów skrobiowych a przez to retrogradację i wynikająca z tego synerezę. Utlenianie skrobi przebiega w różnorodny sposób, w zależności od zastosowanego czynnika utleniającego. Podczas modyfikacji zachodzą równocześnie procesy hydrolizy skrobi oraz utleniania z wytworzeniem grup karboksylowych, aldehydowych i ketonowych. Uzyskana skrobia podczas stabilizacji poprawia trwałość przechowalniczą produktów bogatych w wodę. [Nadison 2002] Rys. 2. Proces estryfikacji skrobi (Fortuna i Rożnowski, 2002) Modyfikacje fizyczne można przeprowadzić stosując efekty rozpuszczalnikowe, działanie mechaniczne, naświetlanie promieniowaniem jonizującym α, β, γ, światłem spolaryzowanym; efekty termiczne, gradient potencjału, zimną plazmę oraz retrogradację. Zabiegi te prowadzą do zwiększenia rozpuszczalności skrobi bez zmniejszania ciężaru cząsteczkowego jej składników (amylozy i amylopektyny), albo do degradacji (Tomasik, 2000). Jedną z najczęściej stosowanych skrobi jest acetylowany adypinian dwuskrobiowy. Jest to skrobia estryfikowana bezwodnikami kwasu adypinowego i octowego (<0,12%). Można ją z powodzeniem stosować do wyrobu deserów mlecznych, ale również w produkcji jogurtów smakowych, twarogów termizowanych, lodów, napojów mlecznych i wielu innych (Rutkowski i wsp., 1997). Stosowanie skrobi modyfikowanych pozwala nie tylko na uzyskanie pożądanego efektu, ale, w porównaniu ze stabilizatorami, także na obniżenie kosztów produkcji (Wałkowski wsp., 1993). Karageny są polisacharydami wchodzącymi w skład ściany komórkowej czerwonych wodorostów morskich [Rhodophycae]. Są one linearnymi polimerami zbudowanymi z reszt dwugalaktozowych. Podstawowa jednostka łańcucha karagenu składa się naprzemiennie ze zwiazków (1,3) α-d-galaktopiranozy i (1,4) β-d-galaktopiranozy. Właściwości reologiczne roztworów różnych frakcji karagenu decydują o ich zastosowaniu. Karageny są rozpuszczalne w wodzie, dając roztwory o dużej lepkości. Właściwość ta spowodowana jest ich nierozgałęzioną strukturą i polimeryczną naturą. Wzajemne odpychanie się wielu ujemnie naładowanych grup estrowych kwasu siarkowego, rozmieszczonych wzdłuż łańcucha polimeru jest przyczyną rozproszenia cząstek w roztworze, co spowodowane jest przez otoczenie grup hydrofilowych karagenu cząsteczkami wody. Rozpuszczalność karagenu w wodzie zależy od budowy chemicznej frakcji, środowiska i temperatury. Rozpuszczalność galaktanów wzrasta wraz ze zwiększeniem stopnia estryfikacji, a maleje ze wzrostem liczby cząsteczek anhydrogalaktozy. Karageny żelujące rozpuszczają się po podgrzaniu do 60-75 o C, podczas gdy nieżelujące rozpuszczają się w zimnej wodzie (Rutkowski i wsp., 1997). Wśród frakcji żelujących można wyróżnić jota i kappa. Żelują one w obecności jonów potasowych lub po potraktowaniu ich alkaliami w wysokiej temperaturze (Drohan i wsp., 1997). Często podczas stosowania dodatków do żywności w postaci polisacharydowych substancji żelujących i zagęstników dochodzi do interakcji pomiędzy tymi składnikami a białkami. W zależności od stężenia i sposobu żelowania biopolimerów jeden z nich zachowuje się jako układ ciągły, podczas gdy drugi jest w nim rozproszony lub tworzy odrębną sieć (Autio, 2002). Jednymi z najczęściej wykorzystanych interakcji są oddziaływania pomiędzy karagenem a białkami mleka. Jest to związane z unikalną właściwością karagenu tj. jego reaktywnością z białkami i zdolnością do stabilizowania białek mleka (Chinachoti, 1995). Właściwości żeli mleka uzyskanych po dodaniu κ-karagenu lub ι-karagenu są podobne do żeli wodnych tych polisacharydów. κ -kar agen daje żele sztywne i łamliwe, podczas gdy ι-karagen tworzy żele gumowate i elastyczne. Żele mleczne karagenu w porównaniu do wodnych, przy takim samym stężeniu hydrokoloidu są od 3 do 10-ciu razy twardsze, a różnica nie może być wytłumaczona obecnością w mleku jonów promujących żelowanie karagenu ani wpływem części stałych mleka. λ-karagen o odpowiednio dużej Agro Przemysł 3/2008 55
