بستنی یکی از محبوبترین محصولات لبنی در سراسر جهان است و کیفیت آن تا حد زیادی به بافت نرم، یکنواخت و خامهای آن وابسته است. مصرفکنندگان معمولا انتظار دارند بستنی هنگام خوردن به آرامی ذوب شود و حس دهانی لطیف و یکدستی ایجاد کند. با این حال، در برخی موارد بستنی بافتی دانهدار یا زبر پیدا میکند که در اصطلاح صنعت بستنی به آن شنی شدن (Sandiness) گفته میشود. در چنین حالتی، مصرفکننده هنگام خوردن بستنی احساس وجود ذرات ریز شبیه شن در دهان دارد. این مشکل اگرچه از نظر ایمنی غذایی خطرناک نیست، اما از دیدگاه کیفیت حسی بسیار نامطلوب است و میتواند باعث نارضایتی مصرفکننده شود.
عامل اصلی ایجاد این پدیده در بیشتر موارد کریستالسازی لاکتوز است. لاکتوز که قند طبیعی شیر محسوب میشود، در شرایط خاصی میتواند از حالت محلول خارج شده و به شکل کریستالهای جامد در ماتریس بستنی تشکیل شود. اگر این کریستالها بیش از حد رشد کنند، بافت بستنی به صورت شنی احساس خواهد شد. در ادامه، ابتدا با نقش لاکتوز در بستنی آشنا میشویم، سپس مکانیسم تشکیل کریستالها و در نهایت راهکارهای علمی برای جلوگیری از این پدیده بررسی میشود.
لاکتوز در بستنی چه نقشی دارد؟
لاکتوز یک دیساکارید است که از دو قند ساده گلوکز و گالاکتوز تشکیل شده است. این قند به طور طبیعی در شیر وجود دارد و حدود ۴٫۵ تا ۵ درصد شیر تازه را تشکیل میدهد. در تولید بستنی، لاکتوز معمولا از چند منبع مختلف وارد فرمولاسیون میشود، از جمله:
- شیر تازه
- پودر آبپنیر (Whey Powder)
- شیر خشک بدون چربی (Non-fat Dry Milk)
اگرچه لاکتوز نسبت به قندهایی مانند ساکاروز یا فروکتوز قدرت شیرینکنندگی کمتری دارد، اما نقش آن در بستنی فقط محدود به ایجاد شیرینی نیست. این قند بر بسیاری از ویژگیهای فیزیکی و ساختاری محصول اثر میگذارد. از جمله مهمترین نقشهای لاکتوز در بستنی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اثر بر ویسکوزیته فاز آبی
- کمک به ایجاد بافت مطلوب
- کاربرد در تعادل اسمزی سیستم
- تنظیم نقطه انجماد مخلوط بستنی
- جزئی از جامدات بدون چربی شیر (MSNF)
با وجود این نقشها، لاکتوز به دلیل حلالیت نسبتاً پایین در آب میتواند در برخی شرایط مشکلساز شود. حلالیت لاکتوز به شدت به دما وابسته است. برای مثال در دمای حدود ۲۰ درجه سانتیگراد حدود ۲۰ گرم لاکتوز در ۱۰۰ میلیلیتر آب حل میشود اما، در دمای ۰ درجه سانتیگراد این مقدار به حدود ۱۲ گرم کاهش مییابد. این کاهش حلالیت در دماهای پایین میتواند باعث شود محلول لاکتوز در بستنی به حالت فوقاشباع برسد و شرایط برای تشکیل کریستال فراهم شود.
چگونه کریستالهای لاکتوز تشکیل میشوند؟
کریستالسازی لاکتوز یک فرآیند فیزیکی است که به طور کلی در دو مرحله اصلی رخ میدهد:
-
مرحله اول: هستهزایی (Nucleation)
در این مرحله، زمانی که غلظت لاکتوز در فاز آبی بستنی از حد حلالیت بیشتر شود، مولکولهای لاکتوز شروع به تجمع میکنند. این تجمعهای کوچک، هستههای اولیه کریستال را تشکیل میدهند. تشکیل این هستهها نقطه آغاز فرآیند کریستالسازی است.
