مقاله کاربرد اینولین به عنوان تغییر دهنده بافت در محصولات لبنی

بخشی از مقاله

چکیده

اینولین ترکیبی قندی و پلیمری از فروکتوز میباشد که با پیوندهای بتا 1 به 2 به هم متصل شده اند. در طبیعت به صورت کربوهیدرات های ذخیره-ای در گیاهان و پلی ساکاریدهای خارج سلولی در برخی از میکروارگانیسمها یافت می شوند. امروزه تولید صنعتی اینولین از طریق ا ستخراج از گیاهان تیرهْ کاسنی و یا از شربت ساکاروز با بکارگیری میکروارگانیسمهای تولید کنندهی آنزیم فروکتوزیل ترانسفرازها صورت میگیرد این دسته از فروکتانها در روده بعلت دارا بودن خاصیت پریبیوتیکی منجر به تحریک رشد بیفیدوباکترها ، تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر و کاهش pH می شوند، در نتیجه از فعالیت باکتریهای پاتوژن، جذب کلسترول و ریسک سرطان کولون کاسته و از سوی دیگر جذب املاح کلسیم و منیزیوم بطور قابل توجهی افزایش مییابد.

اساس استفاده از این ترکیب در صنعت لبنیات داشتن ویژگیهای جایگزینی شکر و چربی و قابلیت تغییر بافت میباشد. تحقیقات انجام شده نشان می دهد اینولین با درجه پلیمریزاسیون بالای 10 می تواند در تولید فراورده های گوشتی و لبنی بعنوان جایگزین بخشی از چربی بکارگرفته شود. ارزشیابی حسی نشان میدهد که استفاده از این پلیمرها در تولید آبمیوه، پنیرهای کم چرب، ماست، سبب بهبود خواص ارگانولپتیکی و افزایش پذیرش توسط مصرف کننده میشو د. کاربرد این ترکیب در تهیه محصولات لبنی باعث بهبود خواص رئولوژیکی و ویژگیهای بافتی آنها میشود.

هدف از این مطالعه بررسی کاربردهای اینولین به عنوان بهبود دهنده بافت در صنعت لبنیات به عنوان یکی از پر کاربردترین زمینههای آن میباشد. اثرات اینولین در این سیستمها به عنوان جایگزین چربی، مثلاً اینکه چگونه میتواند سبب ایجاد احساس دهانی و حالت خامهای شود، و نحوهی ارتباط این اثرات با تغییرات رئولوژیکی در سیستمهای غذایی شامل محصولات مایع، نیمه جامد و جامد لبنی بحث خواهد شد.

مقدمه

اینولین کربوهیدرات ساخته شده از -D فروکتوز با درجه پلیمریزاسیون 2 تا 60 میباشد که توسط پیوندهای - 2→1 - به یکدیگر متصل شدهاند و معمولا یک ملکول گلوکز به یک انتهای زنجیره فروکتوزی با پیوند α - 1→4 - متصل و تشکیل یک ملکول ساکارز را میدهد. اینولین در طبیعت به صورت کربوهیدرات های ذخیرهای در گیاهان، یا به صورت پلی ساکارید های خارج سلولی در برخی از میکروارگانیسم ها یافت می شود.

 اینولین میتواند به عنوان مثال در لبنیات، در محصولات نانوایی، در نوشیدنیها در غلات و در بستنی و در محصولات قنادی نیز مورد استفاده قرار گیرد. اینولین حتی در کاربردهای غیر غذایی نیز کاربرد دارد. مشتقات شیمیایی از اینولین میتواند در کاربردهای صنعتی مورد استفاده نیز قرار بگیرد برای مثال کربوکسی متیل اینولین بهعنوان عامل ضد پوستهای شدن در تیمار آب فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده گسترده در صنایع غذایی براساس خواص تکنولوژیکی و تغذیهای اینولین میباشد.

نه تنها خاصیت فیبر رژیمی اینولین بلکه خاصیت پروبیوتیکی آن نیز مهم میباشد، در واقع اینولین در ترکیب با میکروفلورای رودهای اثرات مفیدی بر میزبان بشریت میگذارد. اینولین بدون هیچگونه تغییری توسط آنزیمهای موجود در قسمتهای فوقانی دستگاه گوارش، وارد روده شده و در آنجا بهوسیله آنزیم بتا فروکتوزیداز تولید شده توسط پروبیوتیکها تخمیر میگردد.