masie cząsteczkowej, nieżelujący w wodzie w obecności jonów potasowych i wapniowych tworzy giętkie żele w mleku, jeżeli stosuje się go w dostatecznym stężeniu (Gustaw i Mleko, 1998). W mieszaninie mleka z karagenem, polisacharyd reaguje specyficznie z κ- kazeiną formując z nią kompleksy, które łączą się tworząc trójwymiarową sieć. Snoren (1972) stwierdził obecność wiązań elektrostatycznych między κ -kazeiną a κ-k, ι-k i λ -karagenem. Reakcja ta zachodzi również przy normalnym ph mleka (6,6), mimo ze sumaryczny ładunek białek jest w tych warunkach ujemny. Fragmenty κ -kazeiny pomiędzy 97 a 112 resztą aminokwasową posiadają dodatni ładunek i mogą oddziaływać z grupami siarczynowymi karagenu (Snoren, 1972). Najprawdopodobniej w czasie żelowania karagenu w mleku zachodzą oba typy wiązań pomiędzy polisacharydem a micelami kazeinowymi: elektrostatyczne i przy udziale jonów. Wiązania elektrostatyczne występują tylko przy żelowaniu λ-karagenu, natomiast w przypadku ι-k i κ-karagenu łączą się one z micelami za pomocą obu wiązań (Gustaw i Mleko 1998). O ile interakcje między kazeiną a karagenem zostały dobrze poznane to o oddziaływania pomiędzy białkami serwatkowymi a κ-karagenem dowały wzrost siły potrzebnej do pęknięcia próbki podczas ściskania. Najwyższą wartość siły otrzymano dla mieszaniny κ-karagenu z WPI przy ph 6, a żele otrzymane w zakresie ph 7-11 miały podobne właściwości. Dla porównania żele samego WPI [10%] były zbyt elastyczne i nie pękały w ph 7-8, podczas gdy w ph 11 w ogóle nie otrzymano żelu (Mleko i wsp., 1997). Badania Mleko i wsp. (1997) wykorzystujące metodę SAXS potwierdzają zachodzenie interakcji pomiędzy κ-karagenem, a białkami serwatkowymi. Przy ph 10 cząsteczki białek serwatkowych i κ-karagenu są negatywnie naładowane, co powoduje ich wzajemnie odpychanie. Potwierdza to fakt, iż w tych warunkach kompleksy pomiędzy tymi substancjami nie powstają. Przy ph 7 zaobserwowano znacznie niższą intensywność rozpraszania. Zjawisko to można wytłumaczyć tworzeniem się wiązań pomiędzy białkami a karagenem. W układach przy ph 3 κ-karagen zachowuje się jak flokulant powodując wytrącanie białek serwatkowych. Spowodowane jest to poprzez oddziaływanie elektrostatyczne oraz skutek zwiększenia ekspozycji grup hydrofobowych na powierzchni ogrzewanych białek. Zmiany te prowadzą do ich agregacji (Mleko i wsp., 1997). Różnice w składzie warunkują różne wykorzystanie tych preparatów. Składnikiem, który wpływa na właściwości funkcjonalne tych produktów są. Aby wykorzystać je w produkcji produktów mleczarskich stężenie tych białek w preparacie powinno być stosunkowo wysokie i w praktyce stosuje się koncentraty o zawartości białka min. 60%. W przypadku niższej zawartości białka występujące w dużych ilościach sole mineralne i laktoza wpływają negatywnie na właściwości funkcjonalne białek. Białka serwatkowe są doskonałym źródłem wszystkich niezbędnych aminokwasów; są łatwo strawne. Pod względem żywieniowym przewyższają albuminę jaja kurzego, która jest uważana za wzorcowe białko. Niektóre produkty żywnościowe są ubogie w pewne aminokwasy (np. mąka pszenna i ryżowa wykazują niedostatek lizyny, a sojowa niską zawartość metioniny), dlatego można je wzbogacać, dodając białka serwatkowe. Białka