Мороженое, как ФПП: традиционные и инновационные технологии производства мороженого

Мороженое полезно – это неоспоримый факт, который доказывали веками и продолжают подтверждать современные ученые [2]. Мороженое имеет высокую пищевую и биологическую ценность, приятный вкус, нежную консистенцию. В нём содержатся  полезные для глаз и кожи А, В, Д, Е, и фосфор для костей и роста.

Также доказано, что мороженое успокаивает нервную систему, поднимает настроение и позволяет лучше сосредоточиться. Мороженое — источник незаменимой аминокислоты L-триптофана, которая участвует в синтезе мелатонина и серотонина — гормонов, регулирующих настроение и стрессовые реакции. Мороженое содержит L-триптофан, что успокаивает нервную систему и стимулирует иммунитет [2].

По способам выработки мороженое делят на: мягкое и закалённое. Мягкое вырабатывают, в основном, на предприятиях общественного питания и употребляют в пищу после выхода из фризера (5-7 °С) [12].

Закалённое мороженое после выхода из фризера замораживают (закаливают) при -18° С и ниже. При таких же температурах его сохраняют до реализации.

Традиционно процесс производства мороженого состоит из ряда технологических операций, основные из которых: составление смеси из сырьевых компонентов и их переме­шивание до получения однородного по всему объему состава, пастериза­ция, фильтрование, гомогенизация (для повышения дисперсности жировых частиц в жиросодержащих смесях), охлаждение, созревание и хранение смеси (последнее при необходимости), фризерование смеси (для частичного вымора­живания воды и насыщения воздухом), закаливание (дальнейшее замо­раживание) мороженого и его хранение до реализации.

Таким образом, в процессе производства смесь, а затем и мороженое подвергаются сложной технологической обработке. В результате этого происходит не только изменение размеров частиц дисперсной фазы, но и формирование ее новых компонентов - воздушных пузырьков, кристаллов льда и лактозы [13].

Основные параметры технологических операций: подготовка компонентов, смешивание компонентов, пастеризация при 80 °С 10 мин или 85 °С с выдержкой 50-60 с. Возможно фильтрование для удаления из смеси нерастворившихся комочков из сырья и механических примесей. Далее может проводиться гомогенизация для дробления жировых шариков, чтобы уменьшить их подсбивание (укрупнение) при фрезеровании смеси. Гомогенизацию проводят при температуре, близкой к температуре пастеризации или при 71-75 °С. Затем смесь охлаждают до 2-6 °С и созревание смеси при медленном помешивании в течение 4-12 часов при 4-6 °С.

Далее проводят фризерование – основной процесс для производства мороженого, при котором происходит частичное замораживание и насыщение смеси воздухом, который в продукте распределяется в виде мельчайших пузырьков. Затем проводят процесс закаливания (для закалённого мороженого) в шкафу быстрой заморозки, дозирование и расфасовку.

Основные виды мороженого: молочное, сливочное, пломбир, плодово-ягодное и др. [14]. Существуют разновидности мороженого с молочнокислыми микроорганизмами [14, 15]:

- мороженое кисломолочное: мороженое (молочный продукт или молочный составной продукт), в котором массовая доля молочного жира составляет не более 7,5%, произведенное с использованием заквасочных микроорганизмов  или кисломолочных продуктов;
- мороженое кисломолочное ацидофильное: кисломолочное мороженое, произведенное с использованием заквасок на основе ацидофильной палочки;
- мороженое кисломолочное йогуртное [простоквашное]: кисломолочное мороженое, произведенное с использованием заквасок для йогурта;
- мороженое кисломолочное с закваской молочнокислых микроорганизмов [бакконцентратами]: кисломолочное мороженое, произведенное с использованием концентратов заквасок молочнокислых микроорганизмов [бакконцентратов];
- мороженое кисломолочное с ацидофилином [йогуртом, кефиром, простоквашей, ряженкой, сметаной, творогом, варенцом, айраном, кумысом]: кисломолочное мороженое, произведенное с использованием не менее чем 30% от массы продукта ацидофилина [йогурта, кефира, простокваши, ряженки, сметаны, творога, варенца, айрана, кумыса].

Производство продуктов с полезными микроорганизмами в условиях предприятий молочной промышленности требует организации дополнительного технологического процесса для получения заквасок, или использования дорогостоящих бактериальных концентратов прямого внесения DVS, поэтому производители сравнительно редко используют пробиотики в составе мороженого [16].

