1. مقدمه
ماست حاصل تخمیر لاکتوز شیر توسط باکتری‌های اسیدلاکتیک است. در طی تخمیر، تولید اسید لاکتیک موجب کاهش pH و تغییر ساختار پروتئین‌های شیر، به‌خصوص کازئین، می‌شود. در نزدیکی نقطه ایزوالکتریک کازئین، یعنی حدود pH برابر 4/6، برهم‌کنش میان میسل‌های کازئین افزایش یافته و یک شبکه سه‌بعدی ژلی تشکیل می‌شود.
در ماست همزده، برخلاف ماست قالبی، ژل تشکیل‌شده پس از تخمیر تحت عملیات هم‌زدن، صاف‌کردن یا همگن‌سازی قرار می‌گیرد. این عملیات ساختار ژل را می‌شکند و آن را به ذرات کوچک‌تر ژل در یک فاز سرمی پیوسته تبدیل می‌کند. بنابراین ساختار ماست همزده را می‌توان نوعی سوسپانسیون از میکروژل‌های پروتئینی در فاز سرم در نظر گرفت.
این ساختار برای ایجاد ویژگی‌هایی مانند نرمی، قابلیت قاشق‌خوری، ویسکوزیته مناسب و احساس خامه‌ای مطلوب است، اما در صورت کنترل نشدن می‌تواند مستعد آب‌اندازی باشد. آب‌اندازی از مهم‌ترین عیوب کیفی ماست محسوب می‌شود و به صورت تجمع یا خروج سرم در سطح محصول مشاهده می‌شود.
یکی از راهکارهای مهم برای کنترل این پدیده، استفاده از استابلایزرها یا پایدارکننده‌ها است.
2. مفهوم استابلایزر و مکانیسم عملکرد آن در ماست
استابلایزرها گروهی از مواد هستند که با هدف بهبود پایداری فیزیکی، کنترل آب آزاد، افزایش قوام و تنظیم خصوصیات رئولوژیکی به محصولات غذایی اضافه می‌شوند.
در ماست، بسیاری از استابلایزرهای مورد استفاده از گروه هیدروکلوئیدها هستند. این ترکیبات معمولاً پلی‌ساکاریدها یا پروتئین‌هایی با قابلیت جذب یا نگهداری آب هستند.
مکانیسم عملکرد استابلایزرها را می‌توان به چند مسیر اصلی تقسیم کرد:
- افزایش ظرفیت نگهداری آب
- افزایش ویسکوزیته فاز سرمی
- تقویت یا ایجاد شبکه پلیمری
- برهم‌کنش با پروتئین‌های شیر
- کاهش تحرک آب آزاد
- جلوگیری از تجمع بیش از حد ذرات ژل
- بهبود پایداری ساختار در طول نگهداری
در واقع، هدف اصلی استابلایزر الزاماً ایجاد یک ژل مستقل نیست؛ بلکه در بسیاری از فرمولاسیون‌ها، ایجاد تعادل بین شبکه پروتئینی کازئین، فاز سرمی و پلیمر افزوده‌شده است.
3. نقش استابلایزرها در کنترل آب‌اندازی
3-1. تعریف آب‌اندازی
آب‌اندازی یا Syneresis به خروج فاز مایع از شبکه ژل گفته می‌شود. در ماست، این پدیده معمولاً با خروج سرم و تشکیل لایه‌ای از مایع در سطح محصول مشاهده می‌شود.
شبکه پروتئینی ماست در طول زمان می‌تواند دچار بازآرایی و انقباض شود. در نتیجه، بخشی از آب موجود در شبکه آزاد شده و به صورت سرم از ساختار خارج می‌شود. در ماست همزده، عملیات مکانیکی نیز ساختار اولیه ژل را تخریب می‌کند و حساسیت محصول به جداشدگی سرم را افزایش می‌دهد.
3-2. نقش استابلایزر در کاهش آب‌اندازی
استابلایزرها با افزایش اتصال آب و کاهش میزان آب آزاد، احتمال خروج سرم را کاهش می‌دهند. همچنین افزایش ویسکوزیته فاز پیوسته باعث کاهش حرکت آب در محصول می‌شود.
برای مثال، ژلاتین، نشاسته و برخی صمغ‌ها می‌توانند با ایجاد ساختارهای هیدروفیلیک، آب را در ماتریس محصول نگه دارند.