serwatkowe można stosować w deserach mlecznych nie tylko z powodu ich znakomitych właściwości odżywczych, ale również z powodu ich właściwości żelujących, poprawiających teksturę produktu. W ostatnich latach podjęto próby stworzenia deserów mlecznych z dodatkiem białek serwatkowych (Mleko, 1997). toczą się dyskusje. Mleko i Gustaw (2002) otrzymali desery z dodatkiem białek serwatkowych o wyższej lepkości w porównaniu z deserami sporządzonymi z dodatkiem mleka w proszku. Miały one również niższą synerezę. Tizobula i Białka serwatkowe są doskonałym źródłem wszystkich niezbędnych aminokwasów. Pod względem żywieniowym przewyższają albuminę jaja kurzego, która jest uważana za wzorcowe białko. Badano możliwość zastąpienia mleka przez koncentraty białek serwatkowych w jednym z typów deserów mlecznych. 50% białek mleka zastąpiono białkami serwatkowymi, otrzymano deser o takich samych właściwościach reologicznych jak wsp. (1999) badając lepkość rożnych typów roztworów mlecznych zauważyli, że κ-karagen tworzy kompleksy nie tylko z κ-kazeiną ale również z białkami serwatkowymi. Ould Eleya i Turgeon (2000) badając wpływ ph na mieszaninę β-laktoglobuliny i karagenu zauważyli specyficzne interakcje tych biopolimerów przy ph 4. Stwierdzili oni, że tylko przy tym ph oba biopolimery asocjują wzajemnie, następnie żelują i tworzą mieszany żel. Zauważyli oni również, że przy ph w zakresie 5-7 następuje faza separacji i biopolimery ulęgają samodzielnej agregacji. Interakcje pomiędzy κ-karagenem i białkami serwatkowymi były widoczne w całym zakresie ph [1-11]. W ph kwaśnym [ph 1-3] dodatek 0,5% κ-karagenu ograniczał siłę potrzebną do zniszczenia [pęknięcia próbki] 10% WPI. W ph wyższym od 5-11, dodatnie interakcje pomiędzy białkami a polisacharydami powo- W ostatnim czasie, w przemyśle mleczarskim obserwuje się tendencję do wykorzystania białek serwatkowych. Powszechne stosowanie technik membranowych umożliwia izolację tych białek z serwatki i otrzymywanie preparatów białek serwatkowych. Preparaty białek serwatkowych występują w rożnych postaciach. Najczęściej spotykane to serwatka w proszku, koncentrat białek serwatkowych WPC [whey protein concentrate] i izolat białek serwatkowych WPI [whey protein isolate]. W skład białek serwatkowych wchodzą następujące białka β-laktoglobulina 50%, α-lacktoglobulina 20%, albumina serum BSA 10% i immunoglobuliny. Serwatka w proszku zawiera 13% białka, 76% laktozy, 1% tłuszczu i 10% popiołu. WPC zawiera około 80% białka, 7%laktozy i 4-7% popiołu, natomiast WPI składa się z ponad 90% białka 1% laktozy 1% tłuszczu i 3% popiołu. deser produkowany z dodatkiem białek mleka (Mann, 1996). Prowadzono badania nad otrzymaniem jogurtów o obniżonej zawartości tłuszczu z wykorzystaniem białek serwatkowych (Mleko, 1996). Stwierdzono że przez optymalny dodatek mikrokoagulatów tych białek można otrzymać jogurty o dwukrotnie mniejszej zawartości tłuszczu w porównaniu do jogurtów otrzymanych z dodatkiem pełnego mleka w proszku. Jogurty te posiadają takie same właściwości organoleptyczne oraz kwasowość. Produkty te charakteryzowały się podobną lub wyższą lepkością w porównaniu do jogurtu kontrolnego. Właściwości otrzymanych jogurtów nie ulegały zmianie po 7 dniach przechowywania Zastąpienie mleka białkami serwatkowymi pozwala również otrzymać desery o obniżonej synerezie (Mleko i Gustaw, 2002). Gustaw i Mleko (2001) porównując desery 56 3/2008 Agro Przemysł
