Proteiny ve zmrzlině

Role bílkovin (mléčných i rostlinných) v koloidní struktuře zmrzliny — emulgace tuku, stabilizace pěny, vazba vody, vliv na overrun a krémovost.

Role bílkovin (mléčných i rostlinných) v koloidní struktuře zmrzliny — emulgace tuku, stabilizace pěny, vazba vody, vliv na overrun a krémovost.

1. Funkce proteinů ve zmrzlinovém systému

Proteiny jsou v zmrzlinovém mixu multifunkční ingredience:

1. Emulgátor / surfaktant — adsorbují se na rozhraní tuk/voda, stabilizují tukové globule po homogenizaci
2. Pěnotvorná složka — adsorbují se na rozhraní vzduch/voda, stabilizují bublinky během šlehání ve výrobníku
3. Vazba vody — hydratační skořápka kolem proteinových molekul snižuje volnou vodu → menší ledové krystaly
4. Příspěvek k tělu (body) — zvyšují viskozitu mixu, dávají „mléčný” pocit v ústech
5. Senzorický příspěvek — Maillardova reakce při pasterizaci, mírné vařené tóny

Zdroj: Goff, H. D. & Hartel, R. W. (2013). Ice Cream, 7th Ed. Springer, kap. 3.

2. Mléčné proteiny

Kravské mléko obsahuje cca 3,3 % bílkovin: 80 % kasein a 20 % syrovátkové proteiny.

2.1 Kaseiny

• Frakce: αs1-, αs2-, β-, κ-kasein (cca 38 : 10 : 36 : 12 % hmotnostně)
• Struktura: v mléce existují jako kaseinové micely (průměr 50–500 nm) — agregáty kaseinu stabilizované κ-kaseinem na povrchu a kalcium-fosfátovým můstkem
• Vlastnosti:
  • Tepelně stabilní — micely přežijí pasterizaci 85 °C bez denaturace
  • Citlivé na pH — isoelektrický bod (pI) kolem pH 4,6 → koagulace (důležité pro ovocné sorbety!)
  • Citlivé na kalcium — odstranění Ca²⁺ rozbije strukturu micely
• Role v zmrzlině:
  • Hlavní emulgátor — pokrývá nově vzniklé tukové globule po homogenizaci
  • Vázání vody (kasein váže ~ 4 g H₂O / g proteinu)
  • Při stárnutí směsi (aging) jsou kaseiny vytlačovány z povrchu globule přidanými nízkomolekulárními emulgátory → příprava na částečnou koalescenci

Zdroj: Dalgleish, D. G. (2011). On the structural models of bovine casein micelles — review and possible improvements. Soft Matter, 7(6), 2265–2272.

2.2 Syrovátkové proteiny

• Hlavní frakce: β-laktoglobulin (~ 50 %), α-laktalbumin (~ 20 %), bovine serum albumin (BSA), imunoglobuliny, laktoferin
• Struktura: globulární, denaturují při > 70 °C — během pasterizace dochází k částečné denaturaci a interakci s κ-kaseinem (di-sulfidické můstky)
• Vlastnosti:
  • Vyšší pěnotvornost než kasein
  • Lepší rozpustnost při pH < 4,6 — kaseiny tam vypadávají, syrovátka zůstává v roztoku
• Role v zmrzlině:
  • Stabilizace pěny — zejména WPI/WPC v light a low-fat zmrzlinách
  • Po denaturaci se podílí na vázání vody a struktuře

Zdroj: Smith, A. K., Goff, H. D. & Kakuda, Y. (2000). Whipped cream structure measured by quantitative stereology. Journal of Dairy Science, 83(7), 1488–1493.

2.3 Komerční mléčné proteinové ingredience

Zdroj: Patel, H. A., Singh, H., Anema, S. G. & Creamer, L. K. (2006). Effects of heat and high hydrostatic pressure treatments on the wheying-off characteristics of skim milk. Food Chemistry, 97(2), 314–322.

3. MSNF — Milk Solids Non-Fat

MSNF = mléčná sušina bez tuku (laktóza + proteiny + minerály).

