Примерное время чтения: 11 минут
В этом руководстве:
- Почему молочным продуктам необходимы дополнительные эмульгаторы помимо молочных белков?
- Как Span 60 стабилизирует жировую фазу в молочных напитках, сливках и сыре
- Как Tween 60 и Span 60 работают в синергетической паре для обеспечения стабильности молочной пены и эмульсии.
- Сопоставление HLB по типу молочной продукции — молочные напитки, взбитые сливки, сливки для кофе.
- Интеграция процессов — гомогенизация, ультравысокотемпературная обработка и выдержка.
- Устранение 7 распространенных проблем, связанных со стабильностью молочных продуктов.
1. Почему молочным продуктам нужны эмульгаторы — и для чего используется Span/Tween?
Молоко уже содержит природные эмульгаторы: мицеллы казеина и сывороточные белки образуют мембраны вокруг жировых шариков молока, стабилизируя их и предотвращая расслоение. Но современная молочная промышленность выводит эти природные системы за пределы их возможностей:
- Гомогенизация Создает огромную новую жировую поверхность — натуральные белки не могут покрыть ее полностью.
- Ультравысокотемпературная стерилизация (135-145 °C) денатурирует сывороточные белки, снижая их эмульгирующие свойства.
- Увеличенный срок годности (6-12 месяцев) требует стабильности, которую не могут обеспечить интерфейсы, состоящие только из белков.
- Рекомбинированные молочные продукты (полученные из сливочного масла и сухого обезжиренного молока) полностью лишены естественной мембраны жировых шариков.
- Взбитые и аэрированные продукты Необходима стабилизация пены, выходящая за рамки того, что обеспечивают молочные белки.
Дополнительные эмульгаторы заполняют эти пробелы. И наиболее универсальная пара для применения в молочной промышленности — это... Спан 60 (сорбитан моностеарат, E491, HLB 4,7) и Твин 60 (полисорбат 60, E435, HLB 14,9):
- Размах 60 стабилизирует жировую фазу — закрепляется на границе раздела жир-вода, сокристаллизуется с молочным жиром и предотвращает слияние жировых шариков во время хранения и температурных циклов.
- Подросток 60 лет обеспечивает высокий уровень HLB, компенсируя недостаток жиров — улучшает дисперсию жиров в процессе гомогенизации, стабилизирует пену во взбитых продуктах и соответствует профилю стеариновой кислоты молочного жира (C18:0).
В литературе конкурентов подтверждается следующее: Span 60 и Tween 60 вместе “создают стабильные эмульсии для молочных напитков, сливок для кофе и взбитых сливок”, а эмульгаторы Span “улучшают включение воздуха и агломерацию жира, что приводит к насыщенной, гладкой, кремообразной текстуре” с “лучшим взбиванием и более медленным таянием в замороженных десертах” (Hu et al., 2011).
Если вы новичок в использовании пищевых эмульгаторов, начните с наших руководство по функциям и применению пищевых эмульгаторов.
2. Span 60 (E491) — Основной компонент жировой фазы молочных продуктов
2.1 Как работает Span 60 в системах молочного производства
Низкий показатель HLB (4,7) и стеариновая кислота в цепочке (C18:0) делают Span 60 уникально подходящим для стабилизации молочных жиров:
Укрепление мембраны жировых шариков. После гомогенизации размер жировых шариков молока в среднем составляет 0,5–1,0 мкм — по сравнению с 3–5 мкм в сыром молоке. Нативная белковая мембрана истончается. Белок Span 60 внедряется в эту мембрану, его стеариновая кислота выровнялась с триглицеридами молочного жира (которые являются насыщенными ~70%, преимущественно C16:0 и C18:0), а его сорбитановая головная группа образует водородные связи с межфазной водой. Усиленная мембрана гораздо лучше противостоит коалесценции, чем один только белок.
Стабилизация жировых кристаллов. В охлажденных молочных продуктах часть молочного жира кристаллизуется. Эти кристаллы могут пробивать мембраны соседних жировых шариков, вызывая частичное слияние. Span 60 сокристаллизуется с молочным жиром, создавая более эластичную кристаллическую сетку, которая компенсирует фазовые изменения, вызванные температурой, без разрыва мембраны.
Устойчивость к температурным циклам. Молочные продукты подвергаются колебаниям температуры во время транспортировки — от рефрижераторных грузовиков до погрузочных площадок складов и обратно. Каждый цикл частично расплавляет и перекристаллизует молочный жир. Кристаллизационный эффект Span 60 поддерживает целостность жировых шариков на протяжении этих циклов, предотвращая постепенное выделение жира, которое может наблюдаться в эмульсиях молочных продуктов, содержащих только белок.
