بهینه سازی فرمول بستنی وانیلی با کمک جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی به روش سطح پاسخ

مقدمه

بستنی یکی از محبوبترین فرآورده های لبنی در ایران و بسیاری از کشورهای جهان به شمار می آید و از طرفداران بسیاری در گروه های مختلف سنی برخوردار میباشد. بستنی یک دیسپرسیون غذایی پیچیده می باشد که در آن سلول های هوا درون فاز نیمه منجمد مایع پراکنده شده اند.

بستنی شامل مخلوطی از اجزای شیر، شیرین کننده، پایدارکننده، امولسیفایر و مواد عطر و طعم دهنده می باشد. کیفیت محصول نهایی نه تنها به شرایط فرآوری و یا بازده انجماد وابسته است بلکه اجزاء تشکیل دهنده، مقدار هوای محبوس شده و میزان کریستال های یخ نیز نقش مهمی در آن دارند. ساختار فیزیکی بستنی بر ویژگی های ذوب شدن ، سرعت ذوب شدن و بافت (سفتی) بستنی اثر قابل توجهی می گذارد. بهبود و گسترش ساختار بستنی به ماکرومولکولهای موجود در مخلوط بستنی، چربی شیر، پروتئین و کربوهیدارت ها نسبت داده می شود.

مصرف غذاهای فراسودمند راهکاری نوین جهت رساندن ترکیبات مفید به بدن در قالب رژیم غذایی است. با گسترش تجارت این گونه مواد غذایی، تمایل مصرف کنندگان نسبت به استفاده از آنها در رژیم غذایی افزایش یافته است. استفاده از فرآورده های طبیعی و گیاهی هم، به عنوان جایگزین بخشی از ماده جامد بدون چربی مانند تاثیر جایگزینی مواد جامد کل بستنی با بادام بر ویژگی های فیزیکی و حس بستنی و هم، به عنوان یک ترکیب فراسودمند در بستنی مانند تولید بستنی فراسودمند حاوی پودر جلبک مورد تحقیق قرار گرفته است.

کینوا به عنوان یک پروتئین با ارزش بیولوژیکی بالا می تواند در محصولات مختلف غذایی به جهت غنی سازی و تأثیر مثبت آن بر خواص فیزیکی و حسی محصول به کار گرفته شود . گیاه کینوا از گیاهان دو لپه ای و  خانواده تاج خروسیان و زیرخانواده اسفناجیان به عنوان یک گیاه پهن برگ (با ارتفاع 5-4 متر) توسط هندی ها به عنوان یک گیاه مقدس با نام "دانه مادر" شناخته می شود. مصرف این گیاه به عنوان یک شبه غله توسط بومیان منطقه آند در آمریکای جنوبی قدمت طولانی دارد.

کینوا از نقطه نظر ویژگی تغذیه ای بسیار مورد توجه است. دانه کینوا فاقد گلوتن و غنی از نشاسته است و از این رو مصرف آن توسط بیماران سلیاک مناسب است. دانه کینوا شامل 50-44 درصد پروتئین با ترکیب کامل آمینواسیدها است، که عمدتاً غنی از اسیدهای آمینه ضروری مانند متیونین و لیزین میباشد. کینوا منبع غنی از مواد معدنی (پتاسیم، کلسیم، فسفر، آهن، روی، منیزیم و سلنیوم) است. از نظر محتوی لیپیدها، کینوا دارای اسیدهای چرب اشباع نشده به ویژه لینولئیک (55 )%و اولئیک (55 )%است. علاوه براین، شامل توکوفرول ها و کاروتنوئیدها است که دارای فعالیت آنتی اکسیدانی و ضدسرطانی می باشد .

تاکنون عملکرد جایگزین کننده های بسیاری در فرمولاسیون بستنی های مختلف توسط محققان مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در همین راستا، مهدیان و همکاران اثر کاربرد آرد کامل سویا بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی و حسی بستنی را مورد بررسی قرار دادند. آنها اعلام کردند که به دلیل توانایی جذب آب بالاتر پروتئین های سویا در مقایسه با پروتئین های شیر، با افزایش درصد آرد سویا در ترکیب بستنی وزن مخصوص نمونه ها کاهش و ویسکوزیته نمونه ها افزایش یافت.