Например, при получении мороженого «Снежок» ацидофильное и «Свежесть» ацидофильное, молочную смесь заквашивают чистыми культурами ацидофильной палочки. При изготовлении мороженого «Кислинка» используют закваску, приготовленную на кефирных грибках [16, 17].

Разработан способ производства мороженого с пребиотиками (инулином, олигосахаридами, лактулозой) [18].

Результатами исследований последнего десятилетия, полученными с использованием методов молекулярной биологии, метагеномики, протеомики и гликомики, обосно­вывается необходимость совершенствования определения и классификации пребиотиков [19]. На основе анализа последних работ по пребиотикам [20, 21] уточненный перечень характеристик пищевых ингре­диентов, которые рассматриваются в качестве пребиотиков, выглядит следующим образом [20]: они не должны расщепляться и всасываться в верхних отделах желудочно-кишечного тракта; пребиотики должны рас­щепляться ферментами микроорганизмов в толстой кишке и избирательно стимулировать рост бифидо- и/или лактобактерий, оказывая положительное влияние на состав кишечной микробиоты; продукты их ферментации должны оказывать благотворное влияние и/или системное действие на организм хозяина; пребиотики должны быть технологи­чески устойчивы при производстве пищевых продуктов.

Рис. 1 - Классификация пребиотиков по химической структуре (ОС-олигосахариды) [20].

Распространение знаний о правильном питании и полезных для здоровья функциональных ингреди­ентах (рис. 1) среди населения связано с рекламой, котораяубеждает нас в том, что пребиотики являются "пищей для пробиотиков". С научной точки зрения это пра­вильно только по отношению к синбиотикам, пред­ставляющим собой комбинацию про- и пребиотиков, в которой про- и пребиотики оказывают взаимно уси­ливающее воздействие на физиологические функции и процессы обмена веществ в организме человека (ГОСТ Р 52349-2005 "Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения"). Следует подчеркнуть, что данное определение не носит регламентирующего характера, и взаимно усиливающее воздействие комбинации про- и пребиотиков должно быть доказано.

Концепция синбиотиков является многообещающей, однако в ряде публикаций последних лет показано, что далеко не все пре- и пробиотические пары хорошо работают вместе. К новым направлениям относится комбинирование разных пребиотиков, а также пребиотиков и неперевариваемых пищевых волокон [20].

Методы исследований механизма действия пребиотиков на организм человека - одна из острых про­блем современной науки о питании. В этом плане представляет интерес информация о разработанной в ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" системе "Нутритест-ИП-3", которая позволяет проводить вы­сокотехнологичную комплексную индивидуальную диагностику нарушений пищевого статуса пациента, в том числе на основе методов метаболомного анализа и оценки состояния микробиоценоза кишечника, что может быть использовано для изучения пребиотических эффектов [20] конкретных добавок и продуктов питания с ними.

Учитывая, что мороженное – излюбленный продукт детей, необходимо отметить, что среди других функциональных ингредиентов, положительно влияющих на здоровье потребителей-детей: витамины и биоэлементы.

Если до 2008 г. регламентировалось потребление детьми лишь 6 минеральных веществ (Ca, P, Mg, Fe, Zn и I), то теперь имеются рекомендации по потреблению в детском возрасте 13 элементов. Среди них, помимо уже перечисленных, фигурируют калий (K), натрий (Na), хлор (Cl), медь (Cu), селен (Se), хром (Cr) и фтор (F) [23].

Йод – один из важнейших биоэлементов для школьников. Он участвует в функционировании щитовидной железы, обеспечивая образование гормонов (тироксина и трийодтиронина). Необходим для роста и дифференцировки клеток всех тканей организма человека, митохондриального дыхания, регуляции трансмембранного транспорта натрия и гормонов. Недостаточное поступление приводит к эндемическому зобу с гипотиреозом и замедлению обмена веществ, артериальной гипотензии, отставанию в росте и умственном развитии у детей.

Недостаточность йода продолжает сказываться на разных системах и органах взрослого человека, включая эмоциональные расстройства: раздражительность, подавленное настроение, сонливость, вялость, забывчивость, ухудшение памяти и внимания, понижение интеллекта [23- 25].

Потребление йода с пищей широко варьирует в различных геохимических регионах - 65-230 мкг/сут.

