Закваски для высокобелкового йогурта: особенности ферментации и структуры

Высокобелковый йогурт нельзя рассматривать как обычный йогурт, в рецептуру которого просто добавили больше белкового ингредиента. Повышение концентрации белка меняет свойства всей ферментируемой системы: буферную емкость, кинетику снижения pH, момент формирования геля, его прочность, способность удерживать воду и поведение продукта после перемешивания.

Поэтому культура, хорошо работающая в классическом йогурте, в высокобелковой рецептуре может дать совершенно другой результат: слишком плотный или зернистый сгусток, излишнюю вязкость, сухое и вяжущее ощущение во рту либо неудобный для производства профиль ферментации.

При выборе закваски необходимо учитывать не только содержание белка, но и его происхождение, способ концентрирования, соотношение казеиновых и сывороточных белков и то, в какой момент производства происходит концентрирование продукта. Обзор технологий высокобелковых йогуртов показывает, что эти факторы существенно влияют на структуру, реологию и органолептику готового продукта.

Чем высокобелковый йогурт отличается от обычного

В стандартном йогурте белки молока во время ферментации образуют трехмерную сеть, внутри которой удерживаются вода, жир и другие компоненты продукта.

При увеличении концентрации белка количество структурообразующего материала возрастает. В результате гель потенциально становится:

• более плотным;
• более упругим;
• более вязким;
• способным лучше удерживать воду.

Однако чрезмерно плотная белковая сеть может сформировать нежелательную текстуру — резиновую, пастообразную, суховатую или зернистую.

Исследования высокобелковых йогуртов показывают, что повышение концентрации белка увеличивает плотность и вязкость, но результат сильно зависит от типа используемого белкового ингредиента. При определенных концентрациях концентраты сывороточных белков, например, могут способствовать появлению комков и неоднородной структуры.

Поэтому задача закваски здесь заключается в создании сбалансированной структуры при уже высокой способности белковой системы к гелеобразованию.

Как получают высокобелковую основу для йогурта

Повысить концентрацию белка можно несколькими способами.

Концентрирование до ферментации

Молочную основу концентрируют до внесения закваски, например с помощью мембранных технологий или добавления молочных белковых ингредиентов.

В ферментер уже поступает смесь с повышенной концентрацией белка.

В этом случае культура на протяжении всей ферментации работает именно в высокобелковой среде, поэтому ее совместимость с такой матрицей имеет особенно большое значение.

Внесение белковых ингредиентов

Для обогащения могут применяться различные молочные ингредиенты:

• концентраты молочного белка;
• изоляты молочного белка;
• сухое обезжиренное молоко;
• концентраты и изоляты сывороточных белков;
• другие функциональные молочно-белковые компоненты.

Одинаковая массовая доля белка при этом не гарантирует одинаковой структуры.

Казеиновые и сывороточные белки по-разному участвуют в формировании кислотного геля, а предварительная тепловая история белкового ингредиента дополнительно влияет на его поведение.

Концентрирование после ферментации

Другой вариант — сначала сквасить продукт, а затем удалить часть сыворотки с помощью сепарирования, мембранной фильтрации или других технологий.

По такому принципу получают, например, часть греческих и концентрированных йогуртов.

Для закваски это уже другая технологическая задача: культура ферментирует менее концентрированную смесь, а высокая массовая доля белка достигается после сквашивания. Поэтому требования к ферментации нельзя полностью переносить с продукта, концентрируемого до внесения культуры.

Почему повышенный белок меняет ферментацию

Одна из важных особенностей высокобелковой смеси — увеличение ее буферной емкости.

Белки и минеральные компоненты способны связывать ионы водорода. Поэтому для одинакового изменения pH в более концентрированной белковой системе может потребоваться образование большего количества молочной кислоты.

Если культура была испытана на обычной молочной смеси, после увеличения белка:

• форма кривой pH может измениться;
• продолжительность достижения целевого pH может стать другой;
• момент формирования геля может сместиться;
• изменится соотношение между титруемой кислотностью и pH.

При этом высокобелковый йогурт не обязательно сквашивается медленнее: итог зависит от штаммов, состава смеси, температуры и степени белкового обогащения.

Поэтому при переходе на высокобелковую рецептуру кривую ферментации нужно строить заново.

Почему одинаковый pH не означает одинаковую структуру

Гелеобразование в йогурте связано со снижением электростатического отталкивания между казеиновыми частицами по мере подкисления.

Но итоговая структура определяется не только конечным pH.

На нее одновременно влияют:

• концентрация белка;
• соотношение казеина и сывороточных белков;
• степень денатурации сывороточных белков;
• скорость кислотообразования;
• температура ферментации;
• свойства штаммов;
• образование EPS;
• протеолитическая активность культуры.