با این حال، اثر همه هیدروکلوئیدها یکسان نیست. مطالعات نشان داده‌اند که نوع هیدروکلوئید و غلظت آن می‌تواند تفاوت قابل‌توجهی در آب‌اندازی ایجاد کند. برای مثال، در یک مطالعه مقایسه‌ای، ژلاتین توانست آب‌اندازی را کاهش داده و همزمان قوام و ویسکوزیته ماست کم‌چرب را افزایش دهد، در حالی که برخی تیمارهای حاوی زانتان و کاراگینان اگرچه ویسکوزیته و استحکام را افزایش دادند، اما در برخی شرایط موجب افزایش آب‌اندازی و ایجاد احساس دهانی نامطلوب شدند.
4. نقش استابلایزرها در افزایش ویسکوزیته
ویسکوزیته یکی از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت در ماست همزده است. محصولی با ویسکوزیته بسیار پایین معمولاً آبکی و رقیق احساس می‌شود، در حالی که ویسکوزیته بیش از حد می‌تواند محصولی سنگین، چسبناک یا غیرطبیعی ایجاد کند.
هیدروکلوئیدها با افزایش ویسکوزیته فاز سرمی باعث افزایش مقاومت محصول در برابر جریان می‌شوند. این اثر به عواملی مانند:
- وزن مولکولی هیدروکلوئید؛
- غلظت؛
- میزان آب‌دوستی؛
- ساختار مولکولی؛
- دما؛
- pH؛
- وجود نمک‌ها و پروتئین‌ها؛
- و برهم‌کنش بین هیدروکلوئید و اجزای شیر
وابسته است. به عنوان نمونه، صمغ زانتان و گوار به دلیل قابلیت بالای افزایش ویسکوزیته حتی در غلظت‌های نسبتاً پایین مورد توجه قرار گرفته‌اند. در یک مطالعه، استفاده از زانتان و گوار موجب بهبود ویسکوزیته، ظرفیت نگهداری آب و بافت ماست شد و در شرایط مطالعه، زانتان در غلظت 0/5 درصد عملکرد مناسبی در کاهش آب‌اندازی نشان داد.
5. تأثیر استابلایزرها بر قوام و استحکام ماست
قوام ماست نتیجه برهم‌کنش پیچیده بین ساختار پروتئینی، ماده خشک، چربی، آب و ترکیبات هیدروکلوئیدی است.
افزودن استابلایزر می‌تواند:
- مقاومت ژل را افزایش دهد؛
- قابلیت نگهداری آب را بهبود دهد؛
- ساختار ذرات ژل را پایدارتر کند؛
- ویسکوزیته را افزایش دهد؛
- و احساس ضخامت و قوام را تقویت کند.
با این حال، افزایش بیش از اندازه قوام لزوماً به معنی افزایش کیفیت نیست. برای مثال، پژوهش‌های مربوط به نشاسته در ماست همزده نشان داده‌اند که افزایش فاز نشاسته ابتدا می‌تواند باعث افزایش ویسکوزیته، مدول الاستیک و ویژگی‌هایی مانند ضخامت و استحکام شود، اما در مقادیر بالاتر ممکن است بافتی بسیار چسبنده و کش‌دار ایجاد کند.
بنابراین، غلظت بهینه استابلایزر اهمیت زیادی دارد.
6. تأثیر استابلایزرها بر بافت مطلوب
بافت ماست از دیدگاه مصرف‌کننده شامل مجموعه‌ای از ویژگی‌هاست؛ از جمله:
- سفتی؛
- نرمی؛
- خامه‌ای بودن؛
- ضخامت؛
- یکنواختی؛
- چسبندگی؛
- قابلیت قاشق‌خوری؛
- و احساس دهانی.
ساختار میکروسکوپی ماست ارتباط مستقیمی با این ویژگی‌ها دارد. در ماست همزده، اندازه، شکل، تجمع و فشردگی میکروژل‌های پروتئینی و همچنین ویژگی‌های فاز سرمی بر بافت و رفتار رئولوژیکی تأثیر می‌گذارند.
استابلایزر مناسب باید بتواند بدون ایجاد حس مصنوعی یا ژله‌ای، ساختار را تقویت کند.
7. بررسی نقش انواع مهم استابلایزرها
7-1. ژلاتین
ژلاتین یک هیدروکلوئید پروتئینی است که توانایی تشکیل ژل و اتصال آب دارد.
در ماست، ژلاتین می‌تواند:
- آب‌اندازی را کاهش دهد؛
- ویسکوزیته را افزایش دهد؛
- استحکام ژل را بالا ببرد؛
- بافت را بهبود دهد؛
- و احساس خامه‌ای و نرم ایجاد کند.
