خامه قنادی و پایدارسازی آن

کاربرد صمغ‏‎های مختلف در پایدار سازی خامه قنادی

خامه قنادی فرآورده‎های است که در اثر هوادهی و زدن خامه معمولی ایجاد می‎شود. خامه زده شده، یک نوع امولسیون کفی بوده و کیفیت آن، به پایداری کف ایجاد شده بستگی دارد. خامه قنادی به عنوان ماده موثر در ساخت محصولات قنادي، دسرها و کیک‎ها نقش مهمی در کیفیت نهایی این محصولات دارد. به دلیل درصد چربی بالای خامه قنادي، این ماده بیشترین تاثیر را بر روي مقدار چربی نهایی محصولات مذکور دارد. لذا در چند سال اخیر، با افزایش سطح آگاهی مردم نسبت به مضرات محصولات پر چرب، تقاضا براي تولید محصولات کم چرب افزایش چشم گیري داشته است.

خامه قنادی باید ساختار مناسبی داشته و طی مراحل مختلف تولید و مصرف، پایداري خود را حفظ کند. در همین راستا، تحقیقات فراوانی بر روي امکان استفاده از پایدار کننده‎ها و صمغ‎های مختلف، در تولید خامه قنادی با درصد چربی کمتر انجام گرفت.

به دنبال افزایش تقاضا براي مصرف محصولات کم چرب، تحقیقات فراوانی جهت کاهش مقدار چربی محصولات مختلف انجام گرفته است. یکی از موارد مورد تحقیق، محصولات لبنی هستند. خامه قنادی به عنوان ماده اصلی محصولات قنادي، دسر ها و کیک ها، نقش مهمی در مقدار چربی نهایی این محصولات دارد. خامه قنادی محصولی است که در اثر عمل هوادهی بر روي خامه معمولی تولید می‎شود.

خامه، چربی غلیظ شده شیر بوده و نوعی امولسیون چربی در آب می‎باشد. در اثر عمل هوادهی، ساختار امولسیون روغن در آب به دلیل انعقاد جزئی گلبول‎های چربی، تخریب می‎شود. در نتیجه یک کف از نوع سیستم کلوئیدی ایجاد می‎شود که فاز گسسته آن هوا و فاز پیوسته آن آب است. حباب‎های هوا در سطح مشترک تماس با فاز پراکنده، به وسیله گلبول‎های چربی پایدار شده‎اند.

عمل هوادهی خامه

عمل هوادهی را می‎توان به سه مرحله تقسیم کرد:

• در مرحله اول مقدار کمی از هوا به داخل خامه وارد شده و کف نیمه پایداري تشکیل شده است.
• در مرحله دوم با ادامه هوادهی، حباب‎های هوای موجود در آن، به طور کامل با لایه‎ای از گلبول‎های چربی پوشیده شده‎ اند. در نتیجه انعقاد جزئی و پراکنده شدن حباب‎های هوا به طور همزمان انجام می‎گیرد. طی انعقاد جزئی در سطح حباب های هوا، گلبول‎های چربی به همدیگر فشرده شده و به صورت توده‎ای در سطح حباب‎ها قرار می‎گیرند.
• در مرحله سوم با ادامه عمل هوادهی، توده گلبول‎های چربی بزرگ شده و از سطح حباب‎های هوا جدا می شوند. سپس به داخل فاز پراکنده، منتقل می‎شوند که نتیجه آن، ناپایداري حباب‎های هوا می‎باشد. در ادامه حباب‎های هوا به سرعت تخریب شده و در حقیقت، عمل کره گیری انجام می‎شود.

سنجش کیفیت خامه قنادی

کیفیت خامه قنادی را با استفاده از ملاک‎هایی نظیر مقدار افزایش حجم، زمان هوادهی، بافت خامه قنادي و پایداري فیزیکی، شیمیایی و میکروبی مورد ارزیابی قرار می‎دهند. در ادامه به طور خلاصه هر کدام از این موارد توضیح داده می‎شوند:

افزایش حجم

مقدار افزایش حجم خامه قنادی در اثر ورود هوا با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‎گردد:

مقدار افزایش حجم به کارایی عملیات هوادهی بستگی دارد. خامه قنادي‎اي مناسب است، که افزایش حجمی در حدود 50 الی 60 درصد داشته باشد. مقادیر امولسیفایر و پایدار کننده، می‎توانند بر روي مقدار افزایش حجم تاثیر بگذارند. ژائو و همکاران بیشترین مقدار افزایش حجم را با 0/7% کازئینات سدیم بدست آوردند و با افزایش مقدار آن به 0/9، ساختار خامه سست شده و مقدار افزایش حجم آن کاهش پیدا کرد.