دیگر پژوهشگران تأثیر جایگزینی ماده جامد بدون چربی شیر با کنسانتره پروتئین سویا بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی و حسی بستنی را مورد مطالعه قرار دادند. با افزایش میزان کنسانتره پروتئین سویا، ویسکوزیته نمونه ها به طور معنی داری افزایش یافت که میتواند به دلیل محتوی پروتئین بالاتر سویا در مقایسه با پروتئین شیر باشد.

 رسولی و همکاران گزارش کردند که حضور اسپیرولینا در فرمول بستنی به طور معنی داری موجب افزایش ویسکوزیته و مقاومت به ذوب و کاهش تغییرات حجم بستنی سنتی می شود. آنها دلیل این مشاهده را به محتوی بالای پروتئین، خاصیت امولسیفایری و جذب آب ریز جلبک اسپیرولینا نسبت دادند.

اکسون گزارش کرد که افزودن اسپیرولینا به بستنی موجب می شود تا در طول فرآیند هموژنیزاسیون، حجم کف افزایش یابد. در واقع افزودن جایگزین کننده های غنی از پروتئین به بستنی میتواند باعث افزایش حجم کف، افزایش حجم هوای به دام افتاده در داخل مخلوط بستنی و بهبود هوادهی گردد.

کودینا و همکاران  ویژگی های رئولوژیکی و ریز ساختاری ماست غنی شده با کینوا را مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان داد که افزودن آرد کینوا به شیر منجر به افزایش اسیدیته، کاهش pH و تسریع تشکیل ژل میشود. بررسیهای رئولوژیکی نیز نشان داد که نمونه های ماست دارای رفتار رقیق شونده با برش هستند. در غلظت بالاتر از 4 %آرد کینوا، اندیس رفتار جریانی کاهش، در حالیکه ضریب پایداری و ویسکوزیته ظاهری به طور معنی داری افزایش یافت. علاوه براین، تصاویر میکروسکوپی نشان داد که در غلظت های بالای کینوا، مقاومت ماست به آب اندازی کاهش یافت.

 صمغ پانیسول به عنوان یک ترکیب امولسیفایر و پایدارکننده با بار الکتریکی منفی، دارای مخلوطی از مونو و دی گلیسرید، سلولز، صمغ گوار و کاراجینان تولیدی از شرکت دنیسکو دانمارک موجب بهبود ساختار بستنی میگردد. هدف از پژوهش حاضر جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی (صفر تا صد درصد)(، روغن هیدروژنه گیاهی (5/4 تا 5/8 درصد) و صمغ پانیسول (55/0 تا 55/0 درصد) جهت دستیابی به فرمول بهینه تولید بستنی وانیلی با کمک روش سطح پاسخ بود.

مواد و روش ها

مواد اولیه مصرفی جهت تولید بستنی از جمله شیر پاستوریزه ) 4/5 درصد چربی) از شرکت دامداران تهران، شیر خشک بدون چربی از شرکت آرین لبن نقش جهان اصفهان، آرد سفید کینوا (رطوبت 8 درصد، پروتئین 8/45 درصد، چربی 5/5 درصد، کربوهیدرات 55 درصد، خاکستر 7/4 درصد و فیبر 4 درصد)از شرکت کیان فود تهران، شکر از شرکت قند اصفهان، روغن هیدروژنه گیاهی از شرکت آفتاب بهشهر، وانیل از شرکت شانگال فوکسین چین و صمغ پانیسول از شرکت دنیسکو دانمارک تهیه شدند.

آماده سازی نمونه ها

پس از تنظیم نسبت ترکیبات در فرمولاسیون نمونه های مختلف بستنی، میزان مواد اولیه هر فرمول توزین شد. سپس شیر تا حدود 45 درجه سانتیگراد حرارت داده شد و سایر اجزاء که از قبل کاملا با هم مخلوط شده بودند، به آرامی به آن اضافه و مخلوط شد. سپس مخلوط در دمای 85 درجه سانتیگراد به مدت 45 دقیقه پاستوریزه گردید. پس از اتمام عملیات پاستوریزاسیون، مخلوط سریعاً در حمام آب و یخ خنک و به مدت 54 ساعت در یخچال 4 درجه سانتیگراد نگهداری شد.