2.2 Где Span 60 приносит наибольшую пользу в молочной промышленности
| Приложение | Почему Span 60 помогает |
|---|---|
| Ультрапастеризованное молоко и ароматизированное молоко | Предотвращает расслоение жиров при хранении при комнатной температуре в течение 6-12 месяцев; укрепляет мембраны, ослабленные денатурацией белков в результате ультравысокотемпературной обработки. |
| Сливки для кофе (жидкие) | Незаменимый компонент стандартной смеси сливок 60:20:20 GMS:Span 60:Tween 60; предотвращает оседание масла в горячем кислом кофе. |
| Взбитые сливки и топпинги | Стабилизирует жировую сетку, поддерживающую структуру пены; улучшает воздухопроницаемость и уменьшает отток сыворотки. |
| Сыр и плавленый сыр | Способствует равномерному распределению жира для обеспечения однородности расплава; предотвращает выделение масла при нагревании. |
| Рекомбинированные молочные продукты | Заменяет собой мембрану жировых шариков, отсутствующую в рекомбинированных продуктах на основе сливочного масла. |
Полные технические характеристики см. в нашем разделе Техническое руководство по моностеарату сорбитана (E491).
3. Tween 60 (E435) — Совместимый с молочными продуктами корм с высоким содержанием HLB.
3.1 Почему для молочных продуктов подходит Tween 60, а не полисорбат 80?
И Tween 60 (HLB 14,9), и полисорбат 80 (PS80, HLB 15,0) являются эмульгаторами с высоким значением HLB, но в молочных продуктах предпочтение отдается Tween 60 по одной конкретной причине: Соответствие жирных кислот.
Молочный жир преимущественно насыщенный: около 701 TP3T молочных жирных кислот составляют C16:0 (пальмитиновая) и C18:0 (стеариновая). Цепь стеариновой кислоты (C18:0) в Tween 60 соответствует этому профилю. Когда Tween 60 адсорбируется вместе со Span 60 на границе раздела жир-вода, оба эмульгатора имеют один и тот же жирнокислотный хвост, что создает более плотную молекулярную упаковку, более когезивную межфазную пленку и лучшую долговременную стабильность эмульсии.
Цепочка олеиновой кислоты PS80 (C18:1, ненасыщенная) не так плотно связывается с насыщенными триглицеридами молочного жира. Для молочных продуктов технически более предпочтительным вариантом является Tween 60. PS80 предпочтителен для холодного способа производства и для немолочных продуктов, где его жидкая форма при комнатной температуре повышает удобство использования.
3.2. Функция белка Tween 60 в молочных продуктах
- Распределение жира в процессе гомогенизации — Высокий показатель HLB Tween 60 способствует быстрой миграции к вновь образованным жировым поверхностям в процессе гомогенизации, обеспечивая полное покрытие расширенной жировой поверхности.
- Стабилизация пены во взбитых продуктах. — Tween 60 снижает поверхностное натяжение на границе раздела воздух-сыворотка, способствуя равномерному распределению тонких воздушных пор во взбитых сливках и топпингах.
- Повторное эмульгирование при восстановлении — В сухих кофейных сливках и молочных порошках Tween 60 способствует быстрому и равномерному распределению порошка без комочков при добавлении его в горячую жидкость.
Полные технические характеристики Tween 60 см. в нашем разделе Полное руководство по полисорбату 60.
4. Сочетание Span 60 + Tween 60 в молочной промышленности — синергия по типам продукции
4.1 Ультрапастеризованное молоко и ароматизированные молочные напитки (HLB 9-10)
Ультрапастеризованное молоко гомогенизируют, стерилизуют при температуре 135-145 °C в течение 2-4 секунд и хранят при комнатной температуре в течение 6-12 месяцев. Этап стерилизации частично денатурирует сывороточные белки, снижая их эмульгирующие свойства, однако продукт должен быть устойчив к расслоению на протяжении всего срока годности.
Рекомендуется: Tween 60 + Span 60 в соотношении 3:1, суммарное значение HLB ~12, в количестве 0,05-0,151 TP3T продукта. Tween 60 компенсирует денатурацию сывороточных белков; Span 60 укрепляет мембрану жировых шариков для обеспечения долговременной стабильности при комнатной температуре. Более высокая доля Tween отражает структуру молока типа «масло в воде» (жир диспергирован в воде).
4.2 Взбитые сливки и топпинги (HLB 8-10)
Взбитые молочные продукты одновременно представляют собой пену (воздушные ячейки), эмульсию (жировые шарики) и золь (кристаллы льда в замороженных продуктах). Эмульгатор должен стабилизировать все три фазы.
