ВведениеПолитика в области здорового питаниянаправлена на производство продуктов с заданным(полезным для здоровья) химическим составомс целью восполнения недостающих макро- имикронутриентов [1]. Современные тенденции вобласти развития рынка продуктов для здоровогопитания характеризуются увеличением спроса наданный вид продукции, происходит расширение ужеимеющегося ассортимента. Производители стараютсявыносить информацию об отличительных признакахпродукции на этикетку [2].Рынок мороженого в настоящее время взначительной степени представлен мороженымпломбир, имеющим высокое содержание жира (неменее 12 %) и сахарозы (не менее 14 %).Снижение массовой доли жира в мороженом– один из способов уменьшения калорийностипродукта. Тем не менее изменение массовой долижира влияет на качество конечного продукта:восприятие сладости и ощущение кристаллов льдав продукте [3]. В настоящее время для повышенияощущения жирности в низкожирном мороженом вкачестве дополнительных компонентов используютмальтодекстрины, инулин и полидекстрозу [4].Сахара оказывают влияние на состояниеструктуры мороженого и его вкусовые достоинства.Их способность снижать температуру замерзанияраствора и влиять на долю вымороженной водыобеспечивает контроль над соотношением темпе-ратуры и твердости. Наиболее распространен-ным подсластителем является сахароза, но впоследнее время существуют тенденции к ее заменена другие сахарозаменители. При этом важноучитывать влияние углеводов на качество конечногопродукта [5]. Одним из таких углеводов являетсятрегалоза.Подсластители влияют не только на вкусмороженого, но также оказывают влияние надругие характеристики: снижение криоскопическойтемпературы, рост кристаллов льда, осмотическаясила раствора, способность вступать в реакции(например, с первичными аминами) и надинамическую вязкость растворов [6]. В качествезаменителя сахарозы или совместного использованияинтерес представляет трегалоза, имеющаяодинаковую с ней молекулярную массу. Трегалозаи сахароза являются дисахаридами с одинаковойхимической формулой C12H22O11, но с различнымгеометрическим строением [7].Трегалоза – это углевод, дисахарид, состоящийиз двух остатков α-D-глюкозопиранозила и α-D-глюкозопиранозида, связанных между собойгликозидными связями. Была впервые описана внаучных работах в начале XIX века. Считалось,что она присутствует в спорынье ржи. Однакопозже выяснилось, что она распространена вразных организмах. В основном трегалоза изученав клетках дрожжей. Трегалоза является одним изсамых неактивных и стабильных сахаров в природе.Две глюкозные группы соединены через 1,1 атомауглерода двух глюкозопиранозных колец, поэтомуэто полностью невосстанавливающийся сахар.Кислородная связь гликозида, соединенных в двагексозных кольца, имеет низкую энергетическуюсвязь (< 1 ккал/моль), которая делает дисахариднуюструктуру стабильной. Для сравнения, другойневосстанавливающийся дисахарид, сахароза,характеризуется высокоэнергетической связью (более27 ккал/моль). При этом, несмотря на стабильностьсахарозы как чистого вещества, в присутствиихимически реактивных аминогрупп белков она легкорасщепляется до глюкозы и фруктозы, которыеявляются восстанавливающими моносахарами [8].Природная активность трегалозы, а такжеодобрение пищевой и фармацевтическойпромышленности позволяют использовать ее сцелью контроля подвижности воды [9]. Трегалозаотличается от других дисахаридов большимколичеством экваториальных гидроксильных групп.Это приводит к сильным взаимодействиям с водойв растворе и относительной легкости, с которойона может включить себя в кластер воды. Сахароза,напротив, плохо интегрируется в кластер воды,создавая более крупную структуру по сравнению стрегалозой.