مطالعات مقایسه‌ای نشان داده‌اند که ژلاتین می‌تواند در ماست کم‌چرب اثر قابل‌توجهی بر کاهش آب‌اندازی و بهبود ویژگی‌های بافتی و ویسکوزیته داشته باشد.
7-2. نشاسته
نشاسته یکی از پرکاربردترین مواد قوام‌دهنده در صنایع غذایی است. در ماست، نشاسته می‌تواند از طریق جذب آب و تورم گرانول‌ها باعث افزایش ویسکوزیته و قوام شود.
از مزایای نشاسته می‌توان به:
- افزایش ضخامت؛
- افزایش ویسکوزیته؛
- بهبود بافت؛
- کاهش آب آزاد؛
- و هزینه نسبتاً پایین
اشاره کرد. با این حال، مقدار بیش از حد نشاسته می‌تواند بافتی بیش از اندازه چسبنده، سنگین یا کش‌دار ایجاد کند. پژوهش‌های ساختاری نشان می‌دهند که افزایش فاز نشاسته تا محدوده مشخصی موجب بهبود ویژگی‌های فیزیکی و حسی می‌شود، اما پس از عبور از یک سطح بهینه، کیفیت بافت می‌تواند کاهش پیدا کند.
7-3. پکتین
پکتین یک پلی‌ساکارید گیاهی است که به دلیل توانایی برهم‌کنش با آب و برخی اجزای شیر در محصولات لبنی کاربرد دارد.
پکتین می‌تواند در:
- کنترل آب‌اندازی؛
- افزایش قوام؛
- افزایش ویسکوزیته؛
- و ایجاد ساختار یکنواخت
نقش داشته باشد. با این حال، عملکرد آن به نوع پکتین، درجه استری شدن، pH و ترکیب محصول وابسته است.
برخی مطالعات نشان داده‌اند که استابلایزرهای آنیونی مانند پکتین و کاراگینان ممکن است در بعضی فرمولاسیون‌های ماست اثر نامطلوبی بر بافت و پذیرش حسی داشته باشند؛ بنابراین استفاده از آنها باید با توجه به شرایط فرمولاسیون انجام شود.
7-4. صمغ گوار
صمغ گوار یک پلی‌ساکارید با قدرت بالای افزایش ویسکوزیته است.
مهم‌ترین اثرات آن عبارت‌اند از:
- افزایش ویسکوزیته؛
- افزایش قوام؛
- افزایش ظرفیت نگهداری آب؛
- کاهش حرکت فاز سرمی؛
- و بهبود پایداری فیزیکی.
در صورت مصرف بیش از حد، گوار ممکن است محصولی بیش از اندازه غلیظ و چسبناک ایجاد کند.
7-5. صمغ زانتان
زانتان به دلیل قدرت افزایش ویسکوزیته و پایداری مناسب در محدوده وسیعی از شرایط pH و دما، در فرمولاسیون محصولات لبنی مورد توجه است.
در ماست می‌تواند موجب:
- افزایش ویسکوزیته؛
- افزایش ظرفیت نگهداری آب؛
- بهبود قوام؛
- و کاهش جداشدگی سرم
شود. اما همانند سایر هیدروکلوئیدها، مصرف بیش از حد آن ممکن است موجب ایجاد بافت غیرطبیعی و احساس دهانی نامطلوب شود.
7-6. کاراگینان
کاراگینان یک پلی‌ساکارید سولفاته است که قابلیت ایجاد ساختار و افزایش قوام دارد.
این ترکیب می‌تواند با پروتئین‌های شیر برهم‌کنش داشته باشد و بر ساختار ژل اثر بگذارد. با این حال، همان‌طور که در مورد سایر هیدروکلوئیدها مشاهده می‌شود، افزایش ویسکوزیته یا استحکام به‌تنهایی معیار کافی برای انتخاب کاراگینان نیست؛ زیرا در برخی فرمولاسیون‌ها افزایش مقدار آن می‌تواند بر آب‌اندازی و ویژگی‌های حسی اثر نامطلوب داشته باشد.