Рекомендуется: Span 60 + Tween 60 в соотношении 1:2, суммарное значение HLB ~11, в количестве 0,1-0,31 TP3T продукта. Span 60 формирует частично слившуюся жировую сеть вокруг воздушных ячеек; Tween 60 способствует быстрому наполнению воздухом и образованию мелких пузырьков. Это тот же механизм, что и в мороженом, но адаптированный к более высокому содержанию воздуха (120-2001 TP3T избыточного объема) во взбитых сливках.
4.3 Сливки для кофе (HLB 5-6)
Жидкие сливки для кофе представляют собой уникальную проблему: продукт должен оставаться стабильным в виде эмульсии типа «масло в воде» в упаковке, а затем противостоять коагуляции белка (образование конденсата) и вытеканию масла при добавлении в горячий кислый кофе (pH ~5, 85-95 °C).
В рецептуре жидких сливок для кофе, предписанной учебниками, Span 60 играет центральную роль (Hu et al., 2011):
| Компонент | Пропорция | Роль |
|---|---|---|
| GMS (E471) | 60% | Структурирование и отбеливание жировых отложений. |
| Span 60 (E491) | 20% | Стабилизация жировых кристаллов предотвращает выделение масла из кофе при нагревании. |
| Подросток 60 (E435) | 20% | Высокий баланс HLB способствует быстрому диспергированию в кофе. |
Общий эмульгатор: 0,50% сливок. Эмульгатор Span 60 в количестве 20% является важнейшим ингредиентом, предотвращающим расслоение сливок при контакте с горячим кофе. Эмульгаторы на основе ненасыщенных жирных кислот (включая PS80) не рекомендуются в кофейных сливках — они могут снижать стабильность белка и способствовать образованию конденсата.
4.4 Мороженое и замороженные десерты
Системы эмульгирования для мороженого подробно описаны в нашей статье. Руководство по эмульгаторам для мороженого. Краткое описание состава молочного мороженого: PS80 способствует дестабилизации жиров в организме; Span 60 укрепляет жировую сетку, обеспечивая устойчивость к таянию; Tween 60 обеспечивает оптимальный баланс между взбиванием и сухостью среди полисорбатов в молочном мороженом.
4.5 Сыр и плавленый сыр
В плавленых сырах эмульгирующие соли (цитрат натрия, динатрийфосфат) являются основными функциональными компонентами — они растворяют казеин и обеспечивают гладкое, однородное расплавление. Span 60 играет вспомогательную роль: при содержании 0,05-0,151 TP3T он улучшает дисперсию жира и предотвращает выделение свободного масла при нагревании, особенно в плавленых сырах с пониженным содержанием жира, где жировая фаза более чувствительна.
5. Сопоставление показателей HLB по типу молочной продукции
| Молочные продукты | Непрерывная фаза | Целевой HLB | Span 60 : Tween 60 | Полный эмульгатор |
|---|---|---|---|---|
| Цельное молоко (пастеризованное) | Вода (O/W) | 9-10 | 1:3 до 1:4 | 0.05-0.10% |
| Молоко ультрапастеризованное/ароматизированное | Вода (O/W) | 9-10 | 1:3 | 0.05-0.15% |
| Шоколадное молоко | Вода (O/W) | 9-11 | 1:3 | 0.10-0.20% |
| Взбитые сливки | Вода/пена | 8-10 | 1:2 | 0.10-0.30% |
| Сливки для кофе (жидкие) | Вода (O/W) | 5-6 | 1:1 (в смеси GMS) | 0.40-0.60% |
| Сливки для кофе (в порошке) | Твердое (сухое) вещество | 8-10 | 1:2 | 0,50-1,50% (от сухого веса) |
| Плавленый сыр | Жир/твердые вещества | — | Доминирующий диапазон 60 | 0.05-0.15% |
| Рекомбинированные молочные продукты | Вода (O/W) | 9-10 | 1:3 | 0.10-0.20% |
Методику расчета HLB см. в нашем разделе Руководство для разработчиков рецептур Span & Tween.
6. Интеграция процессов
6.1 Стандартная переработка молочной продукции
- Стандартизировать молоко с целевым содержанием жира (0,1-3,5%)
- Предварительный нагрев до 60-70 °C — это расплавляет Span 60 (температура плавления ~56 °C) и обеспечивает полное растворение эмульгатора в жировой фазе.
- Добавить эмульгаторы — Span 60 растворяется в жировой фазе; Tween 60 диспергируется в водной фазе.
- Гомогенизировать при давлении 150-250 бар, температуре 60-75 °C — одноступенчатая система для цельного молока, двухступенчатая для продуктов с высоким содержанием жира.
- Пастеризация (HTST: 72 °C/15 с) или Ультрапастеризованная стерилизация (135-145 °C/2-4 с)
- Прохладный Быстрое охлаждение до 4 °C — быстрое охлаждение удерживает мембрану жировых шариков, усиленную эмульгатором.