• V plnotučném mléce je MSNF ~ 8,5 % (cca 4,8 % laktóza + 3,3 % protein + 0,7 % popel)
• V kvalitní zmrzlině je cílová MSNF v mixu 9–12 %

3.1 Proč MSNF záleží

• Zdroj proteinu — strukturní funkce (viz výše)
• Zdroj laktózy — přispívá k FPD (FPDF ≈ 1,0 jako sacharóza, viz cukry-ve-zmrzline.md), ale málo sladká
• Vázání vody a vylepšení tělesa (body)

3.2 Limit MSNF — pískovitost (sandiness)

Při MSNF > 12–13 % hrozí krystalizace laktózy (laktóza monohydrát) v zmrzlém produktu → pískovitý pocit v ústech. Krystalky > 15 μm jsou detekovatelné jazykem.

Předcházení:

• Nepřekračovat MSNF 12 %
• Hydrolyzovaná laktóza (LFM — lactose-free milk) — větší depresi FPD a sladkost, žádné krystaly
• Náhrada části SMP za WPC nebo MPC (méně laktózy na jednotku proteinu)

Zdroj: Hartel, R. W. (2001). Crystallization in Foods. Springer, kap. 9.

4. Rostlinné proteiny

Zájem roste s vegan trendem. Hlavní výzvy: chuť, rozpustnost, emulgační/pěnotvorné vlastnosti.

4.1 Sójový protein

• Izolát (SPI) ≥ 90 % protein, koncentrát (SPC) ~ 70 %
• Dobré emulgační i pěnotvorné vlastnosti — historicky nejpoužívanější
• Senzorické nevýhody: boby, fazole tóny; alergen
• Termicky stabilní, ale citlivý na pH (pI ~ 4,5)

4.2 Hrachový protein

• Izolát ~ 80 % protein
• Nejrostoucí trh — clean label, méně alergenní
• Senzorické: zelené, hořké tóny — nutné maskovat (čokoláda, vanilka, ovoce)
• Horší pěnotvornost než syrovátka

Zdroj: Lu, Z. X., He, J. F., Zhang, Y. C. & Bing, D. J. (2020). Composition, physicochemical properties of pea protein and its application in functional foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 60(15), 2593–2605.

4.3 Mandlový, kešu, kokosový protein

• Nízký obsah proteinu (1–5 %) — primárně poskytují tuk a chuť, ne strukturu
• Pro stabilitu nutné kombinovat s funkčním proteinem (hrach, sója) nebo zvýšit dávku stabilizátorů

4.4 Ovesný protein, rýžový protein

• Ovesný — neutrální chuť, dobrá synergie s ovesným β-glukanem
• Rýžový — hypoalergenní, ale slabé funkční vlastnosti (obvykle se kombinuje s hrachovým)

4.5 Praktické tipy pro vegan formulaci

• Cílem je suplementovat MSNF jiným zdrojem suché látky:
  • Hrachový izolát 1–2 % + maltodextrin + inulin + stabilizátory
• Kombinace 2 proteinů zlepšuje funkčnost (pea + rice je klasická)
• Vyšší dávka emulgátorů a stabilizátorů než u mléčných variant
• Důsledné homogenizovat (vyšší tlak, 200+ bar)

5. Vliv proteinů na overrun a krémovost

• Vyšší obsah kvalitního proteinu = stabilnější pěna = lepší overrun
• Optimum: 3,5–4,5 % proteinu v mixu (cca z 9–12 % MSNF)
• Vysoký overrun (> 100 %) vyžaduje silnější proteinovou stabilizaci pěny
• WPI/WPC dávají často stabilnější pěnu než SMP, ale méně krémovosti — kompromis

Zdroj: Goff, H. D. (2008). 65 Years of ice cream science. International Dairy Journal, 18(7), 754–758.

6. Souvislost s ostatními složkami

• Tuk ↔ kasein: kasein pokrývá tukové globule po homogenizaci (viz tuky-ve-zmrzline.md)
• Cukry ↔ MSNF: laktóza tvoří součást FPD (viz cukry-ve-zmrzline.md)
• Stabilizátory ↔ kasein: některé hydrokoloidy (κ-karagenan) interagují elektrostaticky s κ-kaseinem
• Emulgátory ↔ kasein: aktivně vytlačují kasein z tukové globule během stárnutí

7. Reference

• Goff, H. D. & Hartel, R. W. (2013). Ice Cream, 7th Ed. Springer.
• Dalgleish, D. G. (2011). Soft Matter 7(6).
• Smith, A. K. et al. (2000). J. Dairy Sci. 83(7).
• Lu, Z. X. et al. (2020). Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 60(15).
• Hartel, R. W. (2001). Crystallization in Foods. Springer.