تاثیر استفاده از شیرین کننده‏ های ذرت بر روی ویژگی ‏های کیفی بستنی


تاثیر استفاده از شیرین کننده‏های ذرت بر روی ویژگی‏های کیفی بستنی

چکیده
بستنی در حال حاضر یکی از پرمصرف ترین دسرهای لبنی به شمار می‏رود و مصرف آن هر ساله در حال افزایش است. در ساخت این دسر لبنی از چربی شیر، ماده خشک بدون چربی شیر، شیرین کننده، پایدارکننده، امولسیفایر و طعم دهنده استفاده می‏شود. با توجه به روند رو به رشد افزایش قیمت شکر و عواقب استفاده از این ترکیب در بروز بیماری‏های قلبی-عروقی، دیابت و … از یک سو و به منظور کاهش بهای تمام شده محصول نهایی از سوی دیگر، تولیدکنندگان بستنی درصدد استفاده از شیرین کننده‏های جایگزین شدند. در این خصوص شیرین کننده‏های ذرت (مخصوصاً شربت ذرت با فروکتوز بالا) 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، بهبود کیفیت محصول نهایی بستنی و تشابه ویژگی‏های طعمی آن در مقایسه با شکر نسبت داد. در این مقاله به بررسی تاثیر کاربرد شیرین کننده‏های ذرت بر روی ویژگی‏های مختلف کیفی محصول بستنی پرداخته می‏شود.

واژه های کلیدی: بستنی، شیرین کننده‏های ذرت، شربت ذرت با فروکتوز بالا

مقدمه

بستنی، مخلوط منجمدی از ترکیبات اجزای شیر، مواد شیرین کننده، پایدار کننده، امولسیفایر و مواد مولد عطر و طعم می‏باشد. 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 در دست انجام است (Foulkes، 1997). انتخاب نوع شیرین کننده جایگزین و چگونگی حفظ کیفیت فرآورده طی دوره نگهداری از جمله مسائل مربوط به تولید فرآورده تهیه شده با شیرین کننده جایگزین شکر می‏باشد. باید در نظر داشت که شکر علاوه بر نقش شیرین کنندگی، ویژگی‏های عملکردی فراوانی را در محصول ایفا می‏کند (Specter & Setser ، 1994).
به طور کلی بستنی از نظر حجمی شامل 30% یخ، 50% هوا، 5% چربی و 15% ماتریکس (محلول شکر) است. بنابراین هر سه حالت ماده در آن موجود است؛ جامد: یخ و چربی، مایع: محلول شکر (و یا سایر شیرین کننده‏ها) و گاز: هوا. بخش جامد و گاز از ذرات کوچک تشکیل شده‏اند (گویچه‏های چربی، بلورهای یخ و حباب‏های هوا) که همگی در ماتریکس یا فاز پیوسته قرار دارند. کلیه مواد اولیه مورد استفاده در تولید بستنی‏های مختلف را می‏توان در سه گروه زیر جای داد:
* مواد اولیه اصلی که به مقدار قابل توجهی موجودند (یعنی درصد قابل توجهی از وزن بستنی را به خود اختصاص می‏دهند) مانند پروتئین شیر، شکر، چربی و آب.
* مواد اولیه فرعی که به میزان کمتری مصرف می‏شوند (کمتر از حدود 1% وزن بستنی) مانند امولسیفایرها، پایدارکننده‏ها، رنگ‏ها و طعم دهنده‏ها.
* موادی مانند شکلات، بیسکوئیت‏ها، ویفرها، تکه‏های میوه و مغزها که برای تولید محصولات متنوع به بستنی اضافه می‏شوند (Goff، 1997).
اهمیت ساختار بستنی در جذب هر چه بیشتر مشتری، رضایت خاطر و فروش این محصول تاثیر بسزایی دارد. تجربیات صنعت تولید بستنی نشان دهنده علاقه مشتریان به محصولی با یک ساختار نرم و یکنواخت می‏باشد. به طور کلی قندها دو وظیفه عمده را در بستنی ایفا می‏کنند: الف) ایجاد طعم شیرین، ب) کنترل میزان یخ (هرچقدر میزان یخ بیشتر باشد، بستنی سفت‏تر می‏شود). قندها سبب کاهش نقطه انجماد محلول‏ها شده، در نتیجه حجم یخ را کمتر می‏کنند. به عنوان مثال در یک بستنی استاندارد، میزان یخ باید در حدود 55% وزن در دمای 18- درجه سانتی‏گراد باشد که البته بسته به میزان و نوع قندها این میزان می‏تواند به 45% نیز برسد که باعث تولید بستنی نرم‏تری با همان میزان شیرینی می‏گردد. قندها به دلیل تاثیر بر ویسکوزیته محصولات می‏توانند تاثیر زیادی بر بهبود بافت بستنی داشته باشد. شیرین‏ کننده‏ها می‏توانند با کاهش نقطه ذوب محلول مایع بر روی کریستالیزاسیون یخ تاثیرگذار باشند (Specter & Setser ، 1994). پژوهشگران از شربت ذرت و شیرین کننده‏های حاصل از آن در تولید بستنی با هدف بررسی اثرات آن در محصول نهایی استفاده کردند. در این مقاله به بررسی تاثیر استفاده از شیرین کننده‏های ذرت بر روی ویژگی‏های مختلف کیفی محصول بستنی پرداخته می‏شود.

