Premium to'liq sut kukunining sirt modifikatsiyasi: ACETEM ning past yopishqoqligi va chang zarralari yuzasida PGE ning yuqori gidrofilligidan foydalanish

To'liq sut kukuni uzoq vaqt davomida bir zumda, ayniqsa sovuq suvda, uning yuqori yog'liligi va aniq sirt hidrofobikligi tufayli eriydi. An'anaviy lesitin püskürtme jarayoni o'nlab yillar davomida sanoatlashtirilgan bo'lsa-da, u namlanish tezligi, saqlash barqarorligi va lazzatni saqlashda hali ham kam. Ushbu maqola ACETEM (atsetillangan mono{2}} va yog 'kislotalarining diglitseridlari, E472a) va PGE (yog' kislotalarining poligliserin efirlari, E475) ning sinergik birikmasiga asoslangan yangi sirtni o'zgartirish strategiyasini taklif qiladi. ACETEM ning past HLB qiymati (2–3) va suyuq{8}}past{9}}qovushqoqlik xususiyatlari unga sut kukuni zarralari yuzasida erkin yog‘ qatlamini samarali infiltratsiya qilish va namlash imkonini beradi va shu bilan birlamchi hidrofobik yaqinlik interfeysini yaratadi. Shu bilan birga, keng diapazonli HLB qiymati (3–13) va PGE ning yuqori gidrofilligi zarrachalar yuzasida zarur gidrofil kanallarni hosil qiladi, bu esa suvning aglomeratlarning g'ovakli tuzilishiga tez kirib borishiga imkon beradi. An'anaviy lesitin purkash jarayoni bilan solishtirganda, ACETEM/PGE gradient qoplama tizimi sovuq suvda (8–10 daraja) namlanish vaqti, tarqalish qobiliyati va umrbod oksidlanishdan himoyalanish-bilan Yevropa Ittifoqi va xalqaro oziq-ovqat qo'shimchalari standartlariga to'liq mos keladigan muhim afzalliklarni namoyish etadi. Ushbu maqola fazalararo kimyo mexanizmlarini va jarayonni amalga oshirish istiqbollarini tizimli ravishda namoyish etadi, bu esa yuqori sifatli sut kukunini zudlik bilan yaxshilash uchun yangi texnik yo'lni taklif qiladi.

To'liq sut kukuni - standartlashtirish, pasterizatsiya, kontsentratsiya va buzadigan amallar bilan quritish jarayonlari orqali yangi sigir sutidan ishlab chiqarilgan kukunli sut mahsulotidir. Yogʻsizlangan sut kukunidan farqli oʻlaroq, toʻliq sut kukuni sut yogʻi va yogʻda eriydigan{1}}oziq moddalarning tabiiy taʼmini ​​saqlab qoladi, bu esa uni bolalar uchun yuqori sifatli formulalar, kattalar uchun oziqlantiruvchi kukunlar, kofe qaymoqlari va novvoyxona premikslarida keng talab qiladi.

Shu bilan birga, to'liq sut kukunining yog 'miqdori odatda 26% -28% dan oshadi va buzadigan amallar bilan quritish va undan keyingi ishlov berish paytida, taxminan 0,5% -3% erkin yog' zarracha yuzasiga o'tib, sut kukuni granulalari ustida qoplama hosil qiladi. Ushbu erkin yog 'qatlami kuchli hidrofobiklikni namoyon qiladi, bu esa suv molekulalarining sirtni buzishini va zarrachalarning ichki qismiga kirib borishini qiyinlashtiradi va shu bilan changning namlanishi va tarqalish qobiliyatini jiddiy ravishda buzadi. To'liq sut kukunining suv bilan aloqa qilish burchagi odatda 50 gradusni tashkil qiladi va ba'zi hollarda 90 darajadan oshadi, bunda suv infiltratsiyasi deyarli butunlay to'sqinlik qiladi. Ushbu sirt hidrofobik xususiyat sovuq suvda to'liq sut kukunini qayta tiklash qiyinligining asosiy sababidir.