این افزایش ویژه در شمارش بیفیدوباکترها - که به آن اثر بیفیدوژنیک گفته میشود - در همه سنین انسانها دیده شده است و با اثرات مفید فیزیولوژیکی متنوعی ازجمله بهبود کلونیهای رودهای، افزایش جذب کلسیم با اثرات مثبت بر بافت استخوانی، کاهش سرم لیپیدی در ارتباط با سلامت قلب و تاثیر مثبت بر احساس سیری با پیامدهای مثبتی که برای کنترل وزن دارد، اثر بالقوه به منظور افزایش مقاومت در برابر عفونت ها و برای تحریک سیستم ایمنی بدن در ارتباط است.

تکنولوژی استفاده از اینولین بر اساس خواص آن بهعنوان یک جایگزینی برای قند - به خصوص در ترکیب با شیرین کنندهها با شدت بالا - ، به عنوان جایگزین چربی و اصلاح بافت میباشد . برای جایگزین چربی در محصولات لبنی کم چرب به نظر می رسد اینولین به ویژه تاثیر مناسبی بر بهبود احساس دهانی دارد. و همچنین نشان داده شده است که اضافه کردن اینولین زنجیر بلند به ماست باعث افزایش حالت خامهای میشود همچنین این اثر در پنیر کم چرب، موس شکلاتی و کاستارد نیز دیده شده است.

هنگامیکه اینولین به ماده غذایی در غلظتهای پایین اضافه میشود به دلیل طعم و مزه خنثی و کمی شیرین اینولین خاصیت رئولوژیکی و کیفیت حسی به شدت تحت تاثیر قرار نخواهد گرفت و همچنین اثر محدودی بر ویسکوزیته مواد اولیه دارد. با این حال برای ساختن فیبرهای رژیمی بر پایه اینولین، ادعا شده است که اینولین باید در مقداری که در رنج 3 تا 6 گرم به ازای 100 گرم و یا 100 میلی لیتر و محتوای 3 تا 8 گرم به ازای هر وعده نیز باید اضافه گردد تا ایننکه اطمینان حاصل شود که اثر بیفیدوژنیکی دارد، محتوای اینولین اثر آن را بر بافت و ساختار محصول افزایش میدهد، زیرا در این سطوح بالاتر و به علت خواص فیزیکی و شیمیایی اینولین میتواند تعدیل دهنده بافت محصولات لبنی و حتی ممکن است تاثیر قابل ملاحظهای بر کیفیت حسی این محصولات بگذارد.

خواص فیزیکی و شیمیایی اینولین در ارتباط با درجه پلیمریزاسیون است. بخش زنجیر کوتاه، الیگوفروکتوز بسیار محلولتر و شیرینتر از اینولین طبیعی و زنجیر بلند است و میتواند به بهبود احساس دهانی نیز کمک کند زیرا خواص آن نزدیک و در ارتباط با قندهای دیگر است. اینولین با زنجیر بلند محلولیت کمتر و ویسکوزیته بیشتری نسبت به محصول بومی دارد و میتواند بهعنوان تعدیل دهنده بافت عمل کند دیگر خواص فیزیکی و شیمیایی که بردرجه پلیمریزاسیون موثر است شامل دمای ذوب، انتقال شیشهای، قابلیت آن برای تشکیل ژل و قدرت ژلی بعد از آن و واکنش با دیگر ترکیبات غذایی از قبیل نشاسته و یا هیدروکلوئیدها ظاهرا این ویژگیها مربوط به کاربردهای تکنیکی از اینولین بهویژه استفاده آنها برای بهبود و تعدیل بافت است.

در حال حاضر با افزایش چاقی، تقاضا برای محصولات غذایی با مزه خوب و کالری پایین در صنایع غذایی شده است. با این حال رفع و یا کاهش چربی در غذاها نه تنها تعدیل دهنده ترکیبات و ساختار نیست بلکه بر هم کنش در میان عناصر متنوع به طور محسوسی باعث تغییرات در رنگ، طعم، بافت میشود و احتمالا به محصولاتی تبدیل میشود که پذیرش کمتری دارد. برای حل بسیاری از مشکلاتی که در ارتباط با کاهش چربی ویا حذف چربی هستند یکی از شایعترین استراتژیها استفاده از جایگزینهای چربی و یا چربیهای تقلیدی برای جبران نواقص بافت محصول میباشد.

