تاثیر استفاده از شیرین کنندههای ذرت بر روی کیفیت کوکی
چکیده
استفاده از شربت ذرت با فروکتوز بالا به عنوان جایگزینی برای ساکارز گرانولی در محصول کوکی شکری، میتواند بر روی ویژگیهای رئولوژیکی خمیر نظیر چسبندگی و ترکهای سطحی تاثیرگذار باشد. یک خمیر نرم و چسبنده در حقیقت، نتیجه جایگزینی شربت ذرت با فروکتوز بالا با ساکارز میباشد که اهمیت این تغییر با مقدار شربت ذرت جایگزین شده مرتبط است. چنانچه مقادیر کمتری از ساکارز با شربت ذرت جایگزین گردد، ترکهای سطحی بر روی کوکیهای پخته از بین میرود و در نتیجه سطح همواری را موجب خواهد شد. اندازهگیری میزان آب از دست رفته در طول فرآیند پخت، نشان دهنده عدم تفاوت بین کوکیهای پخته شده با 100% ساکارز و 50% شربت ذرت با فروکتوز بالا بود. انتشار آب داخل محصول میتواند منجر به بروز تفاوتهایی در ویژگیهای سطحی کوکی گردد. کوکیهای شکری در مدت زمان پنج روز پس از پختن، خصوصیت شکنندگی را نشان دادند. با افزایش میزان اضافه کردن شربت ذرت با فروکتوز بالا به فرمولاسیون کوکی، مدت زمان لازم برای بروز ویژگی شکنندگی نیز افزایش یافت. در این مقاله به بررسی تاثیر استفاده از شیرین کنندههای ذرت بر روی ویژگیهای مختلف کیفی محصول کوکی پرداخته میشود.
مقدمه
با توجه به روند رو به رشد افزایش قیمت شکر، تولیدکنندگان کوکی به منظور کاهش بهای تمام شده محصول نهایی، درصدد استفاده از شیرین کنندههای جایگزین شدند. در این خصوص شربت ذرت با فروکتوز بالا1 به عنوان مهمترین جایگزین مورد استفاده برای شکر کاربرد دارد که علت این امر را میتوان به فاکتور در دسترس بودن این ماده، قیمت پائین، قدرت شیرین کنندگی و تشابه ویژگیهای طعمی آن در مقایسه با شکر نسبت داد. میزان شکری که میتواند توسط HFCS در فرمولاسیون کوکی جایگزین شود معمولاً توسط مقدار آب موجود در سیروپ محدود میشود. بنابراین میزان جایگزینی HFCS به فرمولاسیون کوکی و همچنین نوع محصول نهایی بستگی دارد. به عنوان مثال کاربرد آن در کوکیهای سخت منجر به بروز مشکلات عدیدهای در تولید کوکی میشود.
HFCS به طور کلی شامل 42% فروکتوز و 71% ماده جامد میباشد. این ماده میتواند به عنوان جایگزین بخشی از شکر در کوکی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال پژوهشگران مقدار استفاده از HFCS در کوکیهای نرم و سخت را به ترتیب 75-60% و 30-10% اعلام نمود (Henry،1976). ویژگیهای کوکیهای تولید شده با این دو نوع مقدار شیرین کننده متفاوت میباشند که از آنها میتوان به تفاوت در خصوصیات بافتی و تردی محصولات تولیدی اشاره نمود. مونوساکاریدهای موجود در HFCS (فروکتوز و دکستروز) به عنوان مهمترین قندهای جاذب رطوبت در صنایع پخت استفاده میشود. آنها با سایر اجزای خمیر کوکی ترکیب میشوند و در نهایت به ساختار بسیار ترد و شکنندهای تبدیل خواهند شد. به طور کلی خاصیت جاذب رطوبت بودن این ماده موجب محدودیت استفاده از آن در کوکیهای سخت و ترد میشود. از سوی دیگر جایگزینی بخش کوچکی از شکر با HFCS در فرمولاسیون کوکی میتواند موجب بروز تغییراتی نیز در سطح محصولات پخته شود. ترکهای سطحی که معمولاً در برخی کوکیها به وفور مشاهده میشود، در کوکیهایی که حاوی HFCS هستند تشکیل نمیشود که چرایی این امر کماکان در دست مطالعه میباشد. نتایج پژوهشهای محققان بر روی میزان رطوبت کوکیهای تهیه شده با ساکارز و شربت ذرت با فروکتوز بالا نشان داد قسمت بیرونی کوکیهای تهیه شده با ساکارز با سرعت زیادی خشک شدند، در حالی که این امر در کوکیهای تهیه شده با HFCS مشاهده نشد (Curley & Hoseney 1984). در این مقاله به بررسی تاثیر استفاده از شیرین کنندههای ذرت بر روی ویژگیهای مختلف کیفی محصول کوکی پرداخته میشود.
1. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی چسبندگی خمیر کوکی
محققان با انجام آنالیز رنگ سنجی افتراقی بر روی نمونههای کوکی به این نتیجه رسیدند که تنها بخشی از شکر موجود در فرمولاسیون کوکیها در قسمت مخلوط کردن حل میشود و باقی آن نیز در طول مرحله پختن مورد حل شدن قرار میگیرد. با مقایسه کوکیهای حاصل از ساکارز و HFCS، در حقیقت مقادیر متفاوت شیرین کنندههای حل شده در خمیر بررسی میشوند. چنانچه تمامی ساکارز موجود در فرمولاسیون کوکی قبل از مرحله مخلوط کردن حل شود، نتیجه این امر خمیری چسبنده خواهد بود. خمیر حاصل از صفر درصد ساکارز حل شده سفت و قابل فرمدهی میباشد (Abbound & Hoseney، 1984). بررسیهای صورت گرفته با دستگاه اینستران نشان داد خمیر حاوی 100% ساکارز حل شده بسیار چسبنده و غیر قابل فرمدهی میباشد. با اضافه کردن 50% از ساکارز گرانولی به جای HFCS، خمیر تهیه شده همانند خمیر حاصل از 100% ساکارز، چسبنده و غیر قابل فرمدهی بود. علاوه بر این نیز خمیر تولیدی بسیار نرم میباشد (Curley، 1983).
هنگامی که ساکارز در آب حل میشود، جانشین بخشی از آب خواهد شد بنابراین میتواند سبب افزایش حجم کلی گردد که در خمیر کوکی این امر منجر به افزایش حجم کلی محلول و ایجاد خمیری نرمتر و چسبندهتر خواهد شد. زمانی که آب موجود در سیستم خمیر حاصل از HFCS از 7/22 به 7/17% (بر پایه وزن آرد) کاهش یابد، خمیر بسیاری از ویژگیهای نرم و چسبنده بودن خود را از دست میدهد حتی اگر مقدار شکر در آب نیز افزایش یابد. خمیر حاصل کمی چسبنده خواهد بود اما نه به میزانی که قابلیت فرمدهی خمیر را تحت تاثیر قرار دهد.
آزمایش مشابهی (کاهش مقدار آب خمیر) بر روی خمیر تهیه شده با 100% ساکارز حل شده انجام شد که نتایج حاکی از تغییرات مشابه در منحنی تنش بود. بنابراین واضح است حجم محلول کلی در خمیر کوکی به طور مستقیم بر میزان نرمی و چسبندگی خمیر تاثیر میگذارد. با افزایش مقدار استفاده از HFCS در خمیرهای کوکی از میزان صفر تا 50%، نرمی و چسبندگی خمیر نیز متعاقباً افزایش یافت به طوری که امکان فرم دهی آن وجود نداشت.
افزایش مقدار استفاده از HFCS در خمیر کوکی از 0 تا 50%، افزایش چسبندگی خمیر را به دنبال داشت. با اضافه کردن مقادیر بالاتر از 50% HFCS به عنوان جایگزین ساکارز، خمیر حاصل بسیار نرم و چسبنده گردید (Curley، 1983).
2. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی شکل ظاهری کوکی
جایگزینی ساکارز توسط HFCS در فرمولاسیون کوکی موجب تغییراتی در شکل ظاهری محصولات پخته گردید. با افزایش دز مصرفی HFCS، رنگ کوکیها نیز تیرهتر شد که علت این امر را میتوان به وجود قندهای احیاکننده در شربت ذرت نسبت داد.
قطر و ضخامت کوکیهای تولید شده با دزهای مصرفی 50-0 درصد HFCS مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد قطر کوکیها به تدریج کاهش و ضخامت کوکیها نیز با افزایش میزان استفاده از HFCS افزایش یافت. قابلیت فرمدهی خمیر به تدریج سختتر گردید و علاوه بر آن یکنواختی شکل محصولات نهایی نیز با افزایش دز مصرفی HFCS کاهش یافت (Doescher & Hoseney ، 1985).
3. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی میزان گسترش پذیری خمیر کوکی
به منظور بررسی تاثیر جایگزینی ساکارز گرانولی با شیرین کنندههای مایع بر روی میزان گسترش پذیری خمیر کوکی، قطر این محصول توسط روش عکسبرداری زمان گریز2 مورد آزمون قرار گرفت. شیرین کنندههای مایع شامل ساکارز حل شده در آب، HFCS و 3HMCS بود. نتایج نشان داد کوکیهای تهیه شده با شیرین کنندههای مختلف در ویژگی میزان گسترش پذیری متفاوت هستند (Doescher & Hoseney ، 1985).
شیرین کنندههای مایع سرعت گسترش پذیری سریعتری در مقایسه با ساکارز گرانولی داشتند. این افزایش سرعت میتواند به علت نقش مقدار شکر حل شده در طول مرحله مخلوط کردن خمیر باشد. همانطور که پیشتر اشاره شد صرفاً بخشی از شکر موجود در فرمولاسیون کوکیهای شکری در طول فرآیند مخلوط کردن حل میشود و باقی آن نیز در مرحله پختن حل خواهد شد (Abbound & Hoseney، 1984). جایگزینی شیرین کننده مایع با 50% ساکارز گرانولی در مقایسه با 100% ساکارز گرانولی، موجب حل شدن بیشتر شکر حین مرحله مخلوط کردن خمیر میگردد. این امر موجب افزایش قابلیت فرمدهی (کاهش ویسکوزیته) در مراحل ابتدایی پخت و همچنین میزان گسترش پذیری بیشتری خواهد شد (Yamazaki، 1959). بر طبق نتایج پژوهشهای انجام شده، مخلوطی از ساکارز و قند اینورت دارای حلالیت به مراتب بیشتری در آب نسبت به ساکارز هستند ( Potter & Hotchkiss،2012).
4. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی میزان انحلال شکر در خمیر کوکی
خمیرهای کوکی به منظور تعیین تفاوت مقدار شکر حل شده حین مرحله پخت در نمونه شاهد و نمونه حاوی شربتهای ذرت توسط روش آنالیز گرماسنجی افتراقی4 مورد ارزیابی قرار گرفتند. خمیرهای حاوی 0، 25 و 50% HFCS بررسی شدند. ترموگرامهای حاصل نشان دهنده تفاوتهایی در میزان شکر حل شده در طول فرآیند حرارتدهی بود. با افزایش مقدار جایگزینی HFCS، میزان شکر حل شده حین مرحله پختن کاهش یافت که این موضوع نشان دهنده حل شدن شکر در مرحله مخلوط کردن میباشد. حل شدن بیشتر شکر در مرحله مخلوط کردن موجب افزایش سیالیت در مراحل ابتدایی فرآیند پختن گردد (Curley، 1983).
5. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی میزان از دست دادن آب حین مرحله پختن
مقدار آب از دست رفته در طول مرحله پختن برای کوکیهای حاوی 100% ساکارز گرانولی و سه شیرین کننده مایع (ساکارز حل شده در آب، HMCS و HFCS، به صورت جایگزینی 50 درصد) اندازهگیری شد. تقریباً 70% از آب موجود در خمیر کوکی حاوی ساکارز گرانولی در طول مرحله پختن از دست میرود. نمودارهای مشابهی نیز برای سه شیرین کننده مایع تهیه شد و نتایج هیچگونه تفاوت معنیداری در مقدار آب از دست رفته حین مرحله پخت را نشان نداد. در انتهایی مرحله پخت تمامی نمونههای کوکی تقریباً میزان مشابهی آب را از دست دادند (Curley، 1983).
6. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی ترکهای سطحی محصول کوکی
نتایج حاصل از عکسبرداری زمان گریز در طول مرحله پخت نشان داد سطح بیرونی کوکیهای حاوی ساکارز گرانولی به سرعت خشک میشوند. این در حالی است که خشک شدن در سطح خارجی کوکیهای دارای HFCS مشاهده نشد و حتی در طول مراحل ابتدایی فرآیند پخت نیز سطح خارجی این محصول به صورت مرطوب باقی ماند. ظاهراً در سرعت خشک شدن سطحی محصول کوکی، فاکتور انتشار آب داخلی به سطح محصول کوکی در مقایسه با سرعت تبخیر آب از سطح کوکی دارای نقش بیشتری است. نتایج نشان داد میزان انتشار آب داخلی توسط فاز مایع پیوسته در خمیر کوکی کنترل میشود. کریستالهای ساکارز به همراه شربت ساکارز موجب تولید فاز مایع غیرپیوستهای در خمیر کوکی میشود؛ این در حالی است که کریستالهای ساکارز به انضمام شربتهای ذرت تحت شرایط کاملاً مشابه موجب تولید فاز مایع پیوستهای خواهد شد (Curley، 1983).
با توجه به این که ساکارز و مالتوز دارای وزن مولکولی مشابهی هستند، فشار اسمزی آنها نیز باید یکسان باشد. کوکیهای تهیه شده با شربت ساکارز دارای الگوی ترک خوردگی خاصی هستند؛ این در حالی است که کوکیهای حاصل از شربت مالتوز، فاقد هرگونه ترک خوردگی بودند. مونوساکاریدهای گلوکز و فروکتوز به همراه دی ساکارید مالتوز موجب تولید محصول کوکی بدون وجود ترکهای سطحی شد. در حقیقت کوکیهای بدون ترکهای سطحی میتواند در نتیجه استفاده از قندهای احیاکننده در فرمولاسیون باشد. در صورت کاربرد قندهای احیا کننده (ساکارز) در فرمولاسیون کوکی، ترکهای سطحی به وجود میآمدند. به منظور بررسی تاثیر نوع قندها (احیا کننده و یا غیر احیا کننده) بر روی ایجاد ترکهای سطحی محصول نهایی کوکی از سوربیتول استفاده شد. جایگزینی 10 درصد از شربت سوربیتول با 10 درصد ساکارز موجب تولید تنها تعداد بسیار کمی ترک بر روی نمونههای کوکی شد. بنابراین ویژگی غیر احیاکنندگی قند به تنهایی قادر به پاسخگویی علت تفاوت در الگوی ترک خوردگی سطح کوکیها نمیباشد (Doescher & Hoseney ، 1985).
7. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی میزان شکنندگی کوکی
جایگزینی ساکارز در فرمولاسیون کوکیهای شکری توسط HFCS، موجب بروز تغییراتی در ویژگیهای شکنندگی محصول میشود. تغییرات به وجود آمده در این مشخصه کوکی همزمان با گسترش ویژگی شکنندگی صورت میگیرد.
در کوکیهای حاوی HFCS، گذر زمان موجب بروز تغییراتی در ویژگیهای شکنندگی کوکیهای نهایی شد. ارزیابیهای حاصل از اینستران نشان داد کوکیهای حاوی HFCS دارای سطح زیر منحنی بیشتری در مقایسه با کوکیهایی با ساکارز گرانولی میباشد. با افزایش مقدار مواد جامد HFCS، سطح زیر منحنیها نیز افزایش یافت (Curley، 1983).
با افزایش مقدار جایگزینی HFCSدر فرمولاسیون کوکی، میزان سطح منحنی فشرده سازی با گذشت زمان افزایش یافت. افزایش سطح زیر منحنی با افزایش عرض منحنیها همراه بود و از سوی دیگر ارتفاع منحنیها تغییرات بسیار اندکی را از خود نشان داد. با افزایش مقدار جایگزینی HFCS، سطح زیر منحنی نیز با افزایش زمان افزایش یافت. بر اساس فرضیه محققان، با خروج کوکی از فر، شکر موجود در کوکی به حالت محلول فوق اشباع میباشد. در طول سرد شدن و با گذشت زمان، ساکارز تبدیل به حالت بلوری میگردد. تغییرات به وجود آمده از حالت شکر حل شده (شربت) به شکر بلوری همراه با پیدایش ویژگی شکنندگی میباشد. نتیجه پدیده بلوری شدن، از دست دادن آب موجود در شکر و متعاقب آن جذب سریع این آب توسط سایر اجزای خشک کوکی (نظیر نشاسته) است (Youngquist, & Brabbs، 1982) .