-
مرحله دوم: رشد کریستال (Crystal Growth)
پس از تشکیل هسته، مولکولهای بیشتری از لاکتوز به آن متصل میشوند و کریستالها به تدریج بزرگتر میشوند. اگر شرایط محیطی برای مدت طولانی مناسب باشد، این کریستالها میتوانند به اندازههای نسبتا بزرگ برسند. اندازه کریستالها عامل تعیینکننده در احساس شنی است.مطالعات نشان دادهاند که کریستالهای کوچکتر از ۱۰ میکرومتر معمولا توسط زبان احساس نمیشوند ولی کریستالهای بزرگتر از ۱۵ میکرومتر به راحتی قابل تشخیص هستند و باعث ایجاد حس شنی میشوند.
محدوده دمایی بحرانی برای تشکیل کریستال لاکتوز
یکی از نکات مهمی که تحقیقات علمی نشان دادهاند این است که کریستالسازی لاکتوز در همه دماها با سرعت یکسان رخ نمیدهد. در واقع یک محدوده دمایی وجود دارد که در آن احتمال تشکیل کریستالها بیشترین مقدار است. این محدوده دمایی بین ۱۰- تا ۱۲- درجه سانتیگراد قرار دارد. در این محدوده دمایی چند اتفاق مهم رخ میدهد:
- محلول لاکتوز به شدت فوقاشباع است
- مولکولها هنوز تحرک کافی برای تجمع دارند
- زمان لازم برای شروع تشکیل کریستال بسیار کوتاه میشود
در این محدوده دمایی، زمان لازم برای شروع تشکیل کریستالهای لاکتوز حدود ۳ ساعت است. به همین دلیل اگر بستنی برای مدت قابل توجهی در این دما نگهداری شود، احتمال ایجاد بافت شنی به شدت افزایش مییابد.
چرا بستنی در دمای ۱۸- درجه نگهداری میشود؟
در صنعت بستنی، دمای استاندارد نگهداری و توزیع معمولا حدود 18- درجه سانتیگراد است. این دما چند مزیت مهم دارد:
- ویسکوزیته فاز آبی افزایش پیدا میکند
- حرکت مولکولهای لاکتوز محدود میشود
- سرعت واکنشهای فیزیکی و شیمیایی بسیار کاهش مییابد
در چنین شرایطی حتی اگر محلول لاکتوز فوقاشباع باشد، سرعت رشد کریستالها بسیار کم خواهد بود و معمولا در طول مدت نگهداری محصول به اندازهای نمیرسند که توسط مصرفکننده احساس شوند. به همین دلیل، بسیاری از منابع علمی توصیه میکنند بستنی در دمای کمتر از ۱۵- درجه و ترجیحا ۱۸- درجه سانتیگراد نگهداری شود.
نوسانات دمایی چگونه باعث شنی شدن بستنی میشوند؟
نوسانات دمایی در زنجیره سرد یکی از مهمترین عوامل ایجاد بافت شنی در بستنی است. وقتی دمای بستنی افزایش مییابد، بخشی از محصول به طور جزئی ذوب شده و مقدار فاز مایع بیشتر میشود. در این شرایط برخی از کریستالهای کوچک لاکتوز در فاز مایع حل میشوند و غلظت لاکتوز افزایش پیدا میکند. با کاهش دوباره دما، لاکتوز حلشده شروع به تبلور مجدد میکند. در این مرحله کریستالهای جدید تشکیل شده و به مرور رشد میکنند. تکرار این چرخه ذوب و انجماد باعث بزرگتر شدن کریستالهای لاکتوز و ایجاد بافت شنی در بستنی میشود.
راهکارهای علمی برای جلوگیری از شنی شدن بستنی
برای کنترل این مشکل در صنعت بستنی، معمولا مجموعهای از اقدامات در فرمولاسیون، فرآیند تولید و شرایط نگهداری انجام میشود. مهمترین این راهکارها عبارتند از:
-
کنترل میزان لاکتوز در فرمولاسیون
کنترل مقدار لاکتوز در فرمولاسیون یکی از مهمترین راهبردها برای جلوگیری از شنی شدن بستنی است. وقتی غلظت لاکتوز در مخلوط زیاد باشد، محلول بهراحتی به حالت فوقاشباع میرسد و این شرایط، زمینهساز کریستالسازی لاکتوز در طول انجماد یا نگهداری است. بنابراین در طراحی فرمول باید به منابع تأمینکننده لاکتوز و همچنین مقدار آب آزاد در سیستم توجه دقیق داشت. این عوامل تأثیر مستقیم بر رفتار لاکتوز و احتمال تشکیل کریستال میگذارند:
- مقدار پودر آبپنیر (منبع مهم لاکتوز)
- میزان شیر خشک بدون چربی
- نسبت آب آزاد در سیستم
مدیریت صحیح این عوامل باعث میشود غلظت لاکتوز در محدودهای باقی بماند که خطر اشباع و کریستالیزاسیون کاهش پیدا کند. در نتیجه بافت بستنی پایدارتر میماند و ویژگیهای حسی آن حفظ میشود.