Современные данные по ферментированным белковым гелям показывают, что одинаковый конечный pH может приводить к разной микроструктуре в зависимости от скорости подкисления, состояния белковой системы и метаболических свойств культуры.

Для высокобелкового продукта этот эффект особенно заметен, поскольку небольшое изменение организации белковой сети уже может существенно изменить плотность и воспринимаемую консистенцию.

Какой должна быть закваска для высокобелкового йогурта

Универсальной культуры с маркировкой «для большого количества белка» недостаточно. Необходимо оценивать конкретные свойства штаммовой композиции.

Предсказуемая кинетика кислотообразования

Культура должна стабильно достигать требуемого pH в высокобуферной среде.

Для промышленного процесса важны:

• короткая и воспроизводимая лаг-фаза;
• стабильная скорость подкисления;
• прогнозируемое время достижения конечной точки;
• отсутствие резких колебаний от партии к партии.

Максимально быстрая культура при этом не обязательно лучшая.

Если белковая сеть формируется слишком интенсивно, может повышаться риск неоднородности и чрезмерной плотности.

Подходящий профиль EPS

Экзополисахариды часто используют для повышения вязкости обычного или низкобелкового йогурта. В высокобелковом продукте ситуация сложнее.

Белковая система уже сама по себе способна давать очень высокую вязкость. Если дополнительно использовать сильно тягучую EPS-культуру, продукт может стать:

• чрезмерно плотным;
• клейким;
• тягучим;
• плохо перемешиваемым;
• сложным для перекачивания и фасовки.

С другой стороны, правильно подобранные EPS способны сделать высокобелковую структуру менее грубой, повысить кремообразность и улучшить удержание воды.

Поэтому здесь важен тип реологии, который формирует конкретный штамм.

Откуда берется крупка в высокобелковом йогурте

Зернистая или крупитчатая консистенция — одна из характерных технологических проблем высокобелковых систем.

При высокой концентрации белка частицы находятся ближе друг к другу, поэтому вероятность образования локально крупных агрегатов увеличивается.

На риск образования крупки влияют:

• тип белкового ингредиента;
• его предварительная тепловая обработка;
• концентрация;
• режим гидратации;
• пастеризация смеси;
• гомогенизация;
• скорость подкисления;
• температура ферментации;
• механическая обработка сформированного геля.

Исследования кислотных молочных гелей показывают, что сочетание состава белка, тепловой обработки и конкретной закваски способно заметно менять вероятность образования зернистой текстуры. При этом определенные EPS-продуцирующие культуры способны уменьшать выраженность дефекта за счет изменения формирования белковой сети.

Поэтому при возникновении крупки неправильно автоматически обвинять только качество белкового концентрата или только закваску. Необходимо анализировать всю систему.

Почему высокобелковый йогурт может казаться сухим

Увеличение белка повышает плотность продукта, но высокая инструментальная вязкость не означает хорошую органолептику.

При слишком плотной белковой матрице могут появляться:

• сухость;
• мучнистость;
• меловое ощущение;
• вязкость без кремообразности;
• выраженная пастообразность;
• ощущение «прилипания» продукта во рту.

Это особенно актуально для продуктов с низкой массовой долей жира, где жир не компенсирует сенсорный эффект плотной белковой структуры.

Поэтому при разработке высокобелкового продукта задача — получить требуемое содержание белка при мягкой, кремообразной и однородной текстуре.

Как EPS влияют на кремообразность высокобелкового йогурта

В классическом йогурте EPS-культура часто выбирается именно для увеличения вязкости.

В высокобелковой системе более ценным может быть другой эффект: изменение характера геля.

Определенные EPS способны заполнить пространство внутри белковой сети и изменить взаимодействие ее элементов. В результате продукт может ощущаться более гладким и кремообразным.

Но этот эффект штаммоспецифичен. EPS могут как улучшить структуру, так и при неподходящем сочетании с белком вызвать нежелательную тягучесть или фазовую несовместимость. Это одна из причин, почему современные исследования ферментированных белковых систем рассматривают EPS как отдельный инструмент управления микроструктурой.

Как влияет тепловая обработка высокобелковой смеси

Чем больше в рецептуре белка, тем важнее контролировать его состояние до начала ферментации.

Во время интенсивной тепловой обработки сывороточные белки денатурируют и способны взаимодействовать с κ-казеином. Эти комплексы затем включаются в формирующийся кислотный гель.

В обычном йогурте такая обработка позволяет улучшить вязкость и водоудерживающую способность.

В высокобелковой системе эффект может быть значительно сильнее. Поэтому слишком интенсивная обработка некоторых белковых смесей способна привести к чрезмерной плотности или грубой структуре.

На свойства геля влияют одновременно температура, продолжительность нагрева, концентрация белка и его состав.