8. مقایسه عملکرد استابلایزرهای مختلف
| استابلایزر | افزایش ویسکوزیته | کنترل آب‌اندازی | افزایش قوام | اثر بر بافت |
|---|---|---|---|---|
| ژلاتین | نرم و خامه‌ای | |||
| نشاسته | ضخیم و متراکم | |||
| گوار | ممکن است چسبناک شود | |||
| زانتان | ممکن است کمی لزج شود | |||
| پکتین | نسبتاً یکنواخت | |||
| کاراگینان | ممکن است ژله‌ای شود |
این جدول یک مقایسه کیفی است و عملکرد واقعی هر استابلایزر به نوع ماده، درجه خلوص، غلظت، ترکیب شیر، pH، تیمار حرارتی و شرایط فرایند بستگی دارد.
9. اهمیت ترکیب چند استابلایزر
یکی از رویکردهای مهم در صنایع لبنی، استفاده از سیستم‌های ترکیبی استابلایزرها است.
علت این موضوع آن است که هر استابلایزر عملکرد متفاوتی دارد. برای مثال، یک ترکیب ممکن است:
- یک جزء برای اتصال آب،
- یک جزء برای افزایش ویسکوزیته،
- و یک جزء برای تقویت ساختار
داشته باشد. به این ترتیب می‌توان با مقدار کمتر هر ماده، عملکرد مطلوب‌تری ایجاد کرد.
در مطالعات جدید نیز بر اهمیت بررسی ترکیبات هیدروکلوئیدی و اثرات هم‌افزایی آنها تأکید شده است؛ زیرا انتخاب یک هیدروکلوئید منفرد همیشه بهترین راهکار برای دستیابی همزمان به ویژگی‌های رئولوژیکی، بافتی و حسی مطلوب نیست.
10. ارتباط استابلایزر با شرایط فرایند
عملکرد استابلایزر را نمی‌توان مستقل از فرایند تولید ماست بررسی کرد.
10-1. عملیات حرارتی
افزایش شدت عملیات حرارتی شیر می‌تواند دناتوراسیون پروتئین‌های آب‌پنیر و برهم‌کنش آنها با کازئین را افزایش دهد و در نتیجه روی ویسکوزیته، استحکام و آب‌اندازی اثر بگذارد. عملیات حرارتی شدیدتر در برخی شرایط با افزایش ویسکوزیته و کاهش آب‌اندازی همراه است.
10-2. همگن‌سازی
همگن‌سازی مناسب می‌تواند اندازه گلبول‌های چربی را کاهش داده و بر ساختار نهایی ژل اثر بگذارد.
10-3. هم‌زدن
هم‌زدن برای تولید ماست همزده ضروری است، اما اعمال تنش مکانیکی بیش از حد می‌تواند شبکه ژل را بیش از اندازه تخریب کند.
10-4. دمای صاف‌کردن و سرد کردن
دمای عملیات پس از تخمیر نیز اهمیت زیادی دارد. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که دمای صاف‌کردن و شرایط سرد کردن می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی بر ویسکوزیته، قوام و آب‌اندازی ماست همزده اثر بگذارد.
بنابراین، حتی بهترین سیستم استابلایزر نیز در صورت استفاده همراه با شرایط فرایندی نامناسب، الزاماً محصول مطلوبی ایجاد نمی‌کند.
11. رابطه بین پروتئین شیر و استابلایزر
یکی از نکات مهم در طراحی فرمولاسیون ماست این است که استابلایزر نباید به‌عنوان جایگزین کامل پروتئین در نظر گرفته شود.
افزایش ماده خشک، پروتئین و چربی شیر معمولاً به افزایش ویسکوزیته و ظرفیت نگهداری آب کمک می‌کند. همچنین تغییر نسبت کازئین به پروتئین آب‌پنیر می‌تواند بر ساختار و خصوصیات ژل اثرگذار باشد.
بنابراین، در یک فرمولاسیون مناسب باید میان:
تعادل ایجاد شود.
12. استابلایزرها در تولید ماست کم‌چرب
اهمیت استابلایزرها در ماست کم‌چرب بیشتر است؛ زیرا حذف بخشی از چربی می‌تواند باعث کاهش احساس خامه‌ای، کاهش ضخامت و تغییر ویژگی‌های بافتی شود.
در این شرایط، هیدروکلوئیدها می‌توانند بخشی از نقش فیزیکی چربی را از طریق:
- افزایش ویسکوزیته؛
- افزایش ضخامت؛
- بهبود روان‌کاری دهانی؛
- افزایش آب‌گیری ساختار؛
- و کاهش آب‌اندازی
جبران کنند. به همین دلیل، ژلاتین، نشاسته و سایر هیدروکلوئیدها در توسعه ماست‌های کم‌چرب اهمیت ویژه‌ای دارند.