-
استفاده از قندهای دیگر در فرمولاسیون
در بسیاری از فرمولهای صنعتی، بخشی از قندها از منابع دیگری تأمین میشود. این کار میتواند به کاهش خطر کریستالسازی کمک کند. قندهای رایج مورد استفاده اغلب شامل گلوکز، دکستروز، فروکتوز و شربت گلوکز است. این قندها علاوه بر ایجاد شیرینی، باعث تنظیم فشار اسمزی و کاهش فوقاشباعیت لاکتوز میشوند.
-
انجماد سریع و مرحله Hardening
در مرحله هاردنینگ، بستنی پس از خروج از فریزر مداوم در تونلهایی با دمای حدود 30- تا 40- درجه سانتیگراد قرار میگیرد تا انجماد با سرعت بیشتری تکمیل شود و دمای مرکز محصول به حدود 18- درجه سانتیگراد یا کمتر برسد. سرعت بالای انجماد در این مرحله باعث تشکیل کریستالهای یخ کوچکتر و توزیع یکنواختتر فاز منجمد در محصول میشود. در نتیجه از جابهجایی مواد محلول و ایجاد نواحی با غلظت بالای لاکتوز جلوگیری شده و احتمال فوقاشباع شدن و کریستالیزاسیون لاکتوز که عامل اصلی شنی شدن بافت بستنی است کاهش مییابد.
-
استفاده از پایدارکنندهها
پایدارکنندهها نقش مهمی در بهبود ساختار بستنی دارند. این ترکیبات با اتصال به آب و افزایش ویسکوزیته فاز آبی، حرکت مولکولهای لاکتوز را محدود میکنند. از رایجترین پایدارکنندهها در بستنی میتوان به کاراگینان، گوارگام، زانتان گام و کربوکسی متیل سلولز (CMC) اشاره کرد. این ترکیبات میتوانند سرعت رشد کریستالهای لاکتوز را کاهش دهند.
-
استفاده از آنزیم لاکتاز
یکی از روشهای پیشرفتهتر برای کنترل این پدیده، استفاده از آنزیم لاکتاز است. این آنزیم لاکتوز را به دو قند سادهتر گلوکز و گالاکتوز تجزیه میکند. مزایای این روش عبارتاند از:
- افزایش حلالیت قندها
- کاهش احتمال کریستالسازی
- افزایش شیرینی طبیعی بستنی
- مناسب شدن محصول برای افراد دارای عدم تحمل لاکتوز
جمعبندی
شنی شدن بافت بستنی یکی از مشکلات رایج در صنعت بستنی است که اغلب در نتیجه کریستالسازی لاکتوز رخ میدهد. این پدیده زمانی اتفاق میافتد که لاکتوز در فاز آبی بستنی به حالت فوقاشباع برسد و فرصت کافی برای تشکیل و رشد کریستالها پیدا کند. تحقیقات نشان دادهاند که محدوده دمایی ۱۰- تا ۱۲- درجه سانتیگراد شرایط بسیار مناسبی برای تشکیل کریستالهای لاکتوز فراهم میکند. به همین دلیل جلوگیری از قرار گرفتن بستنی در این محدوده دمایی، به ویژه در اثر نوسانات دما، اهمیت زیادی دارد. با رعایت برخی اصول مانند طراحی دقیق فرمولاسیون و کنترل میزان لاکتوز، انجماد سریع و هاردنینگ مناسب، استفاده از پایدارکنندهها و حفظ زنجیره سرد پایدار تولیدکنندگان میتوانند بستنیهایی با بافت نرم، یکنواخت و کیفیت حسی مطلوب تولید کنند که رضایت مصرفکنندگان را تضمین کند.