Ushbu muammoni hal qilish uchun sanoat 1960-yillardan boshlab aglomeratsiya-lesitin purkash jarayonini keng qo'lladi, bunda o'simlik yog'idagi lesitin eritmasi purkagich bilan quritishdan so'ng suyuqlashtirilgan to'shakda aglomeratsiyalangan sut kukuni zarralariga püskürtülür. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, lesitin purkash yog'siz sut kukunining namlanish vaqtini 300 soniyadan taxminan 8,9 soniyagacha qisqartirishi mumkin, bu ajoyib yaxshilanishdir. Shunga qaramay, lesitinning o'zi bir qancha o'ziga xos cheklovlarga ega, jumladan, ko'p to'yinmagan yog'li kislotalar miqdori (tijorat soya lesitinida taxminan 50% - 60% linoleik kislota), hidga olib keladigan oksidlanishga moyillik va cheklangan termal barqarorlik{8} premium mahsulotlarning saqlash muddati- talablari.

So'nggi yillarda sintetik bo'lmagan{0}}ionik emulsifikatorlarning jadal rivojlanishi sut kukunlari sirtini modifikatsiyalash uchun yangi vositalar imkoniyatlarini taqdim etdi. Ular orasida ACETEM (atsetillangan mono{2}} va yog 'kislotalarining diglitseridlari) va PGE (yog' kislotalarining poligliserin efirlari) o'zlarining qo'shimcha molekulyar tuzilmalari, differentsiatsiyalangan HLB qiymatlari va sozlanishi mumkin bo'lgan sirt faolligi bilan an'anaviy lesitinga qisman yoki to'liq alternativa sifatida muhim potentsialni namoyish etadi. Ushbu maqola ushbu ikki emulsifikatorning interfaol harakatlarini tizimli ravishda tahlil qilish, sut kukuni zarralari yuzasida ularning sinergik ta'siri ostida yotgan fizik-kimyoviy mexanizmlarni o'rganish va sanoat formulalarini optimallashtirish uchun mos yozuvlar ko'rsatmalarini taqdim etishga qaratilgan.

1 Zarrachalar yuzasi tarkibi va namlanish mexanizmi

Sut kukuni zarralarining namlanish harakati ikki omil bilan boshqariladi: sirt tarkibi va mikroyapı. Sirt tarkibi nuqtai nazaridan, purkagich bilan quritish jarayonida zarrachalar yuzasida erigan moddalarning tomchilar ichida diffuziyali migratsiyasi va diffuziyali sirt faolligi tufayli aniq kompozitsion gradient hosil bo'ladi-gidrofobik sut yog'i va erkin yog' kislotalari zarrachalarning eng tashqi qatlamida to'planishga moyil bo'ladi, ichki zarrachalarda esa gidrofilaktoz va oqsil bilan qoplangan. Ushbu "gidrofobik tashqi, gidrofil ichki" kompozitsion taqsimot to'liq sut kukuni zarralarining suv bilan aloqa qilish burchagi yog'siz sut kukuniga qaraganda sezilarli darajada kattaroq bo'lishiga olib keladi (taxminan 20 daraja), suvning kirib borishiga to'g'ridan-to'g'ri to'sqinlik qiladi. Mikrotuzilma nuqtai nazaridan, an'anaviy buzadigan amallar{5}}quritilgan sut kukuni zarralari mayda (D90 odatda o'nlab mikrometrlarda), tor oraliqlarga ega; suv sirtni yorib o'tishga muvaffaq bo'lsa ham, u mayda zarralar orasidagi kapillyar ta'sirlar bilan osongina to'sqinlik qiladi, natijada "ho'l tashqi, quruq ichki" bilan tavsiflangan bo'laklar paydo bo'ladi.

Shunday qilib, to'liq sut kukunining bir zumda erishiga erishish ikki jihatni bir vaqtning o'zida hal qilishni talab qiladi: uning hidrofobikligini kamaytirish uchun zarracha yuzasining kimyoviy tarkibini o'zgartirish va suv infiltratsiyasi uchun kanallarni ta'minlash uchun gözenekli strukturani qurishda zarracha hajmini oshirish.

