Dodatki: Znaczenie stabilizatorów w produkcji mleczarskiej cz. 1

dr inż. Dorota Zaręba, dr hab. inż. Małgorzata Ziarno
Forum Mleczarskie Biznes 2/2014 (18)
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie,
Wydział Nauk o Żywności,
Katedra Biotechnologii, Mikrobiologii i Oceny Żywności

Aby określić znaczenie stabilizatorów w produkcji mlecznych przetworów należy w pierwszej kolejności wyjaśnić przyczyny konieczności stabilizacji. Przyczyny te bezpośrednio wynikają ze złożonego składu chemicznego mleka. Z kolei wyjątkowy skład chemiczny czyni mleko roztworem dwuspecyficznym. Ze względu na udział i budowę tłuszczu mleko określa się jako mieszaninę heterogeniczną – emulsję. Specyficzny skład i budowa białek czyni zaś mleko roztworem koloidalnym. Współistnienie obu stanów (tłuszczowego i białkowego) stanowi o ogólnej wrażliwości mleka jak i jego poszczególnych frakcji. W natywnej formie roztwór mleka zachowuje swoją strukturę, jednak zastosowanie określonych zabiegów technologicznych może powodować zachwianie równowagi pomiędzy frakcjami i w efekcie destabilizować układ emulsyjno-koloidalny, co wymusza zastosowanie różnego rodzaju substancji stabilizujących pierwotny układ.

Zasada stabilności układu emulsyjnego

Tłuszcz w mleku, jak i śmietance, jest rozproszony w postaci kuleczek tłuszczowych, dlatego produkty te są emulsją typu olej w wodzie (o/w).

Zabiegi technologiczne ukierunkowane na produkcję masła powodują odwrócenie faz, poprzez uwolnienie tłuszczu i odprowadzenie fazy wodnej (maślanki), dlatego masło jest emulsją typu woda w oleju (w/o). Ze względu na specyfikę układu emulsyjnego mleko i śmietanka są układami stabilnymi krótkoterminowo.

W surowym mleku kuleczki tłuszczowe mogą być rozproszone w fazie wodnej tylko dzięki otoczkom kuleczek tłuszczowych, które stanowią naturalny bufor międzyfazowy. W skład otoczki kuleczki tłuszczowej wchodzą zarówno triacyloglicerole o różnym stopniu polarności, jak i białka. Sumarycznie, ten bogaty układ stanowi o dwubiegunowości otoczki, która z jednej strony sąsiaduje z tłuszczem (strona hydrofobowa), zaś drugiej z wodą (strona hydrofilowa) zapewniając ich współistnienie. W trakcie przechowywania mleka niehomogenizowanego dochodzi do rozwarstwiania się faz i tak zwanego śmietankowania, czyli gromadzenia tłuszczu na powierzchni mleka. Przyczyną tego zjawiska jest struktura kuleczek tłuszczowych. Kuleczki tłuszczowe tworzą największe struktury, jednocześnie ich waga jest najmniejsza spośród wszystkich składników mleka. Dlatego kuleczki tłuszczowe wypływają na powierzchnię fazy wodnej. Dodatkowo, obecne w surowym mleku białka, zwane aglutyninami, powodują aglutynację, czyli zlepianie się kuleczek tłuszczowych, agregaty tłuszczowe podlegają szybszemu podstawaniu na powierzchni mleka. W procesie produkcji normalizowanego mleka spożywczego, jak i śmietanki pasteryzowanej, wykorzystuje się fizyczne metody utrwalania układu emulsyjnego. Istotne w tym procesie jest rozdrobnienie kuleczek tłuszczowych i inaktywacja aglutynin. Rozdrobnienie kuleczek tłuszczowych następuje w homogenizatorach, najczęściej dwustopniowych, zaś inaktywacja białek zachodzi przy okazji obróbki termicznej produktu. Rozdrobnienie kuleczek tłuszczowych związane jest ze wzrostem sumarycznej powierzchni otoczek kuleczek tłuszczowych. Aby układ był stabilny po procesie homogenizacji musi dojść do odtworzenia otoczek kuleczek tłuszczowych, które częściowo są odtwarzane przy udziale białek obecnych w fazie wodnej. Należy podkreślić, że obróbka termiczna musi nastąpić przed lub tuż po procesie homogenizacji, w celu inaktywacji występujących w mleku enzymów i mikroorganizmów oraz enzymów produkowanych przez naturalnie występujące w mleku mikroorganizmy, aby przeciwdziałać hydrolizie tłuszczu. Fizyczne zabiegi technologiczne, wykorzystywane w procesie stabilizacji mleka normalizowanego czy też śmietanki, wydłużają trwałość emulsji. Dla produktów długoterminowych, takich jak śmietanki pasteryzowane i UHT, stabilizacja fizycznymi zabiegami może być niewystarczająca, dlatego w przypadku tego rodzaju produktów dopuszczone jest stosowanie dodatkowych substancji stabilizujących. Jednak stabilizacja tych produktów nie wynika tylko z udziału tłuszczu w produkcie, ale przede wszystkim z bezpośredniego sąsiedztwa z fazą wodną, czyli roztworem koloidalnym. To połączenie dwóch faz wymaga dodatkowej stabilizacji długoterminowej. W Załączniku II do Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 utworzono kategorię żywności 01.6. Śmietanki i śmietanki w proszku, które podzielono na trzy podkategorie. Dwie pierwsze są to produkty bez dodatków smakowych i środków aromatyzujących, zróżnicowane pod względem procesu fermentacji.