بعد از مرحله رسیدن، مخلوط در یک دستگاه بستنی ساز 5/4 لیتری انجماد1 ساعته و سپس در فریزر 48 -درجه سانتیگراد مرحله انجماد 45 ساعته را سپری کرد. نمونه های بستنی درون ظروف پلاستیکی درپوش دار بسته بندی و جهت طی دوره سخت شدن، در دمای 48 -درجه سانتیگراد نگهداری شدند. به منظور بهینه یابی شرایط فرآیند، متغیرهای مستقلA  (درصد جایگزینی آرد کینوا(، B )درصد روغن هیدروژنه گیاهی( و ) C درصد صمغ پانیسول) در پنج سطح  انتخاب شدند.

اندازه گیری تغییرات حجم (آور ران)

در ارزیابی میزان تغییرات حجم نمونه ها از ظروفی با حجم مشخص استفاده شد. پس از انجماد محصول در بستنی ساز، از مخلوط نمونه گیری صورت گرفت. سپس نمونه مورد نظر توزین گردید و افزایش حجم بر حسب درصد با استفاده از رابطه (4) محاسبه شد.

100×حجم وزن مشخصی از بستنی /(حجم وزن مشخصی از مخلوط اولیه -حجم وزن مشخصی از بستنی)=(%)آور ران

 اندازه گیری سرعت ذوب شدن

سرعت ذوب با توزین 50 گرم بستنی منجمد و قرار دادن آن بر روی یک توری با ابعاد 5/0×5/0 سانتیمتر که بر روی یک ظرف با وزن مشخص در دمای 55 درجه سانتیگراد قرار داشت و هر 40 دقیقه یک بار وزن ظرف و بستنی ذوب شده داخل آن یادداشت و سرعت ذوب بر حسب گرم بر دقیقه اندازه گیری شد .

اندازه گیری پارامترهای بافت

بافت بستنی پس از 5 روز نگهداری در دمای 48 -درجه سانتیگراد با استفاده از دستگاه بافت سنج ,analyzer Texture Brookfield مورد آزمایش قرار گرفت. این دستگاه مجهز به یک پروب استوانه ای با قطر 5 میلیمتر و ارتفاع 45 میلیمتر بود. پروب دستگاه دوبار با سرعت 4 میلی متر در ثانیه و تا 50 %ارتفاع پروب به نمونه مورد آزمایش وارد و نتایج توسط نرم افزار دستگاه ثبت شد.  داده های مورد استفاده از بررسی بافت بستنی در این تحقیق شامل موارد سفتی و چسبندگی بود.

ارزیابی حسی فرمول های بهینه بستنی

ویژگی های حسی از جمله عطر و طعم ، بافت (سفتی)، پس طعم (قابض و گس بودن)، رنگ (کدورت) و پذیرش کلی (معدل امتیازات حسی) نمونه های بستنی نیز با استفاده از 50 ارزیاب حسی آموزش دیده و بر پایه آزمون هدونیک هفت نقطه ای (نمره بالاتر به معنای کیفیت بالاتر) یک روز پس از تهیه بستنی برای نمونه کنترل و دو فرمول بهینه تعیین شد.

تجزیه و تحلیل آماری داده ها

با توجه به درصدهای به دست آمده از آزمون های تولید اولیه، حد بالا و پایین متغیرها به دست آمدند. سپس با استفاده از نرم افزار دیزاین 4  در قالب طرح مرکب مرکزی 5 اکسپرت نسخه 3 روش سطح پاسخ با میزان α برابر 5 و با 5 نقطه مرکزی برای آن انتخاب شد. تعیین شرایط عملیاتی بهینه برای دستیابی به بهترین پاسخ ها با استفاده از 5 تکنیک بهینه سازی عددی انجام شد. در این تکنیک فضای پاسخ با استفاده از مدله ای ایجاد شده و به منظور یافتن بهترین شرایطی که اهداف بهینه سازی مورد نظر را برآورده کند، صورت گرفت. پس از آنالیز داده ها توسط نرم افزار، مدلی پیشنهاد شد که دارای انحراف استاندارد، ضریب تغییرات و مجموع مربعات باقی مانده برآورد شده کم، ضریب تبیین بالا، ضریب تبیین اصلاح شده بالا، دارای مدل معنیدار P<0/05)) فقدان برازش غیرمعنی دار P>0/05)) باشد.