2 An'anaviy lesitin purkash jarayonining afzalliklari va cheklovlari

Lesitin purkash hozirgi sanoat amaliyotidagi eng etuk sirtni o'zgartirish texnologiyasidir. Uning ta'sir qilish mexanizmini quyidagicha ta'riflash mumkin: lesitin molekulalarining hidrofilik guruhlari (fosfatidilxolinning to'rtlamchi ammoniy bosh guruhi) zarrachalar yuzasining tashqi tomonida langar qiladi, hidrofobik dum zanjirlari esa erkin yog 'qatlamiga singib ketadi va shu bilan gidrofil qatlamni hosil qiladi, bu esa zarrachalar orasidagi aloqa burchagini yuqoridan 5 darajagacha kamaytiradi.

Biroq, lesitin purkash jarayoni bir nechta o'ziga xos va{0}}cheklovlarni engish- qiyin bo'ladi. Birinchidan, tijorat soya lesitini tarkibidagi yog 'kislotalarining taxminan 50-60% linoleik kislota (C18:2) bo'lib, saqlash vaqtida avtooksidlanishga osonlik bilan duchor bo'lib, "bo'yoqli" yoki "bo'yoq"{7}}xushbo'y{8}}xushbo'y ta'mlarni hosil qiladi. kukun. Ikkinchidan, lesitin termal sezgir bo'lib, suyuq qatlamli püskürtme paytida yuqori harorat sharoitida qisman degradatsiyaga uchraydi. Uchinchidan, lesitin purkalgandan keyin hosil boʻlgan gidrofil qatlam mono- yoki oligomolekulyar plyonka boʻlib, u transport tebranishi va uzoq muddatli saqlash vaqtida ishqalanish natijasida ajralishga moyil boʻlib, namlanishning susayishiga olib keladi. Ushbu cheklovlar yangi sintetik emulsifikatorlarni joriy qilish uchun aniq texnologik oynani ta'minlaydi.

1 ACETEM: past-qovushqoqlikdagi gidrofobik interfeys modifikatori

ACETEM (atsetillangan mono- va yog 'kislotalarining diglitseridlari, E472a) yog' kislotalarining mono- va diglitseridlarini sirka angidrid bilan atsetillash natijasida hosil bo'lgan-ion bo'lmagan emulsifikatordir. U sutsimon oq kukun yoki bo‘laksimon qattiq ko‘rinishga ega bo‘lib, erish nuqtasi atsetillanish darajasiga qarab 25–40 daraja, HLB qiymati 2–3 va moydagi suv-emulsifikator sifatida tasniflanadi. U sovuq suvda, issiq suvda va sovuq yog'larda erimaydi, lekin issiq yog'larda eriydi.

ACETEM ning eng ko'zga ko'ringan jismoniy xususiyati uning yog'ga asoslangan{0}}tizimlarning yopishqoqligini sezilarli darajada kamaytirish qobiliyatidir. Asetil guruhlarning kiritilishi glitserid molekulasi-atsetillanmagan{3}}atrof-muhit haroratida qattiq va mumsimon monogliseridlarning kristallanish xususiyatini o'zgartiradi, ACETEM esa ortib borayotgan atsetillanish darajasi bilan erish nuqtasini pasaytirishi va xona haroratida suyuqlik yoki yarim eritma shaklida mavjud bo'lishi mumkin-. ACETEM ning yopishqoqlikni-kamaytiruvchi funksiyasi karamel va shokolad qoplamalari kabi ilovalarda sanoat tomonidan tasdiqlangan bo‘lib, u “yopishqoqlikni pasaytiradi va yog‘ning bir tekis taqsimlanishini ta’minlaydi”. Kofe qaymoqlari va sutdan bo'lmagan qaymoqlar uchun ACETEM "yog'ning bir xil tarqalishini rag'batlantiradi, emulsiya barqarorligini oshiradi va oq, silliq og'iz hissi paydo bo'lishiga yordam beradi".