Rys. 3. Proces żelowania białek serwatkowych t- czas, T- temperatura (Aguilera, 1995) sporządzone z dodatkiem WPI, WPC i OMP siarczkowe i jedną grupę sulfhydrylową. (odtłuszczone mleko w proszku) wykazali, Pod wpływem temperatury rozpada się na że najwyższą lepkością charakteryzowały monomery, które ulegają denaturacji. Przy się desery sporządzone z dodatkiem WPI, udziale wiązań dwusiarczkowych asocjują natomiast desery sporządzone z dodatkiem OMP miały wyższą lepkość niż desery tego tworzy się sieć żelu utrzymywana one w większe agregaty, a w następstwie z dodatkiem WPC. Desery mleczne sporządzone z dodatkiem WPI wykazują wysoką w żelowaniu białek serwatkowych polega przez oddziaływania fizyczne. Udział BSA elastyczność w szerokim zakresie temperatur na przyspieszeniu fazy przejścia β-lg z formy (Mleko, 1997). natywnej do zdenaturowanej. BSA cechuje Żelowanie białek serwatkowych może się niższą temperaturą żelowania i wcześniej zachodzić na gorąco, zwane inaczej żelowaniem indukowanym ogrzewaniem, jak ratura osiągnie punkt żelowania β-lg, oba tworzy matrycę żelową. Jednak, gdy tempe- również na zimno- żelowanie indukowane białka tworzą przenikający się wzajemnie żel jonami soli (Glibowski i wsp., 2002). Mechanizm żelowania białek pod wpływem stwierdzili, że podczas ogrzewania mleka (Gezimati i wsp., 1996). Lucey i wsp. (1999) ogrzewania nie został w pełni poznany z dodatkiem WPC zdenaturowane białka (Mleko, 1996). Zależy on od wielu czynników, koncentratu reagują nie tylko między sobą, takich jak: temperatura, ph, czas ogrzewania ale również z micelami kazeiny. Stopień i koncentracji soli. Proces żelowania białek denaturacji zależy od obecności innych globularnych pod wpływem ogrzewania można podzielić na dwa główne etapy. Podczas pierwszego następuje rozfałdowanie natywnej cząsteczki białka. Następnie łańcuchy polipeptydowe ulegają częściowej lub całkowitej asocjacji, tworząc agregaty. Stabilizacja agregatów wywołana jest interakcjami pomiędzy hydrofobowymi regionami rozfałdowanych łańcuchów polipeptydowych. W procesie tym biorą również udział wiązania jonowe i wodorowe, a także grupy sulfonowe. Udział grup sulfonowych polega na tworzeniu wiązań dwusiarczkowych (Aguilera, 1995). β-lg i BSA są głównymi białkami żelującymi w serwatce. β-lg w stanie natywnym występuje w postaci dimerów (Ju i wsp., 1998). Zawiera on dwa wiązania składników żywności (Mleko, 1996). Gustaw i Mleko (2001), badając desery mleczne, zauważyli, że desery z dodatkiem WPC charakteryzowały się dużo niższą lepkością niż desery otrzymane z dodatkiem WPI. Wynikało to, najprawdopodobniej, z niższej zawartości laktozy, tłuszczy i soli mineralnych w WPI w porównaniu z WPC. Inne badania wykazały, że dodatek sacharozy do roztworu białek serwatkowych przed ogrzewaniem osłabił ich agregację (Mleko i Gustaw, 2000). W procesie żelowania indukowanego cieplnie istotną role odgrywają jony soli. Rola ta polega na osłabianiu siły odpychania negatywnie naładowanych cząsteczek białka poprzez ekranowanie ładunków, co w konsekwencji powoduje tworzenie się agregatów (Bryant i wsp., 1998). Na żelowanie białek serwatkowych wywierają wpływ głównie jony Ca2+ i Na+. Należy pamiętać o tym zwłaszcza podczas używania jako środka żelującego izolatu białek serwatkowych. Sam izolat bez dodatku soli mineralnych w praktyce nie żeluje. Podczas ogrzewania 10% roztworu WPI w temperaturze 70-80 O C przez 60-80 min. nie zauważono żelowania białek serwatkowych. Po dodaniu 25-30mM NaCl lub CaCl żelowanie wystąpiło po ogrzaniu w temperaturze 80şC w ciągu 30 min. (Foegeding i wsp., 1998). Siła jonowa i ph wpływają na wygląd żelu, powstającego podczas ogrzewania białek serwatkowych. Przy ph znacznie wyższym lub niższym od pi (punkt izoelektryczny) i niskiej