نتایج و بحث

به منظور به دست آوردن مدل تجربی برای پیش بینی متغیرهای پاسخ (تغییرات حجم، سرعت ذوب، سفتی و چسبندگی بافت) ابتدا رابطه های چندجمله ای شامل خطی، دو فاکتوریلی (تعاملی)، درجه دو و درجه سه بر داده های به دست آمده از این پاسخ برازش داده شدند و سپس این مدلها مورد آنالیز آماری قرار گرفتند. لازم به ذکر است از نظر آماری مدلی مناسب است که آزمون عدم برازش آن معنی دار نبوده و دارای بالاترین ضریب تبیین و ضریب تبیین اصلاح شده باشد.

نتایج نشان داد مدل مناسب و منتخب برای پیشگویی تغییرات حجم، سفتی و چسبندگی در اثر متغیرهای مستقل مورد بررسی )شامل: جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، سطوح مختلف روغن هیدروژنه گیاهی و سطوح مختلف صمغ پانیسول)، مدل خطی درجه دو با ضریب تبیین 35/0 ،ضریب تبیین اصالح شده 83/0 و ضریب تغییرات 43/3 برای تغییرات حجم، ضریب تبیین 78/0 ، ضریب تبیین اصالح شده 7/0 و ضریب تغییرات 57/4برای سفتی و ضریب تبیین 85/0 ،ضریب تبیین اصالح شده 75/0 و ضریب تغییرات 45/45 برای چسبندگی گزارش گردید.

در حالی که مدل مناسب و منتخب برای پیشگویی سرعت ذوب در اثر متغیرهای مستقل مورد بررسی، مدل خطی درجه سه با ضریب تبیین 33/0 ، ضریب تبیین اصلاح شده 33/0 و ضریب تغییرات 08/4 پیشنهاد گردید. نتایج مربوط به تجزیه واریانس برای متغیرهای پاسخ در جدول 5 نشان داده شده است.

تغییرات حجم

با توجه به نتایج جدول 5 ،اثر مستقل جایگزینی آرد کینوا، اثر متقابل سطوح مختلف درصد صمغ پانیسول و سطوح مختلف درصد روغن هیدروژنه گیاهی، اثر مجذور جایگزینی آرد کینوا، اثر مجذور سطوح مختلف درصد روغن هیدروژنه گیاهی و اثر مجذور سطوح مختلف درصد صمغ پانیسول بر فاکتور تغییرات حجم معنیدار بودP<0/001)  (. همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود، با افزایش سطوح جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی تا حدود 40 درصد و افزایش درصد صمغ پانیسول تا حدود 5/0 درصد مقدار تغییرات حجم افزایش و بعد از آن کاهش می یابد.

کاهش تغییرات حجم نمونه بستنی با افزایش سطوح جایگزینی آرد کینوا را می توان به افزایش ویسکوزیته مخلوط اولیه بستنی نسبت داد. در واقع با افزایش ویسکوزیته، به دلیل کاهش توانایی همزدن مخلوط بستنی، امکان ورود هوا به مخلوط بستنی های حاوی آرد کینوا طی انجماد کاهش یافته است. هم چنین میتوان علت کاهش میزان تغییرات حجم بستنی در اثر افزایش درصد جایگزینی آرد کینوا را به توانایی جذب آب بالای کینوا نسبت داد (گلروس و همکاران) اذعان داشت که افزودن ریز جلبک اسپیرولینا به بستنی موجب میشود تا در طول فرایند هموژنیزاسیون، حجم کف مخلوط بستنی افزایش یابد. به طورکلی، استفاده از جایگزین کننده های غنی از پروتئین به بستنی میتواند باعث افزایش حجم کف و حجم هوای به دام افتاده در داخل مخلوط بستنی و همچنین بهبود هوادهی گردد. از آنجایی که آرد کینوا همانند اسپیرولینا از محتوی بالای پروتئین برخوردار است، استفاده از آن در فرمول بستنی سبب بهبود تغییرات حجم بستنی گردیده است.