1. تاثیر شیرین کننده‏های ذرت بر روی سرعت ذوب شدن بستنی
ساکارز از زمان‏های دور به عنوان عامل شیرین کننده در بستنی مورد استفاده قرار می‏گرفت. یافته‏ها حاکی از آن است که ساکارز موجب کاهش نقطه ذوب تا زمانی که محصول را از ایجاد مواد جامد یخ زده جلوگیری کند می‏شود. استفاده از شربت ذرت با مالتوز بالا1 موجب کاهش نقطه ذوب به میزان 98/0 می‏گردد (که بسیار نزدیک به کاهش نقطه ذوب ساکارز، 1، می‏باشد)، در حالی که این میزان در شربت ذرت با فروکتوز بالا2 (DE:90) برابر با 78/1 می‏باشد. سرعت ذوب شدن در بستنی‏های تهیه شده با مخلوط دو شربت HMCS) و (HFCS تفاوت معنی‏داری نداشتند. این در حالی است که بستنی‏های تولید شده با ساکارز دارای سرعت ذوب شدن به مراتب سریعتری در مقایسه با مخلوط شیرین کننده‏ها بودند (Conforti، 1994).
ویژگی‏های کیفی بستنی تحت تاثیر سیستم شیرین کننده آن قرار می‏گیرد. ساکارز موجب تولید محصولی پایدار بدون هیچگونه تاثیرپذیری از میزان چربی موجود در فرمولاسیون بستنی می‏شود. این در حالی است که بین مخلوط HMCS)، HFCS) و افزایش مقدار چربی در فرمولاسیون بستنی ارتباط و برهمکنشی وجود دارد. به طوری که اگرچه بستنی با افزایش مقدار چربی دارای بافت نرم‏تری می‏شود، ولیکن سرعت ذوب شدن در تمامی نمونه‏ها به صورت ثابت باقی می‏ماند. به طور کلی درجه حرارت ذوب شدن بستنی با اضافه کردن شربت ذرت کاهش می‏یابد و نتیجه امر محصولی نرم‏‎تر خواهد بود (Conforti، 1994).