Pierwsza podkategoria to 01.6.1. śmietanki pasteryzowane, z wyłączeniem śmietanek o obniżonej zawartości tłuszczu, druga 01.6.2. śmietanki poddane fermentacji (śmietany) i ich substytuty zawierające żywe kultury bakterii, przy czym produkty w tej grupie mogą zawierać do 20% tłuszczu. Do śmietanek pasteryzowanych z pierwszej podkategorii dopuszczono użycie pięciu substancji stabilizujących, t.j. alginian sodu (E 401), alginian potasu (E 402), karagen (E 407), karboksymetyloceluza (E 466), mono- i diglicerydy kwasów tłuszczowych (E 471). W drugiej podkategorii lista substancji jest czterokrotnie dłuższa i są to: agar (E 406), karagen (E 407), mączka chleba świętojańskiego (E 410), guma guar (E 412), guma ksantan (E 415), pektyna (E 440), celuloza (E 460), karboksymetyloceluloza (E 466), mono- i diglicerydy kwasów tłuszczowych (E 471), skrobia utleniona (E 1404), fosforan monoskrobiowy (E 1410), fosforan diskrobiowy (E 1422), hydroksypropyloskrobia (E 1440), hydroksypropylofosforan diskrobiowy (E 1442), sól sodowa oktenylobursztynianu skrobiowego (E 1450) oraz acetylowana skrobia utleniona (E 1451). Dla trzeciej podkategorii 01.6.3 pozostałe śmietanki zawierające dodatki smakowe i środki aromatyzujące, oprócz wybranych barwników, przewidziano zastosowanie dodatków z grupy I, wśród których znajduje się szereg stabilizatorów i emulgatorów. Uwzględniono także możliwość dodania kwasu fosforowego i jego soli oraz sacharoglicerydów (E 473-474).

Do stabilizacji układów rozproszonych, jakimi są kuleczki tłuszczowe rozproszone w fazie wodnej śmietanki, w największym udziale dopuszczone są hydrokoloidy. Wśród proponowanych hydrokoloidów najczęściej wymieniane są te pochodzenia roślinnego, jak na przykład: alginiany, pektyny, guma guar, skrobie, celulozy, mączka chleba świętojańskiego oraz pochodzenia mikrobiologicznego: guma ksantan i guma gellan. Ich zastosowanie zależy od oczekiwanej funkcji technologicznej, jaką mają spełnić w finalnym produkcie.

Reakcje pomiędzy cząsteczkami hydrokoloidów i składnikami żywności mogą polegać na: tworzeniu wiązań chemicznych pomiędzy grupami funkcyjnymi, tworzeniu wiązań wodorowych, oddziaływaniach grup hydrofilowych z hydrofobowymi, polarnych z niepolarnymi lub w wyniku różnic w ładunku elektrycznym. W efekcie, stabilizacja układu może być wywołana poprzez zagęszczenie lub żelowanie, co skutkuje blokowaniem cząsteczek rozproszonych odpowiednio poprzez zwiększenie lepkości lub usieciowanie. Odrębną grupą dodatków stabilizujących emulsje są emulgatory, do których należą między innymi: mono- i diglicerydy kwasów tłuszczowych, estry sacharozy i kwasów tłuszczowych, których mechanizm stabilizujący polega na oddziaływaniach grup hydrofilowych i hydrofobowych wchodzących w skład emulgatora i składników żywności.

Strona 1 z 2