Пищевые добавки

Пенообразующие и эмульгирующие свойства овощных соков и пюре

На основании полученных данных о влиянии рН среды на пенообразование и эмульгирование систем сапонинов фирмы Merck и из конских каштанов концентрацией 0,05 % и овощных соков из столовой и сахарной свеклы, моркови и капусты, установлены зависимости, которые отражены в следующих положениях.

Системы сапонинов проявляют пенообразующие и эмульгирующие свойства в широком диапазоне рН среды — от 2 до 9, что можно объяснить тем, что эти ПАВ неионогенны. Максимальные объемы наиболее устойчивых пен и эмульсий системы сапонинов образуют в более узком диапазоне рН среды — от 3,0 до 5,0. Это связано с тем, что сапонины являются слабыми кислотами, степень диссоциации которых снижается в кислой области рН среды и влечет за собой ослабление электростатического отталкивания молекул в МАС на различных границах раздела и соответственно их упрочивание. Причины снижения поверхностной активности сапонинов в запредельных областях связаны с кислотным или щелочным гидролизом этих веществ.

Сапонинсодержащие соки из столовой и сахарной свеклы проявляют способность к пенообразованию и эмульгированию в более широком диапазоне рН среды — от 4 до 8, чем капустный и морковный, в химическом составе которых сапонины отсутствуют — от 5 до 7 (рисунок 1). Основываясь на результатах исследования модельных систем, считаем, что причиной ухудшения пенообразования и эмульгирования овощных соков в кислой области является образование белково-пектиновых и белково-сапониновых комплексов, которое имеет место при значениях активной кислотности, близких к изоэлектрическим точкам белков, входящих в состав соков и лежащих, согласно литературным данным, в кислой области, в частности свекольных — 3,5-3,6. Широкий диапазон значений рН среды, в котором овощные соки проявляют пенообразующие и эмульгирующие свойства, включает в себя значения рН среды большинства пищевых продуктов.

Рисунок 1 - Зависимость пенообразующих и эмульгирующих свойств овощных соков от рН среды
Рисунок 1 — Зависимость пенообразующих и эмульгирующих свойств овощных соков от рН среды

Влияние температуры — Х1(2-38°С), концентраций сахара — Х2 (0-60 %) и лимонной кислоты — Х3 (0-1 %) на пенообразование и эмульгирование систем сапонинов и овощных соков исследовали с помощью метода математического планирования эксперимента. Область факторного пространства была выбрана с учетом традиционных пищевых технологий. Параметрами оптимизации служили показатели пенообразующих и эмульгирующих свойств. Обработку результатов проводили в соответствии с теорией планирования эксперимента.

Значимость коэффициентов регрессии проверяли по критерию Стьюдента, адекватность полученных уравнений регрессии экспериментальным данным — по критерию Фишера. После проверки значимости коэффициентов и исключения незначимых для выбранных показателей пенообразующих и эмульгирующих свойств систем сапонинов и овощных соков получили математические модели для всех овощных соков и систем сапонинов, которые для сока столовой свеклы и системы сапонина фирмы Merck представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Математические модели пенообразующих и эмульгирующих свойств системы сапонина фирмы Merck 0,05 % и сока столовой свеклы
Таблица 1 — Математические модели пенообразующих и эмульгирующих свойств системы сапонина фирмы Merck 0,05 % и сока столовой свеклы

Анализ полученных моделей, а также результаты исследования отдельно каждого из рассматриваемых факторов на пенообразующие и эмульгирующие свойства систем сапонинов и овощных соков позволили выявить следующие зависимости.

Способность к пенообразованию и эмульгированию как систем сапонинов, так и овощных соков с ростом температуры в интервале от 2 до 60°С остается на высоком уровне, однако полученные пены и эмульсии значительно менее устойчивы. Это связано со значительным ослаблением прочности МАС на границах раздела с воздухом и маслом в силу возросшей подвижности молекул и разрушения водородных связей между ними, снижением вязкости дисперсионной среды, а также денатурационными изменениями белков овощных соков при максимальных температурах исследуемого интервала. Ослабление пенообразующих и эмульгирующих свойств более выражено для морковного и капустного соков, нежели для свекольных. Авторы считают, что причина таких различий объясняется термостабильностью сапонинов.

Массовая доля сахара, в среднем от 15 до 25 %, является пограничной для исследуемых систем сапонинов и овощных соков: меньшие количества стабилизируют структуры пен и эмульсий, большие, напротив, — ослабляют. По-нашему мнению, это объясняется изменением вязкости исследуемых объектов, которая при вышеуказанных концентрациях сахара возрастает в 2,0-2,5 раза и затрудняет адсорбцию молекул в поверхностный слой и достижение ими оптимального конформационного состояния. Кроме того, сахар, проникая в МАС на различных границах раздела, экранирует функциональные группы молекул ПАВ и в целом оказывает на них «разрыхляющее действие».