2. تاثیر شیرین کننده‏های ذرت بر روی ویژگی‏های فیزیکی بستنی
شیرین کننده‏ها می‏توانند نقش بسزایی بر روی ویژگی‏های فیزیکی بستنی داشته باشند، به طوری که سرعت و میزان تبلور مجدد را در محصول نهایی تحت تاثیر قرار می‏دهند. تبلور مجدد باعث پائین آمدن کیفیت بستنی می‏شود. با افزایش اندازه بلورها، میزان نرمی بافت بستنی کاهش می‏یابد. هنگامی که اندازه بلورها خیلی زیاد می‏شود (در حدود 100 میکرومتر)، تک تک آن‏ها در داخل دهان حس می‏شوند و بافت بستنی به حالت یخی و شنی درمی‏آید. شربت‏های ذرت با اکی والان دکستروز پائین حاوی پلی ساکاریدهایی هستند که به آن‏ها خصوصیات پایدارکنندگی را در محصول می‏بخشد. به عنوان مثال قابلیت برهمکنش با آب، افزایش ویسکوزیته فاز غیر منجمد و افزایش مواد جامد کل بدون اضافه شدن به شیرینی محصول، از ویژگی‏های این شیرین کننده‏ها می‏باشد (Keeney & Kroger، 1974). استفاده از شربت‏های ذرت با اکی والان دکستروز بالا در بستنی موجب کاهش دمای انجماد این محصول در مقایسه با ساکارز می‏شود، این در حالی است که شربت‏های ذرت با اکی والان دکستروز پائین، دمای انجماد را افزایش می‏دهد. نتایج تحقیقات پژوهشگران نشان داد سرعت تبلور مجدد در بستنی‏های تهیه شده با شربت ذرت با فروکتوز بالا در مقایسه با شربت ذرت با اکی والان دکستروز3 20، بیشتر بود (Hartel & Hagiwara، 1996). بستنی‏های تهیه شده با شربت ذرت با DE 20 دارای بیشترین میزان ویسکوزیته بود، این در حالی است که نمونه‏های بستنی حاوی HFCS 42 کمترین مقدار ویسکوزیته را دارا بودند که علت این امر را می‏توان به تفاوت در وزن مولکولی و طول زنجیره پلیمری بین این شیرین کننده‏ها نسبت داد (Muse & Hartel ، 2004). استفاده از شربت ذرت با فروکتوز بالا در فرمولاسیون سیستم‏های منجمد نظیر بستنی می‏تواند موجب کنترل آب در این نوع سیستم‏ها شود. در حقیقت شربت ذرت با فروکتوز بالا، مهاجرت رطوبت و همچنین رشد کریستال‏های یخ در فریزر را کنترل می‏کند. در نتیجه جدا شدن یخ / آب را در سیستم‏های منجمد به حداقل می‏رساند و از آسیب رسیدن به بافت و ساختار بستنی جلوگیری می‏کند (White، 2014)

3. تاثیر شیرین کننده‏های ذرت بر روی تشکیل کریستال‏های یخ در بستنی
تشکیل کریستال یخ از عوامل مهم ایجاد ساختار در بستنی می‏باشد. در یک محلول قندی نظیر بستنی وقتی کریستالیزاسیون یخ شروع می‏شود و آب به شکل خالص منجمد می‏گردد، غلظت محلول قندی باقیمانده در نتیجه حذف آب افزایش یافته، از اینرو نقطه انجماد بیشتر کاهش می‏یابد. آب باقیمانده به عنوان یک محلول قندی خیلی غلیظ در بستنی وجود خواهد داشت. این پدیده به بستنی قابلیت پیمانه شدن و جویده شدن در دماهای فریزر را می‏دهد.
تحقیقات صورت گرفته بر روی افزودن مقادیر متفاوت HFCS-42 در محصول بستنی نشان داد استفاده از مقادیر بالاتر شربت ذرت در بستنی می‏تواند موجب قابلیت نگهداری به مراتب پائین‏تری در مقایسه با نمونه‏های حاوی مقادیر کمتر شربت ذرت گردد. علت این امر را می‏توان به تفاوت در نقطه انجماد این میکس‏ها نسبت داد. به طور کلی میکس‏‏های بستنی حاوی مقادیر بالاتر HFCS-42 دارای نقطه انجماد پائین‏تری هستند. بیشتر بودن نقطه انجماد در میکس‏‏هایی با مقادیر کمتر HFCS-42 موجب حضور آب منجمد بیشتری خواهد شد که این موضوع از دو جنبه حائز اهمیت است. 1) میکس‏های حاوی نقطه انجماد بالا دارای آب قابل دسترس کمتر برای شرکت در رشد کریستال‏های یخ می‏باشند و 2) میکس‏های حاوی آب آزاد کمتر دارای قسمت آبی با ویسکوزیته بیشتری هستند که در نتیجه موجب سرعت کمتر در رشد کریستال‏های یخ می‏شوند (Wittinger & Smith ، 1986).
در پژوهش‏های انجام شده بین نمونه‏های بستنی حاوی ساکارز، شربت ذرت با DE 20 و HFCS 42 ، محققان به این نتیجه رسیدند که نمونه‏های بستنی حاوی شربت ذرت با DE 20 دارای بیشترین نقطه انجماد و از طرف دیگر نمونه‏های شامل HFCS-42 دارای کمترین نقطه انجماد بودند. بر این اساس در هر شرایط دمایی نگهداری، بستنی‏های تهیه شده از شربت ذرت با اکی والان دکستروز 20، دارای بالاترین محتوای کریستال‏های یخ هستند (Muse & Hartel ، 2004).