sile jonowej powstają przezroczyste żele o strukturze drobnousieciowanej. Struktura ta złożona jest z włókien o grubości równej jednej lub dwóm średnicom łańcuchów białka, które są scalone występującymi regularnie połączeniami. Gdy ph jest bliskie pi i wysokiej sile jonowej, powstają nieprzezroczyste żele o strukturze ziarnistej zbudowane z dużych włókien i o większej liczbie rozgałęzień w porównaniu do żeli o strukturze drobno usieciowanej (Doi 1993; Mleko, 1996). Fogeding (1998), badając właściwości reologiczne żeli WPI w zależności od ph, stwierdził, że najmocniejsze żele wymagające najwyższej siły do zniszczenia powstają przy ph 7. Kruche i łamliwe żele powstają w zakresie ph 2-4. Żelowanie białek serwatkowych na zimno wymaga ściślej kontroli początkowych warunków żelowania: stężenia białka, soli, ph jak i warunków ogrzewania czasu i temperatury. Celem tego procesu jest otrzymanie żelujących agregatów. Roztwór natywnych białek ogrzewa się w temp. 70-90 O C przy ph odległym od Agro Przemysł 3/2008 57
pi białka, tak aby nie agregowały one pod wpływem ogrzewania. Po zdenaturowaniu białek roztwór jest chłodzony i dodawane są jony soli, które neutralizują odpychanie elektrostatyczne miedzy liniowymi agregatami. Prowadzi to do łączenia filamentów i roztwór staje się bardziej lepki przy niskich stężeniach soli a przy wyższych zaś żeluje (Barbut i Foegeding, 1993; Mleko, 1996). W wyniku zimnego żelowania powstaje drobno usieciowana struktura o lepszej zdolności do utrzymywania wody i wyższej sile żelowania niż żele otrzymywane w sposób konwencjonalny w wyniku został z powodzeniem użyty do poprawy właściwości żelujących jogurtów. Poza białkami serwatkowymi, również polisacharydy mogą pełnić funkcje prozdrowotne, będąc równocześnie substancjami kształtującymi odpowiednie właściwości reologiczne. Przykładem takiej substancji są preparaty otrzymywane z aloesu. Miąższ aloesu zawiera ponad 140 biologicznie czynnych składników, natomiast występujące w nim polimannozy, glukomannozy i mukopolisacharydy posiadają zdolność do tworzenia na dużą ilość substancji aktywnych będzie wartościowym produktem prozdrowotnym. Sam żel używany jest zarówno zewnętrznie do przyśpieszania gojenia się ran i poparzeń oraz w przypadku podrażnienia skóry. Stosowany wewnętrznie zapobiega zaparciom, kaszlowi, bólom głowy, artretyzmowi i wzmacnia system odpornościowy. Białka serwatkowe a zwłaszcza izobaty tych białek mogą być używane do produkcji dietetycznych deserów o niskiej zawartości cukrów i tłuszczu. Produkcja deserów przy użyciu białek serwatkowych żelowanych na gorąco ogrzewania zawiesin białek serwatkowych w obecności soli. Powstałe żele są twardsze i bardziej elastyczne (Gilbowski i wsp., 2002). Tworzenie się drobnych agregatów białek serwatkowych było Miąższ aloesu zawiera ponad 140 biologicznie czynnych składników, natomiast występujące w nim polimannozy, glukomannozy i mukopolisacharydy posiadają zdolność do tworzenia żelu. Żele produkuje się z wewnętrznych części liści aloesu. przebiera trudniej w obecności podwyższonej zawartości cukrów (Mleko, 1997). Podjęto próbę otrzymywania deserów mlecznych na bazie białek serwatkowych, w których jako substancję słodzącą podstawą do stworzenia suszonego rozpyłowo preparatu, który po rozpuszczeniu w wodzie daje żele (Hudson i wsp., 2001). Celem było wyeliminowanie z produkcji deserów polisacharydowych hydrokoloidów i zastąpienie ich białkami serwatkowymi o wyższej wartości odżywczej. Otrzymano w ten sposób produkt, który zawiera tylko składniki otrzymywane z mleka. Wykazuje on dużą stabilność, utrzymując