با استفاده از این نوع مواد تشکیل دهنده میتواند محصولاتی با رئولوژی مشابه محصولات پر چرب تولید شود اما این کار همیشه به سادگی انجام نمیگیرد، با این حال، تطبیق بافت را از لحاظ خامهای بودن وغیره تضمین نمیکند. اگرچه، به طور کلی، خواص مکانیکی و شیمیایی، اثرات تحریک کننده غالبی بر درک بافتی بیشتر مواد غذایی دارد اما، دیگر ویژگیها به خصوص آنهایی که به سطح و ساختار ارتباط داده شده است نیز نقش مفیدی را در درک بافتی محصولات غذایی میگذارد.

در محصولات لبنی، به غیر از ضخامت و سفتی ویژگیهای دیگری از جمله خامهای بودن و نرمی برای ایجاد احساس دهانی نیز مهم است. تفاوت در پارامترهای رئولوژیکی ممکن است بتواند تفاوت در ضخامت و سفتی را توضیح دهد اما، ارتباط و وابستگی خواص بافتی از جمله خامهای بودن، زبری و نرمی با خاصیت رئولوژیکی کمتر واضح است.

در این مقاله مروری کاربردهای اینولین را در بهبود بافت در کاربردهای لبنی متنوعی بهعنوان یکی از مهمترین کاربردها در این صنعت توصیف خواهیم کرد. تاثیر اینولین بر رئولوژی و بافت محصولات لبنی: اثر اینولین بر محصولات مایع: مشاهدات نشان میدهد که تلقیح 2 یا 5 درصد از الیگو فروکتوز به شیر کامل تخمیری وابستگی به زمان، رفتار سودوپلاستیکی و مقادیر شاخص قوام را کاهش میدهد و تفاوت قابل ملاحظهای در رفتار جریان شیرهای تخمیری با  2 یا 5    درصد از الیگو فروکتوز نشان داده نشده است. هنگامیکه اینولین بومی و یا زنجیر بلند به شیر تخمیری کم چرب و یا کفیر اضافه شد اثرات متفاوتی نیز    مشاهده شد.

اینولین بومی در    2 و 4 درصد باعث افزایش در استحکام شیرهای تخمیری توسط استرپتوکوکوس ترموفیلوس در آغازگرهای مشترک با گونههای لاکتوباسیلوس متفاوت و یا با بیفیدوباکتریوم لاکتیس میشود. اضافه شدن 5 درصد از اینولین زنجیر بلند به شیر تخمیری کم چرب اثر قابل ملاحظهای بر سودوپلاستیک بودن و شاخص قوام نمیگذارد، اما باعث افزایش در جریان سیالات وابسته به زمان و همچنین افزایش قابل توجهی در مقادیر ویسکوزیته ظاهری کمتر از  50 میشود.

تغییرات مشاهده شده از رفتار جریان شیرهای تخمیری با اینولین میتواند توسط عوامل مختلف توضیح داده شود: ظرفیت اینولین برای نگهداشتن آب. برهمکنش اینولین با پروتئینهای شیر که میتواند منجر به افزایش در جرم ملکولی که باعث افزایش در ویسکوزیته نیز میشود، تشکیل تجمعی از میکروکریستالهایی که قادر به نگهداشتن آب هستند، و یا توسط محتوای ماده جامد بیشتر. در همین راستا گزارش شده است که کفیر بهدست آمده از شیر بز یا گاو با 2 درصد اینولین بیشترین میزان ویسکوزیته را نسبت به نمونه شاهد دارد.

ویلگاز و کاستل ٌ - 2007 - ، مطالعاتی بر اثرات افزودن انواع متفاوتی از اینولین - زنجیر کوتاه، زنجیر بومی و یا بلند - در غلظتهای متفاوت - - %2-10 بر رفتار جریان نوشیدنی شیر با محتوای چربی متفاوت در غیاب و یا حضور کاپا کاراگینان انجام دادند. برای نمونههای شیر کم چرب با غلظت اینولین پایینتر - تا - %6 رفتار نیوتنی را نشان میدهد و تفاوت قابل ملاحظهای در ویسکوزیته آنها در میان سه نمونه از اینولین مشاهده نشده است این نمونهها نشان میدهد رفتار جریان انواعی از محلولهای رقیق با غلظتهای حل شونده در کمتر از غلظتهای بحرانی، درگیر شدن و یا تجمع بین زنجیرههای پلیمری آغاز میشود.

