المثبتات و المستحلبات المستخدمة بصناعة الايس كريم

بسم الله الرحمن الرحيم
المواد المثبتة للقوام (Stabilizers)

المثبتات قبل أن يطلق عليها هذا المصطلح كانت تعرف بأسماء مختلفة منها على سبيل المثال Holders, colloids, binders and fillers حيث يعتبر العالم Frandsen أول من أطلق عليها مصطلح المثبتات بداية من عام 1915

تتميز تلك المواد بقدرتها على الاحتفاظ بالماء ولكن بدرجات مختلفة ولذلك فان من أهم استخدامات المثبتات في صناعة الايس كريم هي :

1- إكساب الايس كريم نعومة وقوام مرغوبين
2- تؤثر في خاصية ذوبان الايس كريم
3- تأخير أو تقليل حجم البللورات الثلجية أثناء التخزين
4- زيادة المقاومة للانصهار
5- توحيد صفات المنتج

وعموما فهي تضاف بمقادير صغيرة


دور المثبتات يمكن أن يأتي من خلال إما:-

1- تكوين الحالة الجيلية gel structure في الماء (حيث يحجز الجل المكونات الأخرى في شكل شبكة ثلاثية الأبعاد)
2- الارتباط مع الماء (تشرب الماء)

- اى أن المثبتات تؤدى زيادة اللزوجة كنتيجة لعملية الارتباط بالماء التي حدث ولتكوين الشبكة الجيلية التي تحجز المكونات بداخلها كما تتداخل مع بعض المكونات الدقيقة macromolecules في المنتجات المجمدة
- يجب ملاحظة أن المواد المثبتة عادة ما تستخدم بنسب ما بين 0.25 – 1% في المخلوط ولكن كنتيجة لعملية التجميد تقل كمية الماء المذيبة للمكونات لتحول جزء من هذا الماء إلى بللورات ثلجية مما يعنى أن تركيز المواد المثبتة يزيد لعدة أضعاف في الوسط الذي لم يتجمد بعد

استخدام المثبتات Uses of stabilizers
يلاحظ أن المنتجات المجمدة إذا ارتفعت درجة حرارتها ثم انخفضت فان ذلك يعنى انصهار للبلورات الثلجية ثم تجميدها مرة أخرى وهذا التباين في درجات حرارة المنتجات المجمدة صعودا وهبوطاً (Fluctuation) يؤدى إلى انصهار البللورات الثلجية ثم تجميدها مرة أخرى مما يؤدى إلى حدوث تغيرات غير مرغوبة في التركيب البنائى لتلك المنتجات ومن هنا تأتى أهمية المواد المثبتة التي تعمل على ربط جزء من الماء مما يعنى تقليل الكمية من الماء التي تتحول إلى صورة بللورية ثم تنصهر مرة أخرى

• كمية المثبتات ونوعها التي يمكن استخدامها مع مخاليط الايس كريم تتباين تبعاً لعدة أمور منها:-

أ‌- تركيب المخلوط
ب‌- درجات الحرارة
ت‌- الضغوط المستخدمة
ث‌- درجات حرارة التخزين
ج‌- مدة التخزين
ح‌- وقت العملية التصنيعية

- بصفة عامة تستخدم لمثبتات بمعدل 0.1 – 0.5% مع مخاليط الايس كريم
- المخاليط الغنية بالدهن أو ذات الجوامد الكلية 40% وكذلك المخاليط المحتوية على الشيكولاتة أو التي تعرضت لدرجات حرارة مرتفعة أثناء البسترة تحتاج إلى المثبتات بنسبة اقل من المعتاد بعكس الحال مع المخاليط ذات الجوامد الكلية 37% أو التي عوملت بالبسترة العادية
- المنتجات اللادهنية Non fat products تحتاج إلى المثبتات بنسبة تزيد عن 1%

أنواع المثبتات Kind of stabilizers

يمكن تصنيف المثبتات التي تستخدم مع مخاليط الايس كريم إلى :-

أ‌- مثبتات من اصل بروتينى ويمثلها الجيلاتين

ب‌- مثبتات أساسها السكريات العديدة والتى تضم :
- المواد السليلوزية
- الصموغ الميكروبية
- الصموغ البذرية
- بعض الافرازات النباتية Plant exudates
- مستخلصات الطحالب