شکل 1- اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی و درصد صمغ پانیسول A)) و اثر متقابل درصد صمغ پانیسول و درصد روغن B)) هیدروژنه گیاهی بر میزان تغییرات حجم بستنی

سرعت ذوب

 همانطور که در جدول 5 مشاهده می شود، اثر مستقل جایگزینی آرد کینوا، اثر مستقل سطوح مختلف درصد روغن هیدروژنه گیاهی، اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا و سطوح مختلف درصد روغن هیدروژنه گیاهی، اثر متقابل سطوح مختلف درصد روغن هیدروژنه گیاهی و سطوح مختلف درصد صمغ پانیسول، اثر مجذور جایگزینی آرد کینوا، اثر مجذور سطوح مختلف درصد روغن هیدروژنه گیاهی، بر سرعت ذوب بستنی معنیدار بود P<0/001))، همچنین اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا و سطوح مختلف درصد صمغ پانیسول بر سرعت ذوب معنی دار بود (P<0/05) . اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی و صمغ پانیسول بر میزان سرعت ذوب بستنی وانیلی در شکل 5 نشان داده شده است. افزایش سطوح جایگزینی آرد کینوا منجر به کاهش سرعت ذوب نمونه های بستنی شد.

نمونه های بستنی حاوی سطوح بالاتر جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، با قدرت جذب آب بالا و افزایش ویسکوزیته مخلوط بستنی، آب آزاد کمتر و زمان بیشتری برای ذوب داشتند. علت کاهش سرعت ذوب شدن بستنی با افزایش درصد جایگزینی آرد کینوا، را میتوان به وجود ترکیبات پلی ساکاریدی (1/54 تا 2/64 درصد) با قدرت جذب آب بالا نسبت داد که موجب افزایش شدت جذب آب محصول و ویسکوزیته و به دنبال آن کاهش افزایش حجم شدند.

 از عوامل مؤثر بر ویژگی های ذوب شدن افزایش تغییرات حجم است (سلیم پور و همکاران، 1398). به علاوه، نقش آرد کینوا در ارتباط با افزایش مقاومت به ذوب بستنی را میتوان به نوع پروتئین های موجود در آن، توان امولسیفایری و خصوصیات فعال سطحی پروتئین ها و چربی های آن نسبت داد )میرچولی برازقان، 1390) حضور مقادیر بالای پروتئین در آرد کینوا تأثیر به سزایی در پایدار شدن مولکول های هوا دارد.

شکل 2- اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی و صمغ پانیسول (A) و اثر متقابل درصد صمغ پانیسول و درصد روغن هیدروژنه گیاهی (B) بر سرعت ذوب

در همین راستا، مالیک و همکاران (2013) گزارش کردند که با جایگزینی پایدارکننده ها با اسپیرولینا در بستنی مقاومت به ذوب بستنی بهبود می یابد و این امر به دلیل محتوی بالای پروتئین اسپیرولینا می باشد که با کمک کردن به پایدار شدن مولکول های هوا موجب افزایش مقاومت به ذوب بستنی می گردد. مطالعات انجام شده حاکی از آن است که بستنی های با افزایش حجم بالاتر، دیرتر ذوب می شوند و دلیل آن میتواند وجود مقدار بیشتر هوا در این نمونه ها باشد زیرا هوا عایق خوبی است که سرعت انتقال حرارت را در بستنی های با تغییرات حجم بالاتر، کاهش میدهد (سوفیجان و هارتل، 2004) سایر محققان نیز گزارش کردند که حضور پلی ساکاریدها در بستنی، ویسکوزیته را افزایش و سرعت ذوب شدن را کاهش میدهد (سگال و گف، 2002). نتایج پژوهش های الناگار و همکاران (2002) نشان داد که حضور اینولین در بستنی ممکن است به عنوان یک پایدارکننده عمل کند، زیرا به دلیل داشتن ظرفیت جذب آب موجب کاهش حرکت آزادانه مولکول های آب شده و در نتیجه موجب کاهش ویژگی های ذوب نمونه های بستنی شده است.