این رفتار نیز مشابه با مشاهدات بیشایٍ - 1998 - و زیمری و کوکینیَ - 2003 - بر محلولهای رقیق اینولین در غلظت پایینتر از 20 درصد بوده است. با غلظتهای اینولین بالاتر - 8 و - %10، رفتار جریانی رقیق شونده با برش مشاهده شده است و افزایش ویسکوزیته نیز در نمونهها با اینولین زنجیر بلند نشان داده شد. تغییرات اینچنینی در رفتار جریان اغلب در ارتباط با تغییرات ساختاری در محصول میباشد.

در این محصولات، تغییر رفتار جریان شکلگیری ساختار ضعیفی را نشان میدهد، که میتواند به علت شکلگیری آغازین تجمع اینولین باشد. این تجمع حاوی کریستالهای اینولین با مقادیر قابل توجهی از فازهای سیالات محبوس که منجر به افزایش کسر حجمی فازهای پراکنده نیز میشود. این تجمعات نیز میتواند ارتباط قوی با نرخهای برشی پایین داشته باشد اما آنها میتوانند به راحتی توسط برش شکسته شود. برای نمونه شیر کامل و برای هر دو اینولین زنجیر طبیعی و زنجیر کوتاه مقادیر ویسکوزیته به آرامی با غلظت افزایش پیدا میکند.

در حالیکه برای اینولین با زنجیره بلند افزایش سریعی در ویسکوزیته در غلظتهای بالای 6 درصد نیز مشاهده میگردد. اثر افزایش در غلظت اینولین بر ویسکوزیته نمونههای شیر کامل حاوی کاپاکاراگینان نسبت نمونههای شیر کامل اینولین دار بدون کاپاکاراگینان کمتر مشهود است. به نظر میرسد که رفتار جریان از نمونههایی با ساختار شکل گرفته بین ملکولهای کاپا کاراگینان و میسلهای کازئین بدون شواهدی از مشارکت تجمع اینولین نیز اداره میشود. احتمالا در این سیستم اینولین فقط بهعنوان کازولیت با توانایی باند شدن به ملکول - های آب و در نتیجه افزایش در ویسکوزیته محلول رفتار میکند.

بررسیها نشان میدهد که نوشیدنی شیر کامل وانیلی میتواند با نوشیدنی شیر پس چرخ با اینولین زنجیر کوتاه % 4-10 یا با اینولین %6-8 طبیعی و یا با %4-6 اینولین زنجیر بلند تقریب زده شود. این دادهها نشان میدهد که اینولین زنجیر بلند اثر ویسکوز بیشتری در این سیستم نیز میگذارد. تفاوت محسوسی در ضخامت و خامهای بودن در نمونههای شیر کامل وانیلی با شیر پس چرخ وانیلی با انواع متفاوتی از اینولین یافت شده است.

مستقل بودن از درجه پلیمریزاسیون، هنگامیکه غلظت %6 اینولین به شیر پس چرخ اضافه گردد، نوشیدنی شیر ویسکوزیته کمتر و حالت خامهای کمتری از نمونههای شیر کامل از خود نشان میدهد. با غلظت %8 سه نمونه با انواع متفاوتی از اینولین بهعنوان ویسکوزیته کمتر از نمونههای شیر کامل نشان داده میشود،با این حال، نمونههای با زنجیر بلند و زنجیر کوتاه در خامهای بودن از شیر کامل متفاوت نیستند. نمونه با 10 درصد اینولین زنجیر بلند ویسکوزیته ظاهری آن تفاوت قابل ملاحظهای با نمونههای شیر کامل ندارد.

اثر اینولین بر محصولات نیمه جامد:

در حال حاضر شمار زیادی از محصولات لبنی نیمه جامد در دسترس مصرف کنندگان قرار گرفته است، ماست و دسرهای لبنی بهعنوان محصولات سالم، لذت بخش، با مصرف آسان و همچنین با کیفیت حسی بالایی در نظر گرفته شدهاند. از نظر سلامتی و فواید تکنیکی اینولین و کاربرد آن بهعنوان ماده عملگرا در بالا ذکر گردید. ماست محصول لبنی تخمیری با ویژگیهای بافتی و رئولوژیکی ویژه میباشد.