Несмотря на то, что молекулы сахарозыи трегалозы имеют сходную молекулярнуюструктуру, есть несколько важных различий в ихсвойствах взаимодействия с водой: растворимость,вязкость и температура стеклования [10]. Сахарозаимеет высокую растворимость в воде: в 1 г водырастворяется 2,14 г сахарозы. В таком же количествеводы можно растворить только 1,1 г трегалозы [11].В работе C. Olsson и J. Swenson была изученаструктура водных растворов дисахаридов с помощьюнейтронной и рентгеновской дифракции в сочетаниис эмпирическим моделированием уточненияструктуры потенциала [7]. Результаты показали, чтоотличий между этими дисахаридами немного, нотрегалоза больше нарушает структуру воды.Сахароза и трегалоза используются в качествестабилизирующих агентов для различных целейхранения. Но трегалозу лучше использовать дляхранения в биологических целях [12].В работе A. P. Whelan с соавторами исследовалосьвлияние трегалозы на стеклование и рост кристалловльда в смесях для мороженого с массовой долей жира10 % [13]. Содержание сахарозы и трегалозы было0, 3, 6, 9, 12 и 15 % соответственно. В сумме обадисахарида всегда давали 15 % с шагом 3 %. Авторыотмечают, что температура стеклования (Tg) в смесяхмороженого возрастала с увеличением концентрациитрегалозы. Tg (в средней точке) увеличилась на4,5 °С: в смеси мороженого с содержанием сахарозы15 % она составляла –46,4 ± 1,0 °С, а в смеси стаким же количеством трегалозы температурастеклования была –42 ± 0,2 °С. В остальныхсмесях Tg варьировалась от –45,4 °С до –43,5 °С соснижением сахарозы и возрастанием количестватрегалозы. Авторы отмечают, что трегалоза непоказала существенных различий в ингибированиискорости роста кристаллов льда в мороженомпри ее внесении в количестве 15 % в сравнении ссахарозой, используемой на том же уровне. Скоростьроста кристаллов льда после циклов колебаниятемпературы в этих образцах мороженого былана уровне 160 %. При этом авторы акцентироваливнимание на том, что если образец с количествомтрегалозы 15 % убрать из цепочки сравнения, тос увеличением массовой доли трегалозы (3–12 %)наблюдается тенденция к снижению скорости ростовкристаллов льда (P = 0,094). Она изменяется от 153до 141 %.Популярность трегалозы растет в связи с тем,что она имеет низкую сладость, по сравнениюс сахарозой, но при этом оставляет длительноепослевкусие сладости, может подавлять горечь иулучшать вкус пищи [14].Трегалозу исследуют во многих отрасляхпищевой промышленности: в мясной отрасли, припроизводстве лиофилизированной пшеничнойзакваски и для хранения замороженных креветок[15–17].Мороженое с низким содержанием жира 3 %характеризуется массовой долей сухих веществ29,5 %, остальное приходится на долю воды.Известно, что кристаллы льда более склонны кросту и рекристаллизации, когда в продукте высокоесодержание водной фазы [18]. Для предотвращениябыстрого роста кристаллов льда существуетнеобходимость в применении компонентов, позво-ляющих ингибировать их рост и обладающихводосвязывающей способностью.Анализ литературных данных показал, чтотрегалоза является хорошей альтернативой дляполной или частичной замены сахарозы. Областьприменения трегалозы при производстве мороженогос низким содержанием жира не до конца изучена.Интерес представляет изменение дисперсностикристаллов льда в мороженом с использованиемтрегалозы в процессе хранения, а также ее влияние наконсистенцию мороженого.Целью исследований является определениевлияния на дисперсность кристаллов льда иконсистенцию в низкожирном мороженом полной ичастичной замены сахарозы трегалозой.Объекты и методы исследованияИзучаемые образцы мороженого быливыработаны на экспериментальном стенде ВНИХИ влаборатории технологии мороженого в соответствиис традиционной схемой его производства.