swoje właściwości stabilizująco-zagęszczająco-żelujące w szerokim spektrum ph (4-8) oraz temperatury (5-90 o C). Gustaw i inni (w druku) otrzymali spolimeryzowane preparaty białek serwatkowych, które po wysuszeniu przez liofilizację dały produkt, który żelu (Bozzi i wsp., 2007). Żele produkuje się z wewnętrznych części liści aloesu. Odseparowane polisacharydy żelują i otrzymane żele można ponownie rozpuścić w gorącej wodzie w celu ukształtowania tekstury deseru. W skład tego żelu wchodzą takie związki jak: celuloza, galaktomannany, acemanna, lignina, glukoza, mannoza, galaktoza, kwas glukoronowy, białka, wolne aminokwasy, witaminy, kwasy organiczne, fitosterole, biostymulatory oraz pierwiastki śladowe. Żel aloesowy jest zazwyczaj sprzedawany w postaci sproszkowanego koncentratu. Wystarczy 5% dodatek preparatu aloesowego a celu otrzymania efektu stabilizująco-zagęszczającego. Otrzymany deser ze względu używano sukralozy (Mleko i Gustaw, 2000). Sukraloza jest ok. 600 razy słodsza od zwykłego cukru. Jest bezpieczniejsza w użyciu od innego, powszechnie stosowanego słodzika - aspartamu, gdyż jest trwała w szerszym zakresie temperatury i ph. Otrzymane desery charakteryzowały się lepszymi właściwościami reologicznymi w porównaniu do deserów wytwarzanych przy użyciu sacharozy. Inulina jest naturalnym węglowodanem, który nie jest trawiony przez enzymy człowieka. Składa się ona z cząsteczki glukozy połączonej z łańcuchem (od kilku do kilkudziesięciu) cząsteczek fruktozy. Występuje ona w korzeniach lub bulwach niektórych roślin. Najczęstszą rośliną z której się otrzymuje inulinę jest cykoria. Inulina jest łagodnie słodka w smaku, posiada około 1/10 słodyczy cukru. Jej indeks glikemiczny wynosi 14, a kaloryczność 1.6 kcal/g. Stanowi więc dobry produkt dla diabetyków oraz osób z nadwagą. Podjęto próby wykorzystania inuliny do produkcji deserów mlecznych (Tarrega i Costell, 2006). Za pomocą tej substancji można mimikować właściwości deserów pełnomlecznych. Desery beztłuszczowe wyprodukowane przy użyciu odtłuszczonego mleka i skrobi charakteryzowały się takimi samymi właściwościami reologicznymi jak desery otrzymane na bazie mleka pełnego. Rys. 4. Tworzenie struktury żelowej białek serwatkowych w różnych warunkach (Brayant i McClements, 1998) Literatura 1. Augilera J. M. Gelation of whey protein. Food Technology, 1995, 83-89. 2. Autio K., Vesterinen E., Stolt M. Rheological properties of mixed starch-κ-carageenan gels in relation to enzymatic digestibility. Food Hydrocolloids, 2002,16,169-174. 3. Barbut S., Foegeding E. A. Ca2+- induced gelation of preheated whey protein isolate. Journal of Food Science, 1993, 58, 867-871. 58 3/2008 Agro Przemysł
4. Bozzi A., Perrin C., Austin F., Arce Vera F. Quality and authenticity of commercial aloe vera gel powders. Food Chemistry, 2007, 103, 22-30. 5. Brayant C. M., McClements D. J. Molecular basis of protein functionality with special consideration cold-set gels derived from heatdenatured whey. Trends in Food Science and Technology, 1998, 9, 143-151. 6. Chinachoti P. Carbohydrates functionality in food. Am. J. Clin. Nutr., 1995, 61, 922-926. 7. Doi E. Gel and gelling of globular proteins. Trends in Food Science & Technology, 1993, 1-5. 8. Drohan D., Tizobula A.., Mc Nulty D., Horne D.S. Milk protein-carrageenian interactions. Food Hydrocolloids, 1997,1, 101-107. 9. E.A. Foegeding, Gelation of whey proteins- Factors determining gel strength, Whey, International Dairy Federation, Brussels, Belgium (1998), pp. 164 171. 10. Foegeding E., Li H., Bottcher S. R. Gelation of globular proteins, 1998, (9), 253-271. 