4. تاثیر شیرین کننده‏های ذرت بر روی ساختار حباب‏های هوا در بستنی
در پژوهش‏های صورت گرفته بر روی تاثیر اضافه کردن ساکارز، شربت‏ ذرت با DE 20 و همچنین HFCS 42 به فرمولاسیون بستنی، نتایج نشان داد کوچکترین اندازه سلول‏های هوایی متعلق به نمونه بستنی حاصل از شربت ذرت با DE 20 بود که علت این امر را می‏توان به وجود بیشترین میزان یخ، بیشترین ویسکوزیته ظاهری، بیشترین تنش برشی و در نتیجه تجزیه سلول‏های هوایی در این نمونه بستنی نسبت داد. پس از مرحله سفت کردن4، بستنی‏های حاوی ساکارز دارای کوچکترین مقدار کریستال‏های یخ و از سوی دیگر بستنی‏های شامل شربت ذرت با DE 20 دارای بزرگترین کریستال‏های یخ بودند که دلیل این موضوع محتوای بیشتر کریستال‏های یخ در بستنی‏های دارای شربت ذرت DE 20 بود.
اگر بستنی با همان دمایی که از فریزر کارخانه خارج شده نگهداری شود، به سرعت ساختار خود را از دست می‏دهد، یعنی کریستال‏های یخ و همچنین حباب‏های هوا به هم متصل می‏شوند، اندازه آن‏ها افزایش و تعداد آن‏ها کاهش می‏یابد. اگر سرعت به هم پیوستن حباب‏ها و کریستال‏ها را کاهش دهیم، در طی زمان نگهداری بستنی تغییرات زیادی در ساختار آن ایجاد نخواهد شد. به همین دلیل پس از خروج بستنی از فریزر کارخانه، دمای آن را تا حد ممکن پایین می‏آورند که این فرآیند با عنوان سفت کردن نامیده می‏شود و در تونل‏های مخصوص این کار انجام می‏گیرد (Muse & Hartel ، 2004).

نتیجه گیری
با توجه به افزایش ریسک ابتلا به بیماری‏های قلبی-عروقی، چاقی، افزایش میزان انسولین خون و از طرفی به دلیل مسائل اقتصادی و تکنولوژیکی، تحقیقات گسترده‏ای در زمینه جایگزین کردن شیرین کننده‏ای مناسب با ساکارز صورت گرفته است. شربت ذرت با فروکتوز بالا به عنوان یکی از مهمترین جایگزین‏های شکر در تولید محصول بستنی 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 بستنی دارد. جایگزین نمودن این شیرین کننده ذرت در محصول بستنی علاوه بر مقرون به صرفه بودن، موجب بهبود ویژگی‏های کیفی نظیر بافت نرم‏تر، به حداقل رساندن جدا شدن یخ/ آب در ساختار بستنی و کاهش تبلور مجدد شد.

منابع
CONFORTI, F. D. (1994). Effect of fat content and corn sweeteners on selected sensory attributes and shelf stability of vanilla ice cream. International Journal of Dairy Technology, 47(2), 69-75.

Foulkes, P. H. (1977). U.S. Patent No. 4,055,676. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Goff, H. D. (1997). Colloidal aspects of ice cream-a review. International Dairy Journal, 7(6), 363-373.

Hagiwara, T., and R. W. Hartel. 1996. Effect of sweetener, stabilizer and storage temperature on ice recrystallization in ice cream. J. Dairy Sci. 79:735.

Keeney, P. G., and M. Kroger. 1974. Frozen dairy products Fundamentals of Dairy Chemistry. B. H. Webb, A. H. Johnson, and J. A. Alford, ed., 2nd ed. AVI Publ., Westport, CT.

Muse, M. R., & Hartel, R. W. (2004). Ice cream structural elements that affect melting rate and hardness. Journal of dairy science, 87(1), 1-10.

Specter, S. E., & Setser, C. S. (1994). Sensory and physical properties of a reduced-calorie frozen dessert system made with milk fat and sucrose substitutes. Journal of dairy science, 77(3), 708-717.

White, J. S. (2014). Sucrose, HFCS, and Fructose: History, Manufacture, Composition, Applications, and Production. In Fructose, High Fructose Corn Syrup, Sucrose and Health (pp. 13-33). Springer New York.

Wittinger, S. A., & Smith, D. E. (1986). Effect of sweeteners and stabilizers on selected sensory attributes and shelf life of ice cream. Journal of Food Science, 51(6), 1463-1466.

1 High Maltose Corn Syrup (HMCS)
2 High Fructose Corn Syrup (HFCS)
3 Dextrose Equivalent (DE)
4 Hardening
—————

————————————————————

—————

————————————————————

1