كل نوع من أنواع المثبتات لة تأثير معين على القوام والتركيب ونقطة الانصهار والثبات أثناء التخزين

الجدول التالي يوضح أنواع المثبتات المختلفة وبعض خصائصها:

نوع المثبت
مثبتات من اصل بروتينى ويمثلها الجيلاتين

البكتينات ويمثلها Low and high methoxyl

المواد السليلوزية ويمثلها
- الصوديوم كربوكسى ميثيل سليلوز (CMC)
- ال Microcrystalline cellulose
- المثيل ايثيل سليلوز Methyl ethyl cellulose
- الهيدروكسى بروبيل Hydroxypropyl
- هيدروكسى بروبيل مثيل سلليلوز Hydroxy propyl methyl cellulose

الصموغ الميكروبية ويمثلها Xanthan

الصموغ البذرية Seed gums ويمثلها
- Locust bean
- Guar
- Psyllium

الافرازات النباتية ويمثلها
- Arabic
- Ghatti
- Karaya
- Tragacanth gums

مستخلصات الطحالب ويمثلها
- الاجار
- الاليجينات
- الكارجينان


خصائص المثبتات السابقة:-

1- الاجار
- غير شائع الاستخدام في صناعة الايس كريم
- يجب اذابتة في ماء يغلى
- يستخدم عادة بنسبة 0.1 – 0.5%
- يعتبر مكلف من الناحية الاقتصادية

2- الاليجينات -
- تذوب في الماء البارد
- تترسب في وجود كالسيوم اللبن الا إذا تم ربط الكالسيوم ببعض المواد المكلبشة مثل السترات او الفوسفات
- تستخدم عادة بمعدل 0.1 – 0.5%
- تعتبر غير شائعة الاستخدام في مخاليط الايس كريم
- تعتبر مكلفة من الناحية الاقتصادية

3- الكربوكسى مثيل سليلوز -
يعرف بأسم صمغ السليلوز Cellulose gum
- سهل الذوبان في مخاليط الايس كريم
- يتميز بقدرة كبيرة على ربط الماء
- يكون شبكة جيلية ضعيفة بمفردة ولكن في وجود الكارجينان وال Locust bean gum او صمغ الجوار يكون شبكة جيلية قوية
- يستخدم بمعدل 0.1 – 0.2%
- متوسط التكلفة الاقتصادية

4- الجيلاتين
- ينتج من مواد بروتينية حيوانية
- يستعمل بمقدار ضئيل
- يمكن الحكم على جودة الجيلاتين على أساس لزوجة المحلول وسرعة تكوين مستحلب وقوة الجل الناتج

5- الكارجينان Carregeenans
يعرف كذلك باسم Irish moss
- تستخدم الكارجينان عادة بنسبة 0.02 – 0.15%
- ويوجد منة ثلاثة أنواع على حسب محتواة من الكبريت Sulfate كما يلي

Lambda
- يحتوى على نسبة كبيرة من الكبريت
- يذوب في الماء البارد مكونا جيل ضعيف

Iota
- يذوب في اللبن الساخن 55م
- يكون جل مقاوم للترشيح بسهولة

Kappa
- يذوب في اللبن الساخن (اكبر من 70م)
- يكون جيل متفتت Brittle gels والذي يقاوم الترشيح


- مع المخاليط الساخنة تؤدى إلى تكوين لزوجة منخفضة نتيجة لوجودها في صورة فردية ولكن في حالة تبريد المخلوط تزيد اللزوجة لارتباط الوحدات الفردية وتزيد قوة الجل الناتج في حالة إضافة ايونات الكالسيوم
- ال Kappa تتفاعل بصورة جيدة مع ال Locust bean gum مكونة جل يتميز بانةElastic and cohesive بدون اى راشح
- مستخلصات الكارجينان السابقة والتي مصدرها الطحالب الحمراء لا تتواجد في الطبيعة في صورة نقية ولكن توجد في صورة مختلطة
- كلا من ال Kappa وال Iota ترتبطان مع الكازين بروابط الكتروستاتيكية مكونة شبكة ثلاثية الأبعاد
- تعتبر مكلفة اقتصاديا