В 1980 г. Всемирная организация здравоохранения объявила о том, что около 60% человечества страдает от дефицита йода (наиболее тяжелого — в развивающихся странах). Вскоре стало известно, что самым простым и дешевым способом устранить дефицит йода является потребление йодированной соли. С тех пор доля домашних хозяйств, использующих йодированную соль, возросла с 20 до 70%.

Несмотря на это, по данным ВОЗ, около 2 миллиардов человек, треть из которых составляют дети школьного возраста, продолжают существовать в условиях дефицита йода [24]. Широкомасштабные исследования в Российской Федерации свидетельствуют о сохранении йоддефицита (различной степени тяжести) практически на всей территории страны. При этом в структуре патологий щитовидной железы йоддефицитные заболевания у взрослых составляют 65%, а у детей — 95%. Исследования в разных странах мира, показали, что средние показатели умственного развития населения (IQ-индекс), проживающего в регионах йодной недостаточности, достоверно на 15-20% ниже таковых в регионах без дефицита йода. Медико-социальное и экономическое значение йодного дефицита состоит в существенной потере интеллектуального, образовательного и профессионального потенциала нации, поэтому проблема снижения недостаточности йода имеет первоочередное значение для населения России [24, 25].

Установленные уровни потребности 130-200 мкг/сут. Верхний допустимый уровень потребления 600 мкг/сут.
Физиологическая потребность для взрослых - 150 мкг/сут, 250 мкг — для беременных и кормящих женщин.

Физиологическая потребность для детей - от 60 до 150 мкг/сут., конкретнее по половому признаку и возрастным категориям: дети 0–12 мес — 60 мкг/сут, 1–3 года — 70 мкг/сут, 3–7 лет — 100 мкг/сут, 7–11 лет — 120 мкг/сут, 11–14 лет — 130 мкг/сут для мальчиков и 150 мкг/сут для девочек, 14–18 лет — 150 мкг/сут) [23].

Иодид калия не идеален для обогащения функциональных пищевых продуктов, т.е. является нестабильным веществом.

Специалистами института питания РАМН разработана высококачественная соль пищевая поваренная «Экстра», обогащённая иодатом калия до гарантированного содержания йода не менее 25 мкг на 1 г соли с высоким сроком годности [25]. Для обогащения может быть использована соль «Валитек Продимпэкс», обогащённая, наряду с йодом, калием и магнием.

Школьное молоко обогащали, как правило, йодказеином [23]. Технологичность применения йода в "Йодказеине" обусловлена прочной связью биоэлемента с рядом аминокислотных остатков белка казеина, выдерживающей различные температурные и влажностные режимы обработки. Концентрация "Йодказеина" в составе обогащаемого им продукта определяется утвержденным в установленной форме методом, а рецептура и технология отличаются простотой дозирования необходимых компонентов. Стабильность связывания йода: обогащенные "Йодказеином" пищевые продукты в течение длительного времени стабильно сохраняют йод в необходимых для профилактики йодного дефицита количествах (в среднем срок годности "Йодказеина" составляет 2 года). Расход йодказеина не должен быть более - 9,0 г на тонну готовой продукции [23].

Функциональные свойства продукту может придавать полидекстроза  (водорастворимые пищевые волокна). В качестве пищевой добавки полидекстроза широко применяется при создании продуктов с пониженным содержанием сахара, так как по технологическим характеристикам она близка к сахарозе и успешно заменяет сахар во многих рецептурах [26].   

Полидекстроза изготавливается из натуральных продуктов, обладает низким содержанием калорий, эффективно предупреждает запор, гипертонию, диабет, регулирует обмен липидов в организме человека, снижает уровень холестерина в крови, выводит из организма человека токсины.  Ее энергетическая ценность составляет всего 1 ккал/г, т.е. в 4 раза меньше, чем у сахара.

Полидекстроза имеет высокоразветвленную структуру, она представляет собой менее доступный субстрат для микрофлоры кишечника по сравнению с другими пребиотическими волокнами и утилизируется постепенно и равномерно. Поэтому уровень переносимости полидекстрозы по сравнению с другими пребиотиками достаточно высокий. Даже при единовременном приеме даже 50 г полидекстрозы в организме человека не наблюдается нежелательных явлений. Свойства полидекстрозы наряду с пробиотической производственной закваской превращают продукт, произведенный по предлагаемому способу в ФПП с улучшенными углеводным и пребиотическими свойствами [26].  