 زمان هوادهی

تعاریف مختلفی براي زمان هوادهی وجود دارد. از این جمله می‎توان به مدت زمان لازم براي رسیدن به سفتی خاصی در خامه و یا به مدت زمان مورد نیاز براي رسیدن به بیشترین مقدار افزایش، اشاره کرد. این زمان به سرعت تشکیل شبکه گلبول‎هاي چربی جزئی منعقد شده و همچنین سرعت هوادهی، بستگی دارد.

بافت خامه قنادی

در اثر عمل هوادهی، یک امولسیون ویسکوز به یک کف ویسکوالاستیک جامد تبدیل می‎شود. رفتار ویسکوالاستیک را میتوان با اندازه گیري مدول نگهداري (G^’) و مدول افت (G^”)، ویسکوزیته، قوام و چسبندگی خامه ارزیابی کرد.

پایداری فیزیکی

پایداري خامه را با بررسی مقدار دانه‎اي شدن و مقدار آب اندازي خامه قنادی مورد بررسی قرار می‎دهند. دانه‎اي شدن در اثر انتشار مولکول هاي هوای محبوس در حباب هاي کوچکتر به سمت حباب‎هاي بزرگتر رخ می‎دهد. این پدیده در اثر اختلاف فشار موجود در بین حباب‎های هوا رخ می‎دهد. این پدیده را می‎توان با یکسان سازی اندازه حباب‎هاي هوا، کاهش داد. همچنین می‎توان با استفاده از پایدار کننده‎ها و صمغ‎های مختلف، ویسکوزیته فاز مایع را که همان فاز پیوسته می‎باشد، افزایش داد. بدین صورت سرعت انتشار هوا کاهش می‎یابد. 

دانه‎ای شدن را می‎توان با اندازه گیری مقدار افزایش شدت انتقال در پراکندگی نور لیزر مورد بررسی قرار داد. همچنین با استفاده از آنالیز تصاویر میکروسکوپی در دماي پایین و تصاویر میکروسکوپی الکترونی نیز می‎توان این مورد را بررسی نمود.

به دلیل وجود اختلاف فشار  داخل حباب‎ها با مایع موجود در بین حباب‎ها، پدیده آب اندازی رخ می دهد. فشار مایع بین حباب‎ها به صورت بارزي، از فشار هواي داخل حباب‎ها کمتر است. این اختلاف فشار، باعث کشیده شدن مایع به فضای بین حباب‎ها ” مرزها مسطح” می‎شود. فضاهای موجود در بین حباب‎ها مانند یک کانال عمل کرده و وقتی مایع به داخل این فضاها وارد می‎شود؛ نیروي جاذبه بیشترین تاثیر را در جریان یافتن آن ایفا می‎کند. جهت جلوگیری از این پدیده، می‎توان گرانروی مایع پیوسته را با استفاده از صمغ‎های مناسب افزایش و یا با دماي خامه کاهش داد.

عوامل موثر بر کیفیت خامه قنادی

 دما

 باید در زمان هوادهی، نسبت مشخصی از چربی‎های شیر، به صورت جامد باشند. چربی شیر ترکیب متفاوتی از تري گلیسریدها بوده و هر کدام نقطه انجماد متفاوتی دارند. به طور کلی در دماي 5 درجه سانتیگراد، مقدار مناسبی (%40) از چربی‎های شیر، به صورت منجمد هستند.

شرطی کردن

در این حالت، خامه هوادهی شده را سریعا پس از هوادهی، به مدت 5 دقیقه در دماي 25 الی 30 درجه سانتیگراد نگهداری می‎کنند. سپس آن را به دماي 4 درجه سانتیگراد می‎رسانند. با اعمال این تیمار بر روی خامه قنادی، خامه را براي چندین هفته، بدون  مشاهده هیچگونه تغییری در ظاهر آن می‎توان نگهداري کرد.

به صورت دقیق‎تر می‎توان گفت که، افزایش دما دقیقا پس از انجام عمل هوادهی، در حدي نیست که تمام کریستال‎های چربی موجود را ذوب نماید؛ بلکه بخشی از کریستال‎های چربی به صورت جامد باقی می‎مانند. در ادامه با سرد کردن خامه، این کریستال‎ها به عنوان هسته‎های کریستال عمل کرده و باعث ایجاد کریستالیزاسیون منظم و یک دستی می‎شوند. در نتیجه، کریستال‎هاي بزرگ و یکنواختی تولید می‎شوند.