6- جل السليلوز Cellulse gel
يعرف أيضا باسم Microcrystalline cellulose
- عبارة عن بوليمرات لسكر الجلوكوز
- لها المقرة على ربط الماء
- يعطى إحساس مشابة جزئيا لوجود الدهن في الفم حيث يحدث تغطية للفم ولكن بدون إحداث عملية تشحيم أو Lubricate
- يستخدم مع المنتجات اللادهنية بنسبة 0.2 – 0.8%
- متوسط التكلفة الاقتصادية

الصموغ
لبعض أنواع الصموغ القدرة على امتصاص الماء ولذلك فهي تصلح كمواد مثبتة للقوام في صناعة المثلوجات ويشترط في الصموغ الا يكون لها تأثير سيء على الصحة العامة والا يكون لها قيمة غذائية كبيرة هذا ومن أنواع الصموغ التي يمكن استخدامها:-
1- الصمغ العربي ويستخرج من بعض النباتات
2- صمغ بذور الخروب ويستخرج من بذور الخروب الأسود
3- صمغ الجوار Guar gum
4- صمغ الكرايا Kraya gum

7- صمغ الجوار Guar gum
- عبارة عن تكرار لسكر المانوز مع وجود ارتباط فرعى لوحدة فردية لسكر الجلاكتوز
- يذوب على البارد بسهولة لذلك يفضل استخدامة مع المخاليط التي سوف تبستر بطريقة HTST لضمان تمام الإذابة قبل البسترة
- التركيزات البسيطة منة تزيد من اللزوجة
- يميل إلى ترسيب بروتينات اللبن الا إذا استخدم في وجود الكارجينان
- يستخدم عادة بمعدل 0.05 – 0.3% مع مخاليط الايس كريم بينما في حالة الشربت والثلجيات Ices يستخدم بمعدل 0.25 – 0.5%
- يعتبر مكلف من الناحية الاقتصادية

محسنات الايس كريم Ice cream improvers

أشارت العديد من الأبحاث التي أجريت بغرض دراسة الدور الذي تلعبة الصموغ ومستخلصات المنفحة في تحسن خواص الايس كريم حيث خلصت تلك الأبحاث إلى فشل تلك المحسنات في إكساب الايس كريم القوام والتركيب المرغوب حيث أن عمليات التخزين غالبا ما كانت تؤدى إلى انكماش المنتج وخصوصا عند استخدام مستخلصات إنزيم الرينين ولكن بعض الدراسات الحديثة والتي أجرى فيها عمليات تحليل جزىء للكازين باستخدام تركيزات بسيطة من الكيموسين للتأثير جزئيا على تجمعات ميسلات الكازين حيث أضيف الكيموسين إلى مخلوط الايس كريم المحتوى على 2% دهن والمبستر بالطريقة البطيئة (وذلك للسماح للكيموسين بان يتفاعل لمدة 20 دقيقة قبل أن يتحول إلى صورة غير نشطة على 65 م محدثا درجة كافية من التحلل للكاباكازين لزيادة اللزوجة من 60 إلى 1300 سنتى بواز) فقد لوحظ ان التركيب البنائى أصبح ناعما بدرجة ملحوظة كما تحسنت خاصية الثبات الحراري كذلك لم تلاحظ حالات الانكماش في المنتج أثناء التخزين على -20م لمدة 3 شهور (حالات الانكماش التي لوحظت في الأبحاث القديمة يمكن إرجاعها إلى عملية التحلل المستمرة للكازين في المنتجات المجمدة)

خامسا المواد المستحلبة Emulsifiers

المواد المستحلبة عبارة عن مجموعة من المركبات تعمل على تركيز نفسها في البيئة الفاصلة بين وسطين غير ممتزجين (مثال الدهن و الماء) وتعمل على تقليل التوتر السطحي بين هذين الوسطين اى أن تلك المركبات تعتبر مواد متعددة الاوجة تظهر خواص محبة للماء وكذلك خواص محبة للدهن وبشيء من الاختصار يمكن القول بأنها مواد تعمل على إيجاد معلق ثابت من سائلين غير مختلطين طبيعياً