به منظور بررسی فرضیه فوق، میزان فعالیت آبی در کوکیهای پخته توسط سایر پژوهشگران مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار فاکتور فعالیت آبی از 305/0 (در 5/1 ساعت) به 335/0 (در 64 ساعت) افزایش داشت که این افزایش مقدار همراه با پیدایش خصوصیت شکنندگی در کوکیها بود (Curley، 1983). نتایج به دست آمده از فعالیت آبی کوکیها در راستای صحت فرضیه فوق میباشد (Youngquist, & Brabbs، 1982) .
با اضافه کردن HFCS به فرمولاسیون کوکیها، غلظت فروکتوز و گلوکز افزایش یافت. شایان ذکر است فروکتوز و گلوکز موجب جلوگیری از بلوری شدن ساکارز میشوند. با کاهش بلوری شدن شکر، کوکیهای تهیه شده دارای مشخصه شکنندگی متفاوتی خواهند بود چرا که وجود شربت در کوکیها موجب نرمی بافت و در نتیجه خم شدن راحتتر در اثر نیروی وارده میشوند (Curley، 1983).
8. تاثیر کاربرد شیرین کنندههای ذرت بر روی میزان رطوبت آرد در کوکی
کوکیهای تهیه شده با آردهایی با رطوبت مختلف اما با میزان ثابتی از آب اضافه شده به فرمولاسیون، تفاوتهایی را در الگوی پخت نشان دادند. با افزایش رطوبت آرد، میزان تقارن در ترک خوردگی کوکیها افزایش یافت. استفاده از آرد دارای رطوبت 2/9% در فرمولاسیون کوکی، موجب تولید محصولی با ترکهای زیاد شد؛ این در حالی است که هیچ گونه ترک خوردگی در کوکیهای تهیه شده از آردی با رطوبت 2/16% مشاهده نشد. محققان رطوبت آرد را در ارزیابی ترک خوردگی سطح کوکی بسیار مهمتر از رطوبت کلی فرمولاسیون تلقی نمودند ( Potter & Hotchkiss،2012).
نتیجه گیری
با تمام ویژگیهای مثبتی که ساکارز به عنوان یک شیرین کننده طبیعی با ویژگیهای عملکردی ممتاز دارد، به دلیل ارتباط با برخی مشکلات سلامتی نظیر فشار خون، بیماریهای قلبی – عروقی، چاقی، افزایش میزان انسولین خون و از طرفی به دلیل مسائل اقتصادی و تکنولوژیکی، پژوهشهای روز افزونی جهت جایگزینی مناسب ساکارز با سایر شیرینکنندهها صورت گرفته است. شربت ذرت با فروکتوز بالا به عنوان یکی از مهمترین جایگزینهای شکر در تولید محصول کوکی کاربرد دارد. شربت ذرت با فروکتوز بالا به دلیل قیمت پائین، قدرت شیرین کنندگی، تشابه ویژگیهای طعمی آن در مقایسه با شکر (ساکارز) محبوبیت زیادی در بین تولید کنندگان کوکی دارد. جایگزین نمودن این شیرین کننده ذرت در محصول کوکی علاوه بر مقرون به صرفه بودن، موجب بهبود ویژگیهای کیفی نظیر کاهش ترکهای سطحی، نرمی بافت و کاهش میزان تبلور مجدد شد.
منابع
Abboud, A. M., & Hoseney, R. C. (1984). Differential scanning calorimetry of sugar cookies and cookie doughs. Cereal Chemistry (USA).
Curley, L. P. (1983). Effects of corn sweeteners on cookie quality (Doctoral dissertation, Kansas State University).
Doescher, L. C., & Hoseney, R. C. (1985). of Sugar-Snap Cookies1. Cereal Chem, 62(4), 263-266.
Henry, R. E. (1976). High fructose corn syrup new sweetener for the baker.Bakers digest.
Potter, N. N., & Hotchkiss, J. H. (2012). Food science. Springer Science & Business Media.
Yamazaki, W. T. (1959). The application of heat in the testing of flours for cookie quality. Cereal Chemistry, 36(1), 59-69.
Youngquist, R. W., & Brabbs, W. J. (1982). U.S. Patent No. 4,344,969. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
1 High Fructose Corn Syrup (HFCS)
2 Time-lapse Photography
3 High Maltose Corn Syrup
4 Differential Scanning Calorimetry
—————
————————————————————
—————
————————————————————
9