11. Fortuna T., Rożnowski J.: Skrobie modyfikowane chemicznie ich właściwości i zastosowanie, Żywność. Technologia. Jakość. 2002, 2 (31), 16-29. 12. Gezimatti J. Sign H.. Creamer L. K. Heatinduced interaction and gelation of mixtures of bovine β-lactoglobulin and serum albumin. Journal of Agricultural Food Chemistry, 1996, 44, 804-810. 13. Glibowski P., Mleko S., Gustaw W. Żelowanie wstępnie ogrzewanych białek serwatkowych pod wpływem dodatku jonów. Przemysł Spożywczy 2002, 5, 48-50. 14. Gustaw W. Mleko S. Otrzymywanie deserów z wykorzystaniem białek serwatkowych, skrobi i κ-karagenem. Technologia żywności a oczekiwania konsumenta. (pod redakcją Haber T., Porzucek H.), Warszawa, 2001. 15. Gustaw W., Mleko S. Właściwości funkcjonalne i zastosowanie karagenów w mleczarstwie. Żywność. Technologia. Jakość. 1998, 1 (14) 71-80. 16. Gustaw W., Szwajgier D., Mleko S. The rheological properties of yoghurt with the addition of lyophilized polymerized whey protein. Milchwissenschaft (w druku). 17. Hudson H., Daubert Ch., Foegeding EA. Thermal and ph stable protein thickening agent and method of making the same. US Patent, 6,261,624, July 17, 2001. 18. Ju Z. Y., Kilara A. Properties of gels induced by heat, protease, calcium, salt and acidulant from calcium ion- aggregated whey protein isolate. Journal of Dairy Sciences, 1998, 81, 1236-1243. 19. Lucey J. A., Munro P. A., Singh H. Effects of heat treatments and whey protein addition on the rheological properties and structure of acid skim milk gels. International Dairy Journal, 1999, 9, 275-279. 20. Mann E. Dairy desserts and related products. Dairy Industries International,1996,11-12. 21. Mleko S, Li-Chan E., Pikus. S. Interactions of κ- carrageenan with whey protein in gels formed at different ph. Food Research International, 1997, 30, 427-433. 22. Mleko S. Gustaw W. Rheological changes due to substitution of total milk proteins whey proteins in dairy desserts. Journal of Food Science and Technology, 2002, 2, 170-172. 23. Mleko S. Otrzymywanie jogurtów o obniżonej zawartości tłuszczu z wykorzystaniem mikrokoagulatów białek serwatkowych. Żywność. Technologia. Jakość. 1996, 1, 36-44. 24. Mleko S. Rheological properties of milk and whey protein desserts. Milchwissenschaft, 1997, 5, 262-265. 25. Mleko S. Żelowanie białek globularnych. Przemysł spożywczy, 1996, 11-12. 26. Mleko S., Gustaw W. Model whey protein polymer dessert. Milchwissenschaft 55,3, 2000, 149-151. 27. Nadison J.: Skrobie modyfikowane. Przemysł Spożywczy, 1995, 6, 210-220. 28. Ould Eleya M. M., Turgeon S. L. The effect of ph on the reology of β-lactoglobulin/ κ- carageenan mixed milk. Food Hydrocolloids, 2000, 14, 245-251. 29. Rutkowski A., Gwiazda S., Dąbrowski K. Substancje dodatkowe i składniki funkcjonalne żywności. 1997, Agro Food Technology, Katowice, 178-185. 30. Snoren T.H.M. Kappa-carrageenan. A study on its physicochemical properties, solgel transition and interaction with milk proteins. Thesis. Nederland Institut voor Zuivelonderzoek, Ede., Nederlands, 1972. 31. Tarrega A., Costell E. Effect of inulin addition on rheological and sensory properties of fat-free starch-based dairy desserts. International Dairy Journal, 2006, 16, 1104-1112. 32. Tizobula A., Horne D.S. Influence of milk proteins on κ-carrageenan gelation. International Dairy Journal, 1999, 9, 359-364. 33. Tomasik P. Skrobie modyfikowane i ich zastosowania. Przemysł Spożywczy, 2000, 4, 16-18. 34. Wałkowski A. Lewandowicz G. Właściwości użytkowe krajowych spożywczych skrobi modyfikowanych. Przemysł Spożywczy, 1993, 5, 127-129. reklama