Лимонная кислота оказывает благоприятное влияние на пенообразование и эмульгирование систем сапонинов в количествах 0,1- 0,3 %, а при ее массовой доле в системах до 1 %, значения показателей пенообразующих и эмульгирующих свойств мало отличаются от исходных — без кислоты. Для овощных соков характерно улучшение пенообразующих и эмульгирующих свойств при содержании в них лимонной кислоты, в среднем, не более 0,2- 0,3 %, дальнейший ее рост вызывает их снижение, а при концентрациях кислоты в соках 1% наблюдается резкое ухудшение пенообразования и эмульгирования. Полученные данные согласовываются с результатами исследования влияния рН среды на пенообразующие и эмульгирующие свойства систем сапонинов и овощных соков и объясняются теми же причинами.

При исследовании композиций яичных продуктов с овощными соками и пюре установлено, что их пенообразующие и эмульгирующие зависят от количества вводимой в них добавки. Композиции яичного белка с овощными соками и пюре обладают оптимальными пенообразующими свойствами, если количество последних в них не превышает 15-20 %. Оптимальные эмульгирующие свойства имеют композиции яичного желтка с овощными соками в количестве не более 10-20 %, с пюре — не более 20-40% .

Композиции яичных продуктов с овощными соками образуют большие по объему, но менее устойчивые пены и эмульсии. Их повышенную устойчивость можно объяснить значительно более высокими значениями структурно-механических показателей пюре по сравнению с соками, а также армирующим эффектом мелкодисперсной твердой фазы.

Больший стабилизирующий эффект добавок сахарной свеклы, по сравнению с остальными овощными добавками, объясняется более высоким содержанием в них не только пектиновых веществ, гемицеллюлоз и клетчатки, но и сахаров, которые, как известно, стабилизируют пену и эмульсию яичных продуктов за счет увеличения вязкости дисперсионной среды.

Сохранение на высоком уровне пенообразующих свойств композиций яичного белка и эмульгирующих свойств яичного желтка в зависимости от массовой доли в них овощных добавок объясняется совокупным действием следующих факторов: наличием собственных пенообразующих и эмульгирующих свойств у соков и пюре; незначительным снижением активной кислотности композиций, которое создает условия лишь для ослабления электростатического отталкивания между яичными протеинами и пектинами овощных добавок в МАС на различных границах раздела и этим способствует максимальному вовлечению пектинов в эти слои: разжижением композиций и достижением ими оптимальной вязкости, обеспечивающей наибольшие значения пенообразующих и эмульгирующих свойств.

Действия, обусловленные вышеперечисленными факторами, способствуют сохранению исследуемых свойств композиций яичных продуктов с овощными добавками до определенного предела. В дальнейшем, с ростом массовой доли добавок в композициях, этот эффект снижается: за счет уменьшения в композициях количества яичных продуктов, из-за продолжающегося снижения активной кислотности и приближения ее к изоэлектрическим точкам большинства протеинов яичных белка и желтка, что влечет за собой образования белковопектиновых и белково-сапониновых комплексов, выводя из процессов образования пен и эмульсий основные ПАВ.

Результаты исследования пенообразующих и эмульгирующих свойств модельных систем, а также влияния технологических факторов на данные свойства систем сапонинов и овощных соков позволяют предполагать, что пищевые кислоты, входящие в состав многих продуктов питания с растительными добавками, с пенной или эмульсионной структурой, выполняют не только роль вкусовых добавок, но и в зависимости от концентрации могут менять электростатическое взаимодействие ПАВ их состава и тем самым влиять на формирование реологических свойств продуктов в целом. Поэтому сочли целесообразным исследовать пенообразующие и эмульгирующие свойства композиций яичных продуктов с овощными соками и пюре при различных способах введения в них лимонной кислоты в количестве 0,2 % перед взбиванием и в конце взбивания (за 1,0-1,5 мин до готовности).

На рисунке 2 представлены пенообразующие свойства композиции яичного белка с соком сахарной свеклы при различных способах введения лимонной кислоты. Подобные зависимости получены для композиций яичного белка с пюре сахарной свеклы, соками и пюре столовой свеклы, моркови, капусты, а также для эмульгирующих свойств композиций яичного желтка с этими же соками и пюре.

Рисунок 2 - Пенообразующие свойства композиции яичного белка с соком сахарной свеклы при различных способах введения лимонной кислоты
Рисунок 2 — Пенообразующие свойства композиции яичного белка с соком сахарной свеклы при различных способах введения лимонной кислоты

Согласно полученным данным, способность к пенообразованию и эмульгированию композиции яичных продуктов с овощными добавками проявляются значительно лучше при введении в них лимонной кислоты в конце взбивания. Это объясняется тем, что ее присутствие снижает активную кислотность композиций и соответственно создает условия для комплексообразования между основными ПАВ, прежде всего белками и пектиновыми веществами, что нежелательно перед взбиванием, так как комплексы обладают пониженными пенообразующими и эмульгирующими свойствами. Образование комплексов ПАВ целесообразно на заключительной стадии взбивания, после того как пена или эмульсия в основном сформированы, и образовавшиеся в межпленочных пространствах комплексы выполняют роль стабилизаторов этих систем.