Sut kukuni sirtini modifikatsiyalash kontekstida ACETEM ning suyuqlikka o'xshash past{1}}qovushqoqligi-bo'sh yog' qatlami bo'ylab zarrachalar yuzasida samarali tarqalishini ta'minlaydi. Qattiq, mumsimon an'anaviy monogliseridlardan farqli o'laroq, suyuq ACETEM püskürtme haroratida mukammal suyuqlikka ega bo'lib, u zarrachalar yuzasidagi tartibsiz yoriqlar va teshiklarni tezda infiltratsiya qilish imkonini beradi va bir xil hidrofobik interfasial plyonka hosil qiladi. Ushbu interfacial plyonkaning o'zi hidrofobik bo'lsa-da, uning muhim vazifasi - buerkin yog'ning ochiq joylarini muhrlang, keyingi hidrofilik qoplamaning (PGE) "yutilishi" ning oldini olish va asosiy hidrofobik yog 'qatlami tomonidan samarasiz bo'lishi. Buni gidrofil qatlamning mustahkam biriktirilishi uchun barqaror sirt holatini yaratuvchi "interfasial astar"- sifatida kontseptsiyalash mumkin.

2 PGE: Sozlanishi mumkin bo'lgan HLB qiymatiga ega gidrofil sirt modifikatori

PGE (yog 'kislotalarining poligliserin efirlari, E475) poligliserinning turli darajadagi polimerlanish va tabiiy yog' kislotalari bilan esterifikatsiyasi natijasida hosil bo'lgan{1}}ion bo'lmagan sirt faol moddadir. U och sariq kukun yoki donador qattiq ko'rinishga ega, yog'larda, yog'larda va etanol kabi organik erituvchilarda oson eriydi va issiq suvda tarqalishi mumkin. PGE mukammal yuqori{4}}haroratga chidamliligi va kislota barqarorligi bilan ajralib turadi.

PGE ning asosiy afzalligi uning mavjudligidadirsozlanishi gidrofillik. By varying the℃of polymerization of the polyglycerol moiety (from diglycerol to decaglycerol) and the type and℃of substitution of fatty acids, the HLB value of PGE can be precisely adjusted across a broad range of 3 to 13, with hydrophilicity and lipophilicity changing markedly depending on these structural parameters. Among them, PGE products with higher HLB values (>10) kuchli emulsifikatsiya qobiliyatiga va mukammal interfaol faollikka ega bo'lgan "gidrofil monogliseridlar" toifasiga kiradi. Adabiyotda "sut mahsulotlariga qo'shilsa, [PGE] ularning tez eruvchanligini oshirishi mumkin" deb yaxshi hujjatlashtirilgan.

PGE ning gidrofilligi uning poligliserin bosh guruhidagi bir nechta efir bog'lari (C-O-C) va terminal gidroksil guruhlari (-OH) bilan bog'liq bo'lib, ular suv molekulalari bilan keng vodorod bog'lanish tarmog'ini shakllantirishga qodir va shu bilan zarrachalar yuzasida kuchli gidratlangan interfaziya qatlamini qurishga qodir. PGE molekulalari o'zlarining hidrofobik dum zanjirlari orqali ACETEM{4}}oldindan ishlov berilgan yog 'qatlamiga, poligliserin bosh guruhlari tashqariga cho'zilgan holda bog'langanda, sut kukuni zarralari ustiga "gidrofil ustki kiyim" o'raladi. Ushbu strukturaviy dizayn suv molekulalarining zarracha bilan aloqa qilganda PGE gidrofil qatlamiga tez kirib borishi va ACETEM-prikli silliq interfeysi orqali zarrachaning ichki qismiga tez tarqalishiga imkon beradi.

Ikki komponentli tizimning 3-sinergik sirtini oʻzgartirish mexanizmi

ACETEM va PGE o'rtasidagi fazalararo kimyoviy to'ldiruvchilik ularning fizik xususiyatlaridagi aniq farqlaridan kelib chiqadi:

Ikkalasining sinergik mexanizmini a sifatida tasvirlash mumkingradient qoplamasijarayon. Birinchidan, suyuq ACETEM o'zining past yopishqoqligi va yog'lar va yog'larga kuchli yaqinligi tufayli zarrachalar yuzasi bo'ylab bir tekis tarqaladi, erkin yog'ning hidrofobik joylarini namlaydi va qisman yopib qo'yadi va birlamchi "tekislashuvchi interfasial qatlam" ni hosil qiladi. Ushbu qatlamning vazifasi yog 'sirtidagi mikroskopik nosimmetrikliklar bartaraf etish, keyingi hidrofilik qoplamani bir xil qoplash uchun qulay shart-sharoitlarni yaratishdir. Keyinchalik, PGE molekulalari o'zlarining quyruq zanjirlari va ACETEM qatlami o'rtasidagi hidrofobik o'zaro ta'sirlar orqali bog'lanadi, hidrofilik poligliserol bosh guruhlari ikkinchi darajali "gidrofil tashqi qatlam" ni hosil qilish uchun tashqi tomonga yo'naltiriladi. Ushbu "gidrofobik ichki, gidrofil tashqi" gradient strukturasi sut kukuni zarrachasiga xos bo'lgan lipid tarkibini ankraj matritsasi sifatida to'liq ishlatadi, shu bilan birga gidrofil emulsifikatorlar to'g'ridan-to'g'ri yog'ni rad etuvchi- yuzasiga püskürtüldüğünde yuzaga kelishi mumkin bo'lgan notekis qoplama muammosini oldini oladi.

Disperslik va tez eruvchanlik nuqtai nazaridan, ACETEMning past yopishqoqlik xususiyati aglomeratsiya jarayonida o'rtacha-zarrachalar orasidagi yopishqoqlikni osonlashtirishi va barqarorroq gözenekli aglomerat strukturasini shakllantirishga yordam berishi mumkin. G'ovakli aglomeratlar ichidagi mo'l-ko'l kapillyar kanallar tez tiklanishiga erishish uchun juda muhimdir va ACETEM tomonidan taqdim etilgan "o'rtacha yopishqoqlik" aglomeratlarning mexanik kuchini ortiqcha to'planishga olib kelmasdan aniq oshiradi. PGE ning kuchli gidrofilligi, o'z navbatida, suv zarrachalar yuzasi bilan aloqa qilgandan so'ng, u gidrofil qatlam bo'ylab aglomeratning ichki teshiklariga tez sirg'alib, bir necha soniya ichida namlash va cho'kishni yakunlashini ta'minlaydi.

1 purkash jarayonini loyihalash

ACETEM/PGE ikki komponentli{0}}komponentli sirt modifikatsiyasini purkash jarayoni toʻliq sut kukuni ishlab chiqarish liniyalarining mavjud suyuqlashtirilgan yotoq tizimlarida-katta miqyosdagi uskunani oʻzgartirishga hojat qoldirmasdan amalga oshirilishi mumkin. Tavsiya etilgan jarayon oqimi quyidagicha: buzadigan amallar-quritilgan sut kukuni asosi aglomeratsiya va granulyatsiya uchun birinchi-bosqichdagi suyuqlik qatlamiga kiradi; so'ngra u ikkinchi-qoplamaning suyuqlangan qatlamiga o'tadi, bu erda ACETEM va PGE ning aralash emulsifikator eritmasi (oziq-ovqat navli o'simlik moyida, masalan, MCT yoki yuqori{7}}oleyk kungaboqar yog'ida, umumiy konsentratsiyasi 10-20% gacha erigan) zarrachalar yuzasiga bir tekisda püskürtülür. Püskürtme harorati 50–65 daraja oralig'ida nazorat qilinadi, bu esa PGE ning etarli darajada erishi va tarqalishini ta'minlagan holda, ACETEMning past-qovushqoqligi, suyuqlikka o'xshash-suyuqligini saqlaydi.

2 Malumot formulasi va kutilayotgan dozasi

ACETEM va PGE ning interfasial sinergik mexanizmlari va oziq-ovqat qo'shimchalaridan foydalanishning amaldagi standartlariga asoslanib, tavsiya etilgan mos yozuvlar dozasi quyidagicha (jami sut kukuni quruq moddalar massasining ulushi sifatida):