فرجی و همکاران (1393) دریافتند که با افزایش درصد جایگزینی شکر با شیره انگور در بستنی، شدت ذوب نمونه ها کاهش یافت. آنها علت این امر را ناشی از وجود ترکیبات پلی ساکاریدی با قدرت جذب آب بالا دانستند. سوکولیس و همکاران (2008)در بررسی تأثیر صمغ های زانتان، گوار، سدیم آلژینات و کربوکسی متیل سلولز نتایج خود را مبنی بر کاهش سرعت ذوب بستنی با افزایش غلظت این هیدورکلوئیدها بیان و دلیل را ویسکوزیته و تغییرات حجم بالای بستنی حاوی صمغ ها نسبت به نمونه شاهد عنوان کردند.

سفتی

 نتایج جدول 5 نشان می دهد که مدل آماری ارائه شده برای پیش بینی اثر متغیرهای آزمایش بر سفتی بافت مناسب می باشد. اثر مستقل جایگزینی آرد کینوا P<0/001)) و اثر مجذور جایگزینی آرد کینوا بر سفتی بافت معنیدار بود P<0/01)). با توجه به شکل 5 می توان دریافت که با افزایش سطوح جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی سفتی بستنی افزایش می یابد. در سطوح پایین تر جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، روند تغییرات مقدار سفتی با کاهش صمغ پانیسول خطی یکنواخت است. در سطوح بالاتر جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، با کاهش صمغ پانیسول مقدار سفتی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.

 افزایش سفتی بستنی با افزایش سطوح جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی را میتوان با بالا رفتن زیاد ویسکوزیته مرتبط دانست. به نظر میرسد که افزایش مقدار ویسکوزیته تا حد مشخصی توانسته باعث کاهش مقدار سفتی بافت شود و افزایش بیشتر ویسکوزیته به دلیل کاهش تغییرات حجم موجب افزایش سفتی بافت بستنی شده است. بخش مهمی از آب موجود در ماده غذایی متصل به عواملی همچون گروه هیدروکسیل در پلی ساکاریدها و گروه های آمین و کربونیل در پروتئین ها از طریق پیوندهیدروژنی میباشد. میزان فعالیت آبی و آب غیرقابل انجماد، بر حسب میزان پروتئین موجود در نمونه، که نقش مهمی در جذب آب دارد، از یک ماده به ماده دیگر فرق میکند (سلیم پور و همکاران، 1398).

شکل 3- اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی و صمغ پانیسول بر سفتی

از آنجایی که آرد کینوا دارای مقادیر باالایی پروتئین است، این بخش پروتئینی آرد از طریق پیوندهای هیدروژنی میان گروههای آمید- هیدروکسیل و هیدروکسیل- کربونیل با گروههای قطبی سایر اجزای فرمولاسیون بستنی نظیر صمغ پانیسول موجب افزایش سفتی بستنی گردیده است. به علاوه احتمال تشکیل پیوندهای هیدروژنی، ناشی از تعامل های الکترواستاتیک بین گروه های باردار پروتئین آرد کینوا با بخش باردار صمغ پانیسول، به عنوان یک ترکیب امولسیفایر و پایدارکننده با بار الکتریکی منفی، دارای مخلوطی از مونو و دی گلیسرید، سلولز، صمغ گوار و کاراجینان وجود دارد، که این عامل نیز میتواند دلیلی بر افزایش سفتی بستنی در حضور آرد کینوا باشد (فاطمی، 2008).

حضور آرد کینوا تا سطوح 55 درصد در فرمول بستنی با افزایش ویسکوزیته فاز سرمی تا حد مشخص و کاهش تحرک مولکول های آب و ایجاد خاصیت ژله ای توانسته از تشکیل کریستال های بزرگ یخ و در نهایت افزایش سفتی بافت بستنی جلوگیری کند. سوکولیس و همکاران (2008 )در بررسی تأثیر صمغ های مختلف اعلام نمودند که افزایش غلظت صمغ زانتان و گوار سبب کاهش مقدار سفتی بستنی میشود. آنها دلیل کاهش سفتی بافت را حبس مولکول های آب و توانایی کنترل کریستالیزاسیون در حین انجماد توسط هیدروکلوئیدها و افزایش مقدار تغییرات حجم بیان کردند.