 فرآیند حرارتی

پاستوریزه کردن در دماي بالا، احتمالا باعث انعقاد پروتئین‎هاي شیر و واکنش آنها با کاپا-کازئین موجود در شیر می‎شود. این اتفاق باعث می‎شود که کاپا-کازئین دیگر نتواند در ساختار گلبول هاي چربی حضور داشته و باعث ناپایداری این گلبول‎ها می‎شود.

درصد چربی

خامه قنادی براي اینکه بتواند بافت مناسبی داشته باشد، باید %30 چربی داشته باشد. با افزایش مقدار چربی تا 38 درصد، زمان هوادهی و مقدار آب اندازي کاهش پیدا کرده و خامه بافت سفت‎تري پیدا می‎کند. خامه‎های با چربی کمتر از 30 درصد، زمان هوادهی طولانی و مقدار آب اندازي بیشتري دارند.

 مروری بر برخی از تحقیقات انجام شده بر روی خامه قنادی

(ساجدي و همکاران، 2014) تاثیر کنسانتره پروتئین اصلاح شده را، بر روي خواص فیزیکی و پایداری خامه قنادی مورد بررسی قرار دادند. آنها در این تحقیق، WPC را با استفاده از تیمارهای حرارتی مختلف و در pHهای متفاوت اصلاح کردند.

بررسی نتایج نشان داد که، تیمار دمایی در pH پایین‎تر و مدت زمان بیشتر بر روي WPC، باعث موارد زیر شد:

• افزایش گرانروي و سفتی
• کاهش آب اندازي 
• مقدار افزایش حجم خامه قنادی‎ای که WPC در آن به کار رفته
• در نهایت به پایداري بهتر خامه نهایی 

نتایج نشان داد که خامه قنادی حاوي WPC اصلاح شده در تیمار دمایی طولانی تر و pH پایین تر، خواص بافتی مطلوب‎تری دارد.

(ایهارا و همکاران، 2010) تاثیر دمای مرحله هوادهی را بر روي خواص رئولوژیکی خامه قنادی، بررسی کردند. براي بررسی مکانیزم هوادهی، مقدار تجمع گوی‎های چربی و ویژگی‎های حباب‎های هوا (مقدار هوادهی، قطر حباب‎ها و سطح مقطع) را اندازه گیري کردند. با افزایش دما، مقادیر افزایش حجم، زمان هوادهی و قطر حباب‎ها کاهش و مقدار تجمع ذرات چربی افزایش یافت.

تغییرات در سفتی و اندازه حباب‎ها در طول نگهداری، در محدوده دمایی 12/5 الی 15 درجه سانتیگراد بود. همچنین تغییرات مقدار افزایش حجم، در محدوده دمایی 7/5 الی 12/5 نیز نسبتا کم بوده است. در نهایت محدوده 7/5 الی 12/5 را به عنوان محدوده مناسب، جهت تهیه خامه هوادهی شده با ساختار خوب گزارش کردند. آنها دریافتند که دماي مرحله هوادهی، بر روی تجمع گوی‎های چربی و خواص حباب‎های هوا تاثیر گذاشته و در نتیجه بر روي خواص رئولوژیکی خامه قنادي نیز تاثیر می‎گذارد.

نتیجه گیري کلی

خامه قنادی به عنوان یک محصول پر کاربرد و پر مصرف در نقاط مختلف جهان، داراي خواص فیزیکی حساس و ناپایداری می‎باشد. این مسئله باعث شده است که تحقیقات گسترده‎ای بر روي این محصول انجام شود. در سال هاي اخیر توجهات به سمت تولید خامه‎های کم چرب و بررسی کاربرد پروتئین هاي اصلاح شده و تاثیر متقابل آنها بر روي پایداری خامه قنادي، منعطف شده است.

در این راستا تاثیر انواع پروتئین هاي شیر و انواع اصلاح شده آن مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج نشان دهنده نقش بهبود دهندگی، در باف خامه می باشد. همچنین تاثیر انواع هیدروکلوئید ها و صمغ هاي مختلف بر روي بافت خامه مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار بررسی تاثیر مواد افزودنی مختلف، تاثیر شرایط تولید و فرآوري خامه نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

با توجه به موارد ذکر شده می توان گفت که، خامه قنادی زمینه تحقیقاتی فراوانی را دارد و می توان تاثیر انواع صمغ هاي بومی بر روي پایداری و خواص فیزیکی خامه، روش هاي مختلف فرآوري و فرآیند خامه، امکان استفاده از جایگزین هاي چربی و تولید خامه قنادي کم چرب و تولید محصولات فرا سودمند را مورد بررسی قرار داد.