6.2 Процесс приготовления взбитых сливок
- Приготовьте эмульсию, как описано выше, и гомогенизируйте при давлении 150-200 бар.
- Выдержка при 4 °C в течение 4-12 часов — Span 60 сокристаллизуется с молочным жиром во время выдержки; Tween 60 частично вытесняет белки.
- Перебег кнута на целевую отметку (120-200%)
- Поместите в морозильную камеру и заморозьте или охладите.
6.3 Процесс производства жидких сливок для кофе
- Растворить GMS, Span 60 в масляной фазе при температуре 65-70 °C.
- Растворить Твин 60, казеинат натрия и фосфаты в водной фазе при температуре 65-70 °C.
- Смешайте водную и масляную фазы при высоком сдвиговом воздействии; гомогенизируйте при давлении 200-300 бар.
- Ультравысокотемпературная стерилизация при температуре 140-145 °C в течение 3-4 секунд.
- Повторно гомогенизируйте (асептически) при давлении 50-100 бар для повторного диспергирования любых агрегатов, образовавшихся в результате нагрева.
- Охладить и разлить в асептических условиях.
7. Устранение неполадок
| Проблема | Появление | Решение для соединения пролетов/переходов |
|---|---|---|
| Отделение сливок/жира | Слой сливок на поверхности молочной бутылки | Увеличьте концентрацию Span 60 для укрепления мембраны жировых шариков; проверьте давление гомогенизации. |
| Перо в кофе | При добавлении сливок появляются белые частицы/хлопья. | Используйте Tween 60 + Span 60 (не PS80); добавьте фосфатный буфер в концентрации 0,1-0,2%. |
| Смазывание кофе | На поверхности кофе видна прозрачная масляная пленка. | Увеличьте долю Span 60 в смеси эмульгаторов; проверьте качество GMS. |
| Взбитые сливки опадают | Пена сдувается; на дне скапливаются лужицы сыворотки. | Увеличьте показатель Span 60 для прочности жировой сети; продлите время старения до ≥6 часов. |
| Гелеобразование в ультрапастеризованном молоке | Молоко густеет во время хранения. | Уменьшите дозировку Твин 60; проверьте баланс фосфатов. |
| Бесплатное масло в плавленом сыре | В процессе плавления масло расслаивается. | Добавьте Span 60 в количестве 0,05-0,10%; проверьте соотношение эмульгирующей соли. |
| Комочки сухих сливок | При добавлении в горячую жидкость образуются комочки. | Увеличьте концентрацию Tween 60 для более быстрого повторного диспергирования; проверьте параметры распылительной сушки. |
8. Резюме
Span 60 и Tween 60 представляют собой наиболее структурно взаимодополняющую пару эмульгаторов для применения в молочной промышленности. Span 60 стабилизирует жировую фазу — укрепляет мембраны жировых шариков, сокристаллизуется с молочным жиром и предотвращает коалесценцию при температурных циклах. Tween 60 обеспечивает высокий баланс HLB — улучшает дисперсию жира во время гомогенизации, стабилизирует пену во взбитых продуктах и соответствует профилю насыщенных жирных кислот молочного жира.
Ключевые решения для производителей молочной продукции:
1. Для подростков от 60 лет и старше 80 лет (PS80) для молочных продуктов — Цепочка стеариновой кислоты (C18:0) соответствует насыщенному профилю молочного жира, обеспечивая более плотную межфазную упаковку.
2. Span 60 необходим для сливок для кофе. — это 20% классической смеси сливок и эмульгаторов, и именно она предотвращает оседание масла в горячем кофе.
3. HLB 9-10 для жидких молочных продуктов — Соотношение Tween 60 (от 3:1 до 4:1) соответствует структуре молока (масло в воде).
4. Процесс имеет такое же значение, как и формулировка. — Давление гомогенизации, условия ультравысокотемпературной обработки и время выдержки — все эти факторы влияют на эффективность эмульгатора.
Технические характеристики Span 60 см. в разделе Техническое руководство по сорбитану моностеарату. Данные по возрастной группе до 60 лет см. в разделе... Полное руководство по полисорбату 60. Для покупки мороженого за 80 фунтов стерлингов, смотрите наш раздел «Мороженое». Руководство по мороженому для PS80. Методика определения HLB описана в нашем документе. Руководство для разработчиков рецептур Span & Tween. Информацию о поставках сырья см. в разделе... Сырье для производства промежуточных и соединительных элементов пищевого качества.
Данное руководство основано на опубликованных отраслевых исследованиях, практике составления рецептур и справочных материалах по пищевым эмульгаторам, подготовленных Ху и др. (2011). Для получения конкретных рекомендаций по составлению рецептур молочных продуктов, адаптированных к вашему продукту и процессу, обратитесь в техническую службу вашего поставщика эмульгаторов.