بافت ماست نتیجه گسترش شبکه سه بعدی پروتئینهای شیر به علت تجمع میسلهای کازئین با پروتئینهای دناتوره شده آب پنیر از طریق باندهای الکترواستاتیک و هیدروفوبیک میباشد. نشان داده شده است که ماست از لحاظ رفتار جریانی جز سیالات رقیق شونده با برش و وابسته به زمان میباشد. مطالعاتی بر اثرات فیبرهای رژیمی متفاوت - از سیب، گندم، بامبو و اینولین - در غلظتهای %1.3 بر خواص رئولوژیکی و حسی ماست انجام شده است.

هیچ تفاوتی در ویسکوزیته ظاهری، ماکسیمم نیروی فشرده سازی، پارامترهای نوسانی دینامیک و قابلیت بافتی در ماستهای غنی شده با فیبر گندم یا بامبو یا اینولین با ماست شاهد بدون فیبر رژیمی مشاهده نگردید. نتایج متفاوتی توسط پاسفل ُ و همکاران - 2008 - نیز گزارش گردید، آنها اینولین را در طولهای زنجیره متفاوت در غلظت %4 به ماست بدون چربی اضافه، و مشاهده کردند که همه ماستهای حاوی اینولین در مقایسه با ماست بدون چربی شاهد و بدون اینولین دارای مقادیر پایینتری از استحکام، تنش تسلیم، ویسکوزیته ظاهری، ویسکوزیته کمپلکس و مدول کم و زیاد هستند. و نمونه حاوی مکمل اینولین زنجیر بلند رفتار رئولوژیکی نزدیک به ماست پرچرب شاهد داشت.

پیشنهاد شده است که اثر نرمکنندگی اینولین بر ساختار ماست ممکن است به علت پروتئین پایینتر از ماست غنی شده با اینولین و همچنین این امکان وجود دارد که ملکولهای اینولین در میان میسلهای کازئین پراکنده میشوند و به این ترتیب در شکلگیری شبکه پروتئینی دخالت میکنند. در مقابل کیپ ِ و همکاران در سال 2006 دریافتند که اضافه کردن اینولینهای با طول زنجیر متفاوت و در غلظتهای مختلف - 1.5 و 3 و - %4 به ماستهای کم چرب ویسکوزیته ظاهری را افزایش میدهد و افزایش بیشتر وقتی است که اینولین زنجیر بلند استفاده گردد.

مهمترین اثر در اضافه کردن اینولین به ماست کم چرب بر ویژگیهای بافتی است که به احساس دهانی خامهای نسبت داده میشود. نمونههایی با %3 اینولین زنجیر بلند بیشترین ضخامت، ویسکوزیته و حالت خامهای را دارد. مطالعات انجام گرفته نیز اثرات سه نوع اینولین با طول زنجیره متفاوت - کوتاه، متوسط و بلند - در غلظت %1.5 را بر ماست بدون چربی نشان داد و مشخص گردید که طول زنجیره اینولین اثر قابل ملاحظهای بر ویسکوزیته ظاهری نداشت و فقط ماست با اینولین زنجیر بلند سینرزیس کمتری را نسبت به ماست شاهد از خود نشان داد و بافت آن از دیگر ماستها بهتر ارزیابی شد.

اینولین زنجیر بلند اضافه شده -     1، 2 و - %3 و محتوی چربی از  0.1 تا %0.3 بر رئولوژی، بافت، ویسکوزیته، استحکام و خامهای بودن ماست نیز موثر است. اینولین و چربی اثر قابل ملاحظهای بر خواص رئولوژیکی و حسی میگذارد، بهعلاوه تا    %2 از اینولین سینرزیس کاهش پیدا میکند و با افزایش در غلظت اینولین، تنش تسلیم، استحکام و خامهای بودن بالاتری نیز مشاهده میشود. افزایش غلظت اینولین در نمونههای با 1، 2 و %3.5 چربی تاثیر قابل ملاحظهای داشت اما در 0.1 درصد چربی تاثیری مشاهده نشد.