Ushbu dozalash diapazoni an'anaviy lesitin purkash jarayoni (0,2% -0,3%) bilan taqqoslanadi, bu boshqariladigan xarajat doirasida funktsional yangilanishga erishadi. Xitoyning GB 2760 standartiga ko'ra, o'zgartirilgan sut kukuni va o'zgartirilgan krem ​​kukunida PGE ning ruxsat etilgan maksimal foydalanish darajasi 10,0 g / kg ni tashkil qiladi; ACETEM yaxshi ishlab chiqarish amaliyotiga (GMP) muvofiq ishlatilishi mumkin, bu esa tartibga soluvchi talablarni to'liq qondiradi. ACETEM/PGE kombinatsiyasida ishlatiladigan yog 'kislotalari asosan to'yingan (stearin kislotasi) yoki past to'yinmagan bo'lib, yuqori darajada ko'p to'yinmagan yog' kislotasiga-boy soya lesitini bilan solishtirganda yuqori oksidlanish barqarorligini ta'minlaydi va shu bilan sutning butun umri davomida yog'ning oksidlanish xavfini sezilarli darajada kamaytiradi124.

3 Kutilayotgan samaradorlik ko'rsatkichlari

Shuni ta'kidlash kerakki, tez namlanish va tarqalishga erishishmuz{0}}suv aralashmalari 8–10 darajasovuq suvli lahzali proteinli kokteyllar va ochiq havodagi sport oziqlantiruvchi kukunlar kabi yuqori darajadagi tezkor ichimliklar mahsulotlari uchun asosiy texnik talabni tashkil qiladi. Lesitin bilan purkalgan mahsulotlar past haroratlarda sezilarli darajada pasaygan sirt faolligini namoyish etadi, PGE ning past haroratga chidamliligi va ACETEM ning past-erish nuqtasini tekislash qobiliyatidan foydalangan holda, ACETEM/PGE kombinatsiyasi past haroratda namlanishni mukammal darajada ushlab turishi kutilmoqda.

Ushbu maqola ACETEM va PGE ning sinergik mexanizmlari va qo'llash potentsialini to'liq sut kukunini tezlashtirishda tizimli ravishda tahlil qildi. Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, ikkalasining gradient qoplama strategiyasi an'anaviy bir{1}}emulsifikator purkash jarayonlarining funktsional cheklovlarini samarali tarzda yengib chiqishi mumkin: ACETEM o'zining past yopishqoqligi va mukammal tarqalishidan foydalanib, erkin yog'ning hidrofobik joylarini muhrlab, bir xil birlamchi interfaol qatlam hosil qiladi; PGE o'zining sozlanishi mumkin bo'lgan yuqori gidrofilligiga tayanib, zarrachalar yuzasini yuqori darajada sovuq suv namlash qobiliyatiga ega bo'lgan tashqi hidratsiya kanalini quradi. Ushbu kombinatsiya interfeys dizaynini "monomolekulyar gidrofil qatlam" dan "gradient funktsional interfeys" ga yangilaydi va past-haroratda bir zumda eritish samaradorligi, saqlash barqarorligi va oksidlanishdan himoyalanishda sinergik yaxshilanishlarga erishishi kutilmoqda.

Kelgusi tadqiqot yo'nalishlari quyidagilarga qaratilishi mumkin: (1) turli xil ACETEM atsetillanish darajalari va PGE polimerizatsiya darajalarining namlanish kinetikasiga aniq ta'siri, miqdoriy "tuzilma-xususiyat" munosabatlari modelini o'rnatish; (2) o'simlik asosidagi sut kukuni muqobillarini (masalan, jo'xori suti kukuni, hindiston yong'og'i suti kukuni) joriy etishda ushbu kompozit tizimning qo'llanilishini baholash; (3) ACETEM/PGE sirtini modifikatsiyalash texnologiyasining yog'da eriydigan mikronutrientlarni (A, D, E vitaminlari) inkapsulyatsiyasi va chiqarilishi bilan integratsiyalashuvi, "tez eriydigan + ozuqa moddalarini yetkazib berish" qobiliyatiga ega bo'lgan ikki-to'liq sut kukuni mahsulotlarini ishlab chiqish. Global yuqori sifatli sut kukuni bozori sovuq{10}}suvda bir zumda eruvchanligi va toza{11}}yorliq ma'lumotlarini tobora ko'proq talab qilayotganligi sababli, nozik interfeys dizayniga asoslangan sintetik emulsifikator aralashmasi strategiyalari keng qo'llash istiqbollarini namoyish etadi.