چسبندگی

 مطابق با نتایج جدول 5 ،اثر مستقل جایگزینی آرد کینوا و اثر درجه دوم جایگزینی آرد کینوا بر چسبندگی بافت معنی دار بود P<0/001)) با افزایش سطوح جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی مقدار چسبندگی افزایش می یابد. همانطور که در شکل مشخص است، کاهش صمغ پانیسول اثر معنی داری بر میزان چسبندگی نمونه های بستنی نداشته و روند تغییرات چسبندگی خطی یکنواخت میباشد (شکل 4). آرد کینوا به واسطه داشتن شمار زیاد گروه های هیدروکسیل در ساختار خود، سبب حفظ و جذب مولکولهای آب میشود (داویدو و همکاران، 1996 ). 

در واقع توانایی بالای جذب آب کینوا بدلیل حضور، فیبرهای نامحلول در آب آن میباشد، که اجازه تعامل بیشتر به آب از طریق پیوندهای هیدروژنی میدهد (گلروس و همکاران، 2004.) بنابراین، آرد کینوا با داشتن گروههای قطبی، آب موجود در فرمولاسیون را در ساختار خود به دام انداخته و در نهایت منجر به افزایش انسجام و چسبندگی بستنی میشود. این احتمال نیز وجود دارد که بخش پروتئینی آرد کینوا از طریق پیوند هیدروژنی و تعامل های یون- دوقطبی و دو قطبی- دو قطبی با مولکولهای آب موجود در نمونه اتصال برقرار کرده و از این طریق موجب کاهش فعالیت آب و افزایش چسبندگی نمونه میگردد (فاطمی، 2008.(

بهینه یابی

شرایط بهینه برای تولید بستنی وانیلی به کمک جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی با استفاده از روش بهینه یابی عددی انجام شد. در جدول 4 دامنه مقادیر به دست آمده برای فرایند بهینه سازی و هدف آن مشخص شده است. در نهایت نتیجه به دست آمده برای بهینه یابی به صورت جدول 5 بود که در زیر نشان داده شده است.

نتایج بهینه پیشنهادی (پیشگویی)نرم افزار شامل فرمول بهینه اول و دوم برای تولید بستنی به ترتیب شامل 25 و 53 درصد جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، 5/8 و 2/8 درصد روغن هیدروژنه گیاهی و درصد پانیسول 39/0 و 48/0 درصد با نتایج واقعی در روز اول تولید بستنی توسط آزمون test-t جفت شده در سطح اطمینان 35 درصد مورد مقایسه قرار گرفت و تفاوت معنی داری مشاهده نشد P<0/05)).

شکل 4- اثر متقابل جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی و صمغ پانیسول بر چسبندگی

آنالیز حسی نمونه های بهینه بستنی

 ارزیابان حسی خواص حسی بستنی های شاهد و بهینه را مطابق با جدول 5 بیان کردند. اختلاف معنی داری بین نمونه شاهد و نمونه های بهینه از نظر عطر و طعم و رنگ دیده نشدP<0/05)) در حالی که از نظر سفتی بافت و پس طعم و پذیرش کلی دیده شد P>0/05)). نتایج نشان داد که جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی تا سطح 55 درصد هیچگونه تاثیر منفی بر روی امتیاز ارزیابان حسی نداشت خصوصا روی پذیرش کلی که میتواند مشابه با نمونه شاهد باشد P>0/05)).