При изготовлении образцов использовалиследующее сырье: молоко сухое обезжиренное поГОСТ 33629-2015, масло сливочное с массовойдолей жира 72,5 % по ГОСТ 32261-2013, сахар белыйпо ГОСТ 33222-2015, эффективный комплексныйстабилизатор-эмульгатор, подсластитель стевиозид(E960). Трегалоза (Китай) предоставлена компаниейООО «Торгснаб».Для определения динамической вязкости смесимороженого пользовались методом ротационнойвискозиметрии с использованием вискозиметраBrookfield DV-II+Pro (США), подключенного ккомпьютеру, с предварительно установленной453Ландиховская А. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 3 С. 450–459программой обработки данных Rheocalc V3.1-1(США). Для достижения необходимой температурыизмерения (4,0 ± 0,5 °C) применялась водяная баня.Взбитость мороженого определяли в соответствиис методикой, описанной в ГОСТ 31457-2012.Исследование состояния кристаллов льда вмороженом проводилось с помощью микроскопаOlympus CX41RF (Япония) со встроенной камеройи программируемым управлением. Полученныефотографии обрабатывались с использованиемпрограммного обеспечения ImageScope (Рос-сия) [19]. Все измерения были выполнены в 3-хкратной повторности.На основании полученных экспериментальныхданных были построены кривые распределения,характеризующие дисперсность кристаллов льда впроцессе хранения.С помощью Microsoft Office Excel рассчитывалиськоличественные доли линейных размеров кристалловльда с шагом 5 мкм (0 > Χ ≥ 5, 5 < X ≤ 10, 10 < X≤ 15 и т. д.). Затем выстраивалась «точечнаядиаграмма с маркерами», где на оси абсциссоткладывались линейные размеры кристалловльда, а на оси ординат – количественная доля этихкристаллов, принадлежащая данному интервалу.По полученным точкам на графике строиласьлиния тренда для выявления тенденций измененияколичества кристаллов льда в зависимости от ихразмеров. В случае анализа дисперсности кристалловльда используется полиноминальная линия тренда,поскольку она характеризует перемены возрастанияи убывания количества кристаллов льда различныхразмеров.Дисперность воздушной фазы определялась припомощи микроскопа Olympus CX41RF (Япония) совстроенной фотокамерой и программой ImageScope(Россия). Отбор проб осуществлялся у образцовс температурой не выше –18 °С. Исследованиепроводилось при температуре окружающей среды.Диаметр воздушных пузырьков определялся врежиме «ручное измерение». Полученные данныеобсчитывались в Excel с помощью встроеннойфункции «СРГЕОМ».Образцы мороженого хранились при отрица-тельной температуре –20 ± 2 °С без существенныхтемпературных колебаний.Результаты и их обсуждениеОбоснование композиционного состава. На первойстадии исследования обоснован композиционныйсостав мороженого:– установлена минимально допустимая массовая долясухих веществ для молочного мороженого с цельюполучения достоверных данных о влиянии трегалозына структуру продукта (дисперсность кристалловльда);– выбор массовой доли жира определен исходя изнеобходимости производства продукции с низкимсодержанием жира в соответствии с направлениемгосударственной политики в области питания ивозможности вынесения данной информации наэтикетку;– массовая доля СОМО выбрана с целью сохранениямолочного вкуса, а также для обеспечения сухихвеществ молока в мороженом на уровне 40 % как длямолочно-составного продукта;– содержание трегалозы в количестве 15,5 %выбрано из возможности производства мороженогобез сахарозы, а 7,5 % и 3 % – с целью установлениявлияния массовой доли трегалозы на дисперсностькристаллов льда;– массовая доля стабилизатора-эмульгаторав количестве 0,62 % максимальна для даннойразновидности мороженого. Кроме того, в составкомплексной стабилизационной системы входитэффективный эмульгатор, оказывающий влияниена дисперсность воздушной фазы. В качествестабилизаторов использовали набор гидроколлоидов,действие которых направлено на улучшениетермоустойчивости продукта, поскольку снижениеразмеров кристаллов льда сказывается на данномпоказателе.