Следовательно, тепловой режим для стандартного йогурта не следует автоматически переносить на рецептуру с существенно большей долей белка.

Синерезис: больше белка не означает полное отсутствие сыворотки

Высокая концентрация белка обычно увеличивает способность системы связывать воду. Поэтому высокобелковые йогурты потенциально могут иметь хорошую устойчивость к синерезису.

Но выделение сыворотки все равно возможно.

Причинами могут стать:

• неоднородная белковая сеть;
• чрезмерное локальное агрегирование;
• неправильная тепловая обработка;
• неподходящая культура;
• слишком низкий конечный pH;
• сильное постокисление;
• механическое повреждение геля.

Именно поэтому высокое содержание белка не отменяет требования к правильной структуре сгустка.

Механическая обработка особенно критична

Резервуарный высокобелковый йогурт после ферментации необходимо перемешать, охладить, перекачать и расфасовать.

Белковая сеть при этом разрушается.

Исследования постферментационной обработки показывают, что механические напряжения способны существенно менять вязкость ферментированных продуктов. При высоком содержании белка правильная настройка перемешивания, насосов и других операций может использоваться даже для снижения чрезмерной вязкости продукта.

Это означает, что свойства закваски нельзя оценивать только по сгустку непосредственно в ферментере.

Необходимо смотреть, что остается от структуры после:

перемешивания → охлаждения → перекачивания → фасовки → выдержки в холодильнике.

Именно этот продукт попадет к потребителю.

Нужно ли менять конечный pH

Универсального отдельного pH для всех высокобелковых йогуртов нет.

Оптимальная точка зависит от:

• белкового состава;
• культуры;
• требуемого вкуса;
• структуры;
• последующего концентрирования;
• режима охлаждения.

Попытка просто взять конечный pH обычного йогурта и перенести его на высокобелковый продукт может дать неоптимальную структуру.

При разработке необходимо определить экспериментально, при какой точке остановки конкретная смесь после охлаждения дает требуемый баланс вкуса и реологии.

Постокисление тоже необходимо учитывать

Высокая плотность продукта не защищает его от дальнейшего роста кислотности.

Если закваска сохраняет выраженную метаболическую активность после охлаждения, pH продолжит снижаться в течение хранения.

Это способно изменить:

• кислинку;
• плотность;
• влагоудерживающую способность;
• ощущение сухости;
• стабильность белковой сети.

Поэтому для высокобелковых продуктов с длительным сроком годности желательно использовать культуры с контролируемым постокислением и обязательно проверять динамику pH в течение всего срока хранения.

Как испытывать закваску для высокобелкового йогурта

Испытания необходимо проводить именно на целевой белковой рецептуре.

Тест культуры на стандартном молоке не позволяет надежно прогнозировать ее поведение после увеличения белка.

При сравнении культур желательно фиксировать:

Кинетику pH. Строится полная кривая ферментации.

Продолжительность сквашивания. Проверяется воспроизводимость между партиями.

Момент начала гелеобразования. Он может различаться даже при похожем конечном pH.

Структуру сгустка. Проверяются однородность, плотность и наличие крупки.

Вязкость после перемешивания. Особенно важна для резервуарного продукта.

Синерезис и влагоудержание.

Органолептику. Отдельно оцениваются кремообразность, сухость, мучнистость и тягучесть.

Постокисление. Контроль продолжается до конца планируемого срока годности.

Менять при таком испытании одновременно источник белка, закваску и технологические режимы нежелательно: определить причину результата станет практически невозможно.

Как выбирать закваску под конкретную белковую систему

Правильный выбор начинается с характеристики самого продукта.

Технологу необходимо знать:

1. целевую массовую долю белка;
2. источник белкового обогащения;
3. соотношение казеиновых и сывороточных белков;
4. способ концентрирования;
5. тепловую историю белкового ингредиента;
6. жирность;
7. способ производства — термостатный или резервуарный;
8. требуемую вязкость;
9. допустимую механическую нагрузку;
10. целевой вкусовой профиль;
11. срок годности.

Только после этого можно выбирать требуемую скорость кислотообразования, EPS-профиль и другие характеристики культуры.

ГК «СОЮЗСНАБ» отдельно выделяет высокобелковые йогурты среди технологических задач, для которых разрабатываются и подбираются заквасочные культуры Golden Line^®. Компания предлагает как готовые культуры для йогуртов, так и подбор штаммовой композиции с заданными параметрами pH, времени ферментации, органолептики и структуры.

Для высокобелкового продукта такой подход особенно важен: культура должна подбираться вместе с белковой матрицей.

Главная задача технолога здесь — согласовать концентрацию и тип белка → тепловую обработку → свойства закваски → кинетику ферментации → механическую обработку → конечную текстуру.

Именно тогда повышенное содержание белка становится преимуществом продукта.