17.11.2021 - The Pennsylvania State University

Schokoladenmilch geschmeidig halten, stabil ohne Carrageen

Fettfreie Schokoladenmilch, die zum ersten Mal mit der Hochdruckstrahltechnologie verarbeitet wird, weist eine verbesserte Viskosität auf, die die Kakaopartikel in der Flüssigkeit stabilisiert und den Zusatz eines umstrittenen Emulgators überflüssig macht.

Zu diesem Ergebnis kommt ein Forscherteam der Penn State University, dessen Studie darauf hindeutet, dass die neue Technologie die Verwendung von Carrageen in Schokoladenmilch überflüssig machen kann. Der weit verbreitete Lebensmittelzusatzstoff, der dazu beiträgt, dass die Flüssigkeit auch nach tagelanger Lagerung in den Regalen der Supermärkte geschmeidig und gut vermischt bleibt, wird von vielen Verbrauchern nicht gewünscht, insbesondere nicht in Bio-Schokoladenmilch.

Obwohl die US-Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde die Verwendung von Carrageen genehmigt hat, bestehen laut dem Leiter des Teams, Federico Harte, Professor für Lebensmittelwissenschaften, weiterhin Bedenken hinsichtlich seiner Sicherheit. Er wies darauf hin, dass einige Wissenschaftler glauben, dass der Zusatzstoff - eine Verbindung, die aus rotem Seetang gewonnen wird - Entzündungen und Verdauungsprobleme wie Blähungen und Reizdarm verursachen kann. Aus diesem Grund ist der Zusatzstoff in der Europäischen Union in Säuglingsnahrung verboten.

"Bei dieser Untersuchung geht es nicht darum, gegen Carrageen zu sein - es geht darum, dass die Verbraucher saubere Lebensmittelkennzeichnungen wünschen, auf denen nur Zutaten stehen, die sie kennen", sagte er. "Und Carrageen ist definitiv nichts, was sie in Schokoladenmilch haben wollen. Wir wissen, dass das USDA ein Verbot von Carrageen für Bio-Schokoladenmilch in Erwägung gezogen hat. Unsere Ergebnisse zeigen, dass dies möglich wäre.

In der Studie behandelten die Forscher fettfreie Schokoladenmilchformulierungen, die Magermilch, Kakaopulver und Zucker enthielten, thermisch und verarbeiteten sie anschließend mit der Hochdruckstrahltechnik von 125 bis 500 Megapascal. Die Viskosität, die Fließeigenschaften und die Stabilität der mit Hochdruckdüsen behandelten Schokoladenmilch wurden mit denen von Schokoladenmilch verglichen, die nicht mit Hochdruckdüsen behandelt wurde und sowohl mit als auch ohne Zusatz von Carrageen hergestellt wurde.

Erwartungsgemäß kam es bei carrageenfreier Schokoladenmilch zu einer sofortigen Phasentrennung des Kakaopulvers, während carrageenhaltige Formulierungen 14 Tage lang stabil waren und die Kakaopartikel nicht aus der Suspension fielen. Die Forscher stellten jedoch fest, dass die Stabilität mit zunehmendem Druck in den Düsen zunahm, wobei die maximale Stabilität erreicht wurde, als die Schokoladenmilch bei 500 Megapascal verarbeitet wurde.

"Wir glauben, dass strukturelle Veränderungen in den Kaseinmizellen - einer Art Milchprotein - und neue Kasein-Kakao-Wechselwirkungen, die durch die Hochdruckstrahlverarbeitung hervorgerufen wurden, die Stabilität des Kakaos in der Schokoladenmilch erhöhten", so Harte. "Da das Milchprotein die Hauptkomponente zu sein schien, die die Kakaostabilität in den mit dieser Methode behandelten Proben erhöhte, führten wir eine zweite Studie durch, um die Auswirkungen von zusätzlichem Milchprotein und Hochdruckstrahlbehandlung auf die Stabilität von fettfreier Schokoladenmilch zu bestimmen."

In den Ergebnissen, die kürzlich im Journal of Dairy Science veröffentlicht wurden, berichteten die Forscher, dass Formulierungen mit 4 % "mizellarem Kasein", die bei 500 Megapascal verarbeitet wurden, während einer 14-tägigen Lagerzeit bei 39 Grad Celsius keine Phasentrennung zeigten. Der Zusatz von Milchprotein zusammen mit der Hochdruckstrahlverarbeitung bei 500 Megapascal führte zu einer höheren scheinbaren Viskosität, die die Kakaopartikel in der Schwebe hält.

Da der Einsatz der Hochdruckstrahltechnologie zur Verbesserung der Dispersionsstabilität von Kakao der Industrie eine Verarbeitungsalternative zur Herstellung von fettarmer Schokoladenmilch mit sauberem Etikett und dennoch stabiler Konsistenz bietet, hat die Penn State University ein vorläufiges Patent auf das Verfahren angemeldet und arbeitet mit einem Hersteller von Molkereiprodukten zusammen, um es zu entwickeln und in größerem Maßstab einzusetzen.

Die Hochdruckstrahlverarbeitung von Lebensmitteln ist ein völlig neues Konzept, so Harte, der seit etwa sechs Jahren an der Penn State mit dieser Idee experimentiert. Seine Arbeit an der Technologie in einer Pilotanlage im Rodney A. Erickson Food Science Building ist einzigartig, weil sie eine Verstärkerpumpe von der Größe eines Kleinwagens verwendet, um Milch durch eine Diamant- oder Saphirdüse zu spritzen. Die Flüssigkeit verlässt die Düse als ein Strahl feiner Tröpfchen, die mit der Luft zusammenstoßen und ein Aerosol bilden.

"Die Geräte, die wir für die Herstellung dieser Schokoladenmilch verwenden, sind keine Geräte, die man in der Lebensmittelindustrie findet - normalerweise findet man sie in einer Werkstatt für technische Dienstleistungen", sagte Harte. "Diese Ausrüstung wird zum Schneiden von Metallen verwendet. Es ist ein Wasserstrahlgerät, das zum Schneiden von harten Materialien wie Marmor oder Edelstahl verwendet wird. Wir setzen es für eine völlig andere Anwendung ein."

Harte kaufte das Gerät mit Mitteln aus einem Zuschuss der National Institutes of Health vor zehn Jahren, als er Fakultätsmitglied an der University of Tennessee war, und ließ es auf den University Park Campus bringen, als er zur Penn State kam. "Sie werden diese Art von Instrumenten in keiner universitären Abteilung für Lebensmittelwissenschaften in den USA finden", sagte er. "Und ich weiß auch nicht, ob es in anderen Teilen der Welt welche gibt.

Um den Druck zu verstehen, der durch die Pumpe entsteht, die die Schokoladenmilch verarbeitet, bietet Harte diesen Vergleich an: Auf dem Grund des Marianengrabens - dem tiefsten Punkt eines jeden Ozeans - herrscht ein Druck von 100 Megapascal. "Wir üben den fünffachen Druck aus, also 500 Megapascal", sagt er. "Wenn die Flüssigkeit die Öffnung verlässt, bewegt sie sich mit Mach 3 - dreimal so schnell wie der Schall.

An der Studie haben auch Michelle Tran und Grace Voronin, Doktoranden der Lebensmittelwissenschaften, Robert Roberts, Professor und Leiter der Lebensmittelwissenschaften, John Coupland, Professor für Lebensmittelwissenschaften, und Greg Ziegler, Professor für Lebensmittelwissenschaften, mitgewirkt.

Das National Institute of Food and Agriculture des US-Landwirtschaftsministeriums und der National Dairy Council finanzierten diese Forschung teilweise.

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