يلاحظ أن اللبن والقشدة وبعض منتجات الألبان الأخرى التي تدخل ضمن تركيب مخاليط الايس كريم تحتوى على بعض المستحلبات موجودة بشكل طبيعي ولكنها غير كافية لتغطية وتثبيت حبيبات الدهن Enrobe and stabilize ولذلك تستعمل أحيانا بعض المواد المستحلبة في صناعة المثلوجات نظرا لان الدهون لا تختلط جيدا بالماء بل ينفصلان في صورة طبقتين

يعتبر الليثيسين من مواد الاستحلاب الطبيعية التي تتواجد في اللبن كما أن جوامد البيض كذلك تحتوى على كمية كبيرة من الليثيسين وبالتالي فان استخدامها مع بعض أصناف الايس كريم مثل الكاسترد Casterd يؤدى إلى زيادة النعومة كنتيجة لاحتوائها على الليثيسين بتركيزات كبيرة حيث يعتبر استخدام نسبة 0.5% من جوامد البيض مقبولا للحصول على تأثيرات ملحوظة في أصناف الايس كريم السابقة بينما بعض أصناف الايس كريم الفرنسية المحتوية على فانيليا تتطلب نسبة 1.4% من جوامد البيض للحصول على تلك التأثيرات المرغوبة

يستخدم مع مخاليط الايس كريم نوعين رئيسين من مواد الاستحلاب وهما:-

1- الجلسريدات الاحادية والثنائية Mono and Diglycerides والتي تشتق من الزيوت أو الدهون سواء من مصدر حيواني أو نباتي بالتحلل الجزىء

2- البولى سوربات 80 Polysorbate 80 عبارة عن استر السوربيتان المكون من السوربيتول المرتبط مع الحامض الدهنى اوليك وفى وجود مجموعات الاوكسى ايثلين Oxyethylene group

• مخاليط الايس كريم بصفة عامة تجرى عليها عمليات تجنيس بغرض تقليل إحجام حبيبات الدهن من اجل زيادة نعومة المنتج النهائي حيث تؤدى عملية التجنيس إلى إنتاج حبيبات دهنية عارية من الغلاف الدهنى في صمام أجهزة التجنيس نتيجة للضغط الشديد وبمجرد تكون الحبيبات الدهنية الجديدة نتيجة لعملية التفتت التي تحدث للحبيبات الكبيرة فان الحبيبات الصغيرة الناتجة تبدأ في احاطة نفسها بغلاف دهنى جديد حيث نلاحظ أن عدد الحبيبات الدهنية قد زاد بشكل كبير وكذلك مساحة السطح النهائية لتلك الحبيبات مما يعنى أنها تحتاج إلى كميات كبيرة من مواد الوسط المحيط لكي تدمص وتثبت الحبيبات الدهنية الجديدة المتكونة ومن تلك المواد التي تدخل في تغليف الحبيبات الدهنية الجديدة :
- ميسلات وتحت ميسلات الكازين Sub units of casein micelles
- بروتينات الشرش
- مواد الاستحلاب

• كنتيجة لعمليات التبريد التي تتم للمخلوط المجنس وعملية التعتيق على 4م تحدث عمليات إعادة ترتيب لمكونات الاغلفة الجديدة حيث تدمص المواد المستحلبة بشدة أقوى من البروتين كما أنها تميل إلى أن تحل محل البروتينات في الغلاف النهائي
• عملية إعادة التكوين تلك تعمل على تقليل صافى الطاقة الحرة للمستحلب وكذلك كمية الكازين المدمصة لكل وحدة من وحدات مساحة السطح للحبيبات الدهنية
• الصور المختلفة لمركبات Polyoxyethylene sorbitan (مركبات ال Tweens) التي تستخدم كواد مستحلبة لها تأثير كبير في كسر حالة الثبات لحبيبات الدهن (Fat destabilization) حيث تعمل على تجميع الحبيبات بقوة اكبر من مشتقات ال Sorbitan والتي تعرف باسم (Spans)