نتیجه گیری

با توجه به مشاهده عدم اختلاف معنی دار پاسخ های پیشگویی شده توسط برنامه سطح پاسخ و نتایج واقعی (آزمایشگاهی) توسط آزمون test-t جفت شده، کارآیی مناسبی برای پیشبینی و بهینه یابی پارامترهای مورد ارزیابی وجود داشت. فرمول بهینه اول (25 درصد جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، 5/8 درصد روغن هیدروژنه گیاهی و 53/0 درصد صمغ پانیسول) و فرمول بهینه دوم 53) درصد جایگزینی آرد کینوا با شیر خشک بدون چربی، 2/8 درصد روغن هیدروژنه گیاهی و 48/0 درصد صمغ پانیسول( پیشنهاد گردید. در مجموع آرد کینوا به دلیل داشتن مقادیر بالای پروتئین و فیبر رژیمی و هم چنین ویژگی های منحصر به فرد نظیر قدرت جذب و نگهداری آب بالا و ظرفیت امولسیفایری میتواند موجب بهبود خواص فیزیکی و بافتی از جمله سفتی و چسبندگی، تغییرات حجم و مقاومت به ذوب بستنی گردد.

REFRENCES

1. Adapa, S. Dingeldein, H. Schmidt, K.A. Herald, T.J. 2000. Rheological properties of ice cream mixes and frozen ice creams containing fat and fat replacers. Journal of Dairy Science, 83(10): 2224-2229.
2. Afkhami, R. Goli, M. Keramat, J. 2019. Loading lime by‐product into derivative cellulose carrier for food enrichment. Food Science and Nutrition, 7: 2353- 2360.
3. Akesowan, A. 2009. Influence of soy protein isolate on physical and sensory properties of ice cream. Thai Journal of Agricultural Science, 42(1), 1-6.
4. Codină, G.G. Franciuc, S.G. Mironeasa, S. 2016. Rheological characteristics and microstructure of milk yogurt as influenced by quinoa flour addition. Journal of Food Quality, 39(5): 559-566.
5.  Dervisoglu, M. Yazici, F. Aydemir, O. 2005. The effect of soy protein concentrates addition on the physical, chemical, and sensory properties of strawberry flavored ice cream. European Food Research and Technology, 221(3): 466- 470.
6. El-Nagar, G. Clowes, G. Tudoricǎ, C.M. Kuri, V. Brennan, C.S. 2002. Rheological quality and stability of yog-ice cream with added inulin. International Journal of Dairy Technology, 55(2): 89-93.
7.  Fatemi, H. 2008. Food Chemistry. Tehran Publishing Corporation. 1: 12-25.
8.  Gelroth, J. and Ranhotra, G.R. Dreher, M.L. 2001. Handbook of dietary fiber.
9.  Gheisari, H.R. Ahadi, L. Khezli, S. Dehnavi, T. 2016. Properties of ice-cream fortified with zinc and Lactobacillus case. Acta Scientiarum Polonorum, Technologia Alimentaria, 15(4): 367-377.
10. Hashemi, M. Gheisari, H. Shekarforoush, S. 2015. Evaluation of physicochemical, textural and sensorial characteristics of low-fat or low-sugar synbiotic ice-cream. Journal of food hygiene, 2(18): 71-81.
11. James, L.E.A. 2009. Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.): composition, chemistry, nutritional, and functional properties. Advances in food and nutrition research, 58: 1-31.
12.  Keskin, S. Evlice, K.A. 2015. Use of Quinoa in Bakery Products. Journal of Field Crops Central Research Institute, 24(2), 150-156.
13. Mahdian, E. Mazaheri, T.M. Shahidi, F. 2011. Evaluation of the effect of soy flour on rheological properties of ice cream. Journal of Food Science and Technology, 8(31): 107-114.
14.  Malik, P. Kempanna, C. Aman, P. 2013. Quality characteristics of ice cream enriched with Spirulina powder. International Journal of Food and Nutrition Science, 2(1): 44-50.
15. Mirchouli Barazegh, A.R. Mazaheri Tehrani, M. 2011. Investigating the effect of substituting whole total solid of ice cream with almonds on its physical and sensory properties. Journal of Food Science and Technology Research, 3(1): 20-26.
16. Muse, M.R. Hartel, R.W. 2004. Ice cream structural elements that affect melting rate and hardness. Journal of dairy science, 87(1): 1-10.
17. Rasouli, F. Berenji, S., Shahab, L.A., 2017. Optimization of traditional Iranian ice cream formulation enriched with spirulina using response surface methodology. Journal of Food Technology and Nutrition, 14(3): 15-28.