Химический состав опытных образцов морожено-го представлен в таблице 1.Образцы мороженого отличаются между собойколичеством вносимой трегалозы. В качествеконтрольного образца использовали образец ссодержанием сахарозы 15,5 %. Поскольку сладостьтрегалозы составляет 45 % от сладости сахарозы,то в образцах (№ 1–3) использовался подсластительстевиозид из расчета, что его сладость выше в300 раз. Конечная сладость опытных образцовсоответствовала контролю.Таблица 1. Химический состав мороженогоTable 1. Chemical composition of ice creamОбразец № 1 Образец № 2 Образец № 3 КонтрольМассовая доля сухих веществ, в %, не менее, в т. ч.: 29,5 29,5 29,5 29,5Молочного жира, %, не менее 3,0 3,0 3,0 3,0СОМО, %, не менее 10,5 10,5 10,5 10,5Сахарозы, %, не менее – 8,0 12,5 15,5Трегалозы, %, не менее 15,5 7,5 3,0 –Стабилизатора-эмульгатора, %, не менее 0,62 0,62 0,62 0,62454Landikhovskaya A.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 3, pp. 450–459500 мкм 500 мкм500 мкм 500 мкм500 мкм 500 мкм500 мкм 500 мкмРисунок 2. Микрофотографии кристаллов льдачерез 3 месяца храненияFigure 2. Micrographs of ice crystals after 3 months of storageОбразец № 1 Образец № 2Рисунок 1. Микрофотографии кристаллов льда послезакаливанияFigure 1. Micrographs of ice crystals after hardeningОбразец № 3 КонтрольОбразец № 1 Образец № 2Образец № 3 КонтрольДобавление трегалозы на стадии приготовлениясмеси не требует дополнительной подготовки.Рекомендовано вносить на стадии смешивания сухихкомпонентов.Исследование дисперсности кристаллов льда.Дисперсность кристаллов льда в образцах иссле-довали после закаливания и в течение 3 месяцевхранения (контрольные точки – 1 мес и 3 мес) притемпературе –20 ± 2 °С.После закаливания мороженого была проведенаорганолептическая оценка образцов. Отмечено, чтоконтроль обладает сладким вкусом по сравнению сопытными образцами. Все образцы, в состав которыхвходит трегалоза, имеют мелкокристаллическуюструктуру. Это подтверждается микрофотографиямикристаллов льда в мороженом (рис. 1, 2).При визуальной оценке фотографий через3 месяца хранения очевидно, что в мороженом ссахарозой кристаллы значительно крупнее, чем вобразцах с трегалозой.На рисунках 3–5 представлены кривыераспределения кристаллов льда по размерам послезакаливания через 1 и 3 месяца хранения.Данные рисунков 3 и 4 свидетельствуюто том, что в течение 1 месяца хранения непроисходит изменений в размерах кристалловльда. Средние размеры кристаллов льда в образце№ 1 увеличиваются с 19 до 20 мкм, в образце № 3с 20 до 21 мкм, а в образцах № 2 и № 4 сохраняютстабильность на уровне 18 и 23 мкм соответственно.Как следует из данных, приведенных на рисунке5, использование трегалозы в рецептурах мороженогоприводит к увеличению дисперсности кристалловльда. Пик дифференциальной кривой распределениякристаллов льда по размерам через 3 месяца хранениясо значения 35 мкм в контрольном образце смещаетсявлево на значения 15 и 18 мкм в образцах с трегалозой.В образцах с трегалозой значительная частькристаллов льда характеризуется размером – не более45 мкм при пороге органолептической ощутимостине более 50 мкм, в контрольном образце не болееРисунок 3. Кривые распределения кристаллов льда послезакаливания мороженогоFigure 3. Distribution curves of ice crystals after ice cream hardeningРисунок 4. Кривые распределения кристаллов льда через1 месяц хранения мороженогоFigure 4. Curves of ice crystal distribution after 1 monthof ice cream storage455Ландиховская А. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 3 С. 450–45960 мкм. Следует отметить, что при массовой долетрегалозы 3, 7,5 и 15,5 % дисперсность кристалловльда не отличается. Отмечается незначительновыраженная тенденция снижения дисперсностикристаллов льда при увеличении массовой долитрегалозы в мороженом. Это также подтверждаетсяизмерениями средних размеров кристалловльда: контроль – 37 мкм, образец № 1 – 24 мкм,образец № 2 – 23 мкм, образец № 3 – 22 мкм.В таблице 2 представлена количественнаядоля (%) кристаллов льда размером до 50 мкм вобразцах в процессе хранения.Исследование влияния трегалозы наконсистенцию продукта. Учитывая положительноевлияние трегалозы на дисперсность кристалловльда, исследовали ее влияние на взаимосвязанныйпоказатель – консистенцию.К показателям, оказывающим влияние наконсистенцию мороженого, относятся эффективнаядинамическая вязкость смеси, взбитость мороженогопри выгрузке его из фризера и дисперсностьвоздушной фазы.На рисунке 6 представлены показатели дина-мической вязкости смеси после приготовления иохлаждения до температуры созревания 4 ± 2 °С приградиенте сдвига на срез 0,83 с–1.Полученные данные свидетельствуют отенденции увеличения динамической вязкости прииспользовании трегалозы для полной и частичнойзамены сахарозы. По мере увеличения количествавносимой трегалозы и уменьшения массовойдоли сахарозы вязкость смеси для мороженогоувеличивается. В образце № 3 (3 % трегалозы)значение показателя вязкости на уровне этогопоказателя в контрольном образце (15,5 % сахарозы).В образцах № 2 (7,5 % трегалозы) и № 1 (15,5 %трегалозы) вязкость увеличивается в 1,1 и 1,2 разасоответственно по сравнению с контрольнымобразцом.Поскольку молекулярная масса трегалозы исахарозы находится на одном уровне, то заменаодного компонента другим не вносит измененийв технологические режимы работы оборудованияпри фризеровании. Мороженое выгружалось притемпературе от –5,2 до –5,5 °С. Взбитость мороженогопосле фризерования в образце № 1 составила 118 %,в № 2 – 92,5 %, в № 3 – 68 % и в контроле – 94 %.При изготовлении мороженого использовался фризерпериодического действия без принудительнойподачи воздуха под давлением, как и во фризерахнепрерывного действия. Следует отметить, что вРисунок 5. Кривые распределения кристаллов льдачерез 3 месяца хранения мороженогоFigure 5. Distribution curves of ice crystals after 3 monthsof ice cream storageТаблица 2. Количественная доля кристаллов льда размером не более 50 мкмTable 2. Quantitative fraction of ice crystals of ≤ 50 microns in sizeЭтап исследования Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 Контрольпосле закаливания 99,0 99,0 98,0 96,0через 3 месяца хранения 97,0 97,0 96,0 78,0Рисунок 6. Динамическая вязкость смесив образцах после охлажденияFigure 6. Dynamic viscosity of the mix in the samples after coolingОбразец № 1 Образец № 2Образец № 3 КонтрольРисунок 7. Микрофотографии состояния воздушной фазыв мороженом после закаливанияFigure 7. Micrographs of the air phase in ice cream after hardening456Landikhovskaya A.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 3, pp. 450–459образцах только с одним дисахаридом взбитостьвыше, чем при их совместном использовании. Вобразце, где соотношение трегалозы и сахарозы1:1, взбитость выше в 1,4 раза, чем в образце ссодержанием трегалозы 3 % и сахарозы 12,5 %. Привыгрузке из фризера мороженое только с трегалозойболее плотное и менее пластичное при фасовании.