• عملية التعتيق التي تجرى لمخاليط الايس كريم على درجات حرارة 2-5م تعتبر ضرورية لإحداث تشرب للمواد المثبتة وكذلك التبلور الجزىء للدهن حيث يعمل الجزء المتبلور من الدهن على تسهيل تهتك حبيبات الدهن وبالتالي تجمعها كما أنة أثناء عملية التبريد نجد أن الجلسريدات ذات درجات الانصهار المرتفعة تكون طبقات متبلورة مركزة حول معظم جوانب غشاء حبيبات الدهن بينما يتركز الدهن السائل في قلب حبيبات الدهن كما أن النسبة بين الوسط الصلب والسائل تزيد كلما انخفضت درجات الحرارة ولكن عملية التبلور تحتاج إلى وقت وكنتيجة لعملية التهتك التي تحدث في أغشية حبيبات الدهن نجد أن الدهن السائل المنطلق من قلب حبيبات الدهن يعمل كوسط ربط (كأنة مادة اسمنتية) للبلورات كما تلتصق حبيبات الدهن السليمة التي لم تحدث لها عمليات تكسير حيث أن التكوين الشبكى الحادث يحجز بداخلة مكونات السيرم (اللبن الفرز) والخلايا الهوائية مما يعنى حدوث تغير في التوترات السطحية البينية (بين الهواء – السيرم) وبين (الدهن – السيرم) والتي تؤدى إلى تحرك البروتينات من الوسط البينى بين (الدهن – السيرم) إلى سطح الفقاعات الهوائية
• نتيجة للنظام الديناميكي المستمر السابق يحدث تكوين للفقاعات الهوائية وانهيارها وإعادة تكوينها كنتيجة لقوى القص السابقة
• عملية هجرة البروتين السابقة وانفراد الدهن في الوسط البينى بين (الهواء – السيرم) يمكن أن تؤدى إلى إحداث عملية خض كاملة للدهن واستمرار تلك العملية (عملية الخض) بصورة كبيرة فمن الممكن ان تظهر بعض العيوب في المنتج النهائي والتي منها الإحساس الدهنى في الفم وقد تلاحظ بعض حبيبات الزبد في المنتج النهائي كذلك
• يلاحظ أن إضافة بروتينات الشرش في مخاليط الايس كريم وخصوصا في صورة
Whey protein isolate (WPI) (95% بروتين) تزيد بدرجة معنوية من معدل التجمع لحبيبات لدهن Destabilization fat أثناء عملية التجميد اى أنة يمكن الاستغناء عن مادة الاستحلاب إذا اضيفت مستخلصات بروتينات الشرش WPI بنسبة 3% وجوامد لا دهنية بنسبة 8% ولكن من مشاكلها الرئيسية زيادة اللزوجة نتيجة لعمليات الترسيب التي تحدث بفعل الحرارة لتلك البروتينات
• كازينات الصوديوم تعتبر مادة استحلاب قوية لدهن اللبن حيث أدى استخدام كازينات الصوديوم مع مخاليط الايس كريم إلى تحسين القابلية للخفق بدرجة ملحوظة بينما تزيد من ثبات حالة الاستحلاب بدرجة كبيرة
• اى أنة يمكن القول اجمالا أنة إذا أمكن التحكم في لزوجة المخاليط فان ال WPI يمكن استخدامة كبديل للمثبتات والمستحلبات

 بصفة عامة يمكن تلخيص أهم الأدوار التي تلعبها مواد الاستحلاب كما يلى:-

1- تحسن من درجة انتشار الحبيبات الدهنية وبخاصة في حالة المخاليط التي يستخدم فيها الزبد أو الزيوت النباتية
2- تساعد في تحسين عمليات لخفق وإدماج الهواء
3- تحسن من نعومة التركيب البنائى للمنتج النهائي
4- تزيد من مقاومة المنتج للانكماش
5- تعمل على إنتاج منتج جاف وصلب وفى نفس الوقت ناعم dry, stiff and smooth

• استخدام المثبتات والمستحلبات على النطاق الصناعي :-

المثبتات التجارية عبارة عن خلطات من بعض المواد المثبتة ومواد الاستحلاب بتركيزات مختلفة حيث يتم تكوين تلك الخلطات بواسطة بعض المتخصصين والمهتمين بهذا المجال

من أكثر المكونات استخداما مع مخاليط الايس كريم ياتى صمغ الجوار وصمغ بذور الخروب والكارجينان وصمغ السليلوز والجلسريدات الاحادية والثنائية والبولى سوربات 80

حيث تستخدم تلك الخلطات السابقة بنسبة 0.8 – 1% مع الايس كريم المحتوى على نسب دهن منخفضة