13. محدودیت‌ها و معایب مصرف استابلایزرها
اگرچه استفاده از استابلایزر می‌تواند کیفیت ماست را بهبود دهد، اما مصرف نامناسب آنها مشکلاتی ایجاد می‌کند.
مهم‌ترین مشکلات احتمالی عبارت‌اند از:
- ایجاد بافت ژله‌ای؛
- افزایش بیش از حد چسبندگی؛
- احساس لزجی در دهان؛
- ایجاد دانه یا کلوخه؛
- کاهش طبیعی بودن بافت؛
- ایجاد طعم یا بوی نامطلوب در برخی ترکیبات؛
- افزایش بیش از حد ویسکوزیته؛
- و کاهش پذیرش حسی.
همچنین برخی مصرف‌کنندگان به سمت محصولات دارای برچسب ساده‌تر و تعداد افزودنی کمتر تمایل دارند؛ به همین دلیل استفاده از حداقل مقدار مؤثر استابلایزر از نظر فرمولاسیون و بازاریابی اهمیت پیدا می‌کند.
14. نتیجه‌گیری
استابلایزرها یکی از ابزارهای مهم در کنترل کیفیت فیزیکی و رئولوژیکی ماست همزده هستند. این ترکیبات از طریق افزایش ظرفیت نگهداری آب، افزایش ویسکوزیته فاز پیوسته، ایجاد یا تقویت ساختار پلیمری و برهم‌کنش با اجزای شیر می‌توانند آب‌اندازی را کاهش داده و قوام و بافت محصول را بهبود دهند.
با این حال، هیچ استابلایزری را نمی‌توان به‌طور مطلق بهترین گزینه برای تمام انواع ماست دانست. عملکرد هر ماده به نوع و غلظت آن، ترکیب شیر، میزان پروتئین و ماده خشک، عملیات حرارتی، شرایط تخمیر، شدت هم‌زدن، دمای فرایند و شرایط نگهداری وابسته است.
شواهد پژوهشی نشان می‌دهند که ژلاتین می‌تواند در برخی فرمولاسیون‌ها همزمان آب‌اندازی را کاهش و ویژگی‌های بافتی و ویسکوزیته را بهبود دهد، در حالی که نشاسته بیشتر به‌عنوان قوام‌دهنده و افزایش‌دهنده ویسکوزیته عمل می‌کند. صمغ‌های گوار و زانتان نیز قدرت بالایی در افزایش ویسکوزیته و نگهداری آب دارند، اما افزایش بیش از حد آنها ممکن است بافت نامطلوب ایجاد کند.
پکتین و کاراگینان نیز به دلیل توانایی برهم‌کنش با اجزای شیر می‌توانند برای کنترل ساختار مورد استفاده قرار گیرند، ولی انتخاب مقدار مناسب آنها ضروری است.
در نهایت، رویکرد علمی در تولید ماست همزده با کیفیت بالا، بهینه‌سازی همزمان فرمولاسیون و فرایند است؛ به‌گونه‌ای که محصول نهایی ضمن داشتن ویسکوزیته و قوام مناسب، حداقل آب‌اندازی، ساختار یکنواخت، احساس دهانی خامه‌ای و پایداری مطلوب در طول نگهداری داشته باشد.
تحقیقات جدید نیز به سمت استفاده هدفمندتر از هیدروکلوئیدها، ترکیبات چندگانه و درک دقیق‌تر رابطه میان ریزساختار و ویژگی‌های حسی و رئولوژیکی ماست حرکت کرده‌اند.
منابع منتخب
- Hydrocolloid application in yogurt: Progress, challenges and future trends, Food Hydrocolloids, 2024.
- Studying stirred yogurt microstructure and its correlation to physical properties: A review, Food Hydrocolloids, 2021.
- Effect of different hydrocolloids on texture, rheology, tribology and sensory perception of texture and mouthfeel of low-fat pot-set yoghurt, Food Hydrocolloids.
- Starch swelling behavior and texture development in stirred yogurt, Food Hydrocolloids, 2020.
- Industrial Yogurt Manufacture: Monitoring of Fermentation Process and Improvement of Final Product Quality, Journal of Dairy Science, 2007.
- Relationship between smoothing temperature, storage time, syneresis and rheological properties of stirred yogurt, International Dairy Journal, 2020.
- The role of exopolysaccharide-producing cultures and whey protein ingredients in yoghurt, International Dairy Journal.