Способность к насыщению воздухом упала вобразце № 3. Можно предположить, что композициятрегалозы (3 %) и сахарозы (12,5 %) оказываетотрицательное воздействие на способность снижатьповерхностное натяжение на границе раздела фаз«воздух-плазма». Это привело к потере системнойспособности к насыщению воздухом.Помимо динамической вязкости и взбитости,на консистенцию мороженого оказывает влияниедисперсность воздушной фазы. Насыщение воздухомпроисходит на стадии фризерования продукта, каки первичное зарождение кристаллов льда. Поэтомуможно говорить о взаимосвязи этих процессов.На рисунке 7 приведены микрофотографиивоздушных пузырьков после закаливания образцов.Как видно на фотографиях, наиболее крупныепузырьки в образце № 3. Это также подтверждаетсяизмерением среднего диаметра воздушныхпузырьков. В образцах № 1 и № 2 он составил 15 мкм,в образце № 3 – 21 мкм, в контроле – 16 мкм.Стоит отметить, что через 3 месяца хранения среднийдиаметр в образцах № 1 и № 2 увеличился в 1,4 и1,7 раза соответственно, в образце № 3 – 1,3 раза,в контроле – в 1,9 раза. Таким образом, подисперсности воздушной фазы наиболее стабиленобразец № 3. Это обусловлено его наименьшейвзбитостью.В таблице 3 представлена количественная доля (%)воздушных пузырьков размером до 50 мкм в течение3 месяцев храненияСледует отметить, что через 3 месяца хранениямаксимальная дисперсность воздушной фазыотмечена в образце № 1 с 15,5 % трегалозы, анаименьшая дисперсность у контрольного образца.Различия между ними составили 17 %. В образцахс частичной заменой сахарозы на трегалозудисперсность воздушной фазы не отличается.Расхождения между ними на уровне 2 %.Стоит отметить, что мелкие кристаллы льда впроцессе хранения оказывают меньшее воздействиена дисперсность воздушной фазы.Таким образом, внесение в мороженое трегалозыв количестве 15,5 %, 7 % и 3 % положительносказывается на дисперсности воздушной фазы.ВыводыВ результате исследования влияния полной ичастичной замены сахарозы трегалозой с цельюповышения дисперсности кристаллов льда вмороженом с низкой массовой долей жира и сухихвеществ установлено:– использование трегалозы в количестве не менее,чем 3 % для замены сахарозы приводит к заметномуповышению дисперсности кристаллов льда иее сохранению в процессе хранения продукта.Значительная часть кристаллов льда характеризуетсяразмером – не более 45 мкм при порогеорганолептической ощутимости не более 50 мкм;– замена сахарозы на трегалозу оказывает положи-тельное влияние на консистенцию мороженого: посравнению с показателями контрольного образцав образце с массовой долей трегалозы 15,5 %динамическая вязкость выше в 1,2 раза, содержаниевоздушных пузырьков размером менее 50 мкмувеличилось почти на 20 %.Проведенные исследования показывают целесо-образность полной или частичной замены саха-розы на трегалозу в производстве мороженогофункциональной направленности (с низким содержа-нием жира и сахарозы).Критерии авторстваА. В. Ландиховская – обзор литературы, прове-дение и обработка результатов экспериментальныхисследований. А. А. Творогова – постановка инаучное руководство исследованиями. Н. В. Казакова– методология экспериментальных исследований.И. А. Гурский – микроструктурные исследованиякристаллов льда.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.БлагодарностиВыражаем благодарность компанииООО «Торгснаб» за предоставленную трегалозудля проведения исследования.ContributionA.V. Landikhovskaya reviewed scientific sources,conducted the experimental studies, and processed theresults. A.A. Tvorogova acted as scientific advisor,defined the research objectives, and stated the problem.N.V. Kazakova developed the experimental researchmethodology. I.A. Gursky performed the microstructuralstudies of ice crystals.