В начале XXI века сложилось научное направление нутригеномики (науки о том, как пища регулирует работу генов) [16]. Доказано, что именно углеводы (липиды) выполняют функции транскрипционных факторов и регулируют некоторые гены метаболизма.

Дополнительные функциональные свойства готовому продукту также может обеспечивать    сахарозаменитель (подсластитель), относящийся к функциональным ингредиентам.

Так  маннит (маннитол) - многоатомный спирт приблизительно на 50% менее сладкий по весу, чем сахароза, расщепляется в пищеварительном тракте медленно и является питательной средой для микрофлоры, способствуя ее быстрому размножению. Маннитол иногда используется как средство от запоров, обладает освежающим эффектом. Средняя функциональная норма менее - 10 г маннитола [26].

Эритрит (эритритол) — многоатомный спирт со сладостью 0,7 от сладости сахара по весу. В небольших количествах встречается в винограде, дынях, грушах, а также в вине. Он менее сладкий, чем сахароза. Бактерии не вызывают окисления эритритола, поэтому он не способствует развитию кариеса. Эритрит имеет самый низкий гликемический индекс из распространённых сахарозаменителей и не содержит калорий. Основными факторами, обеспечивающими полную безопасность эритрита, являются его быстрое всасывание, отсутствие системного метаболизма и быстрое выведение с мочой, и почти нулевую калорийность. Кроме того эритрит эндогенно присутствует в различных тканях организма и потребляемой пище [26].

Сукралоза также получается из обычного сахара, и привычный вкус остается неизменным. Максимальная дневная доза потребления сукралозы составляет 5 мг на 1 кг веса. Сукралоза в 600 раз слаще сахара, и поэтому вкусовой эффект достигается с помощью минимальных количеств этого подсластителя.  Сукралоза не распадается в организме, практически не имеет калорий и не вызывает кариеса зубов [26].

 Потребление пищи, содержащей указанные сахарозаменители, способствует снижению содержания глюкозы крови по сравнению с пищевыми продуктами, содержащими сахар.

Актуальным также является подбор натурального красителя для мороженого. Из анализа литературы известны функциональные свойства куркумина: противовоспалительные, антиоксидантные, противоопухолевые [27, 28]. Выявлена способность куркумина к увеличению продукции фактора роста мозговой ткани и профилактике сердечнососудистых заболеваний. Также куркумин при совместном действии с другими нутриентами помогает контролировать вес. На основании исследований, проведённых в 2017 г. студентами Вологодской ГМХА [27],  в образце, получившим наивысшую оценку по ранговому и «дуо-трио» испытаниям (образец 3), содержалось 0,3 г. куркумина в порции 200 г. продукта.

Таблица 1. – Экспертная оценка образцов продукта с куркумином [27]

Известна технология мороженого функциональной направленности с куркумой [3]. Использование куркумы в мороженом увеличивает количество молочнокислых микроорганизмов по сравнениию с контрольным образцом до 3,9×10⁷КОЕ/г, что указывает на его пребиотические свойства.

Новизна предложений, отражающая собственный вклад автора

заключается в выборе  ингредиентов, в частности, витаминно-минерального комплекса и комплеса сахарозаменителей, включаемых в состав мороженого.  

Среди инновационных технологий и видов мороженого  следует отметить мороженое с люпином разработанные испанской фирмой Helados Alacant и немецким супермаркетом EDEKA Suedbayern [29]; Технология ISP позволяющая повысить твердость и стабильность продукции, основанной на использовании генетически-модифицированных хлебопекарных дрожжей [30]; использование в рецептуре гидробионтов [31]; биокисломолочное мороженое с пробиотиками [32].

Разработана технология мороженого на основе сыворотки, в т.ч.

молочно-сывороточногосо свеклой (с морковью, томатами) «Оригинальное», сывороточного с ароматом «Лето», сывороточного с фруктами «Кисло-сладкое», сывороточного со свеклой (с морковью, томатами) «Золотая осень», и др.[3, 33]

Расширяется сегмент продукциии, ориентированной на здоровый образ жизни - мороженое с пониженным содержанием жира и сахара, а также с функциональными добавками (витаминизированное, йодированное, обогащенное кальцием).

Разработка мороженого, обогащённого широким набором витаминов и биоэлементов с пребиотиком и использованием только натуральных ингредиентов (красителя, стабилизатора, молочнокислых микроорганизмов) – задача в таком сочетании новая.