Pectin and CMC
High Protein Stability at Low Cost
Article courtesy of Berli Jucker PLC
Health and convenience continue to fuel the steady growth in yoghurt consumption. While consumers demand products with reduced fat content, they are not prepared to compromise on the quality of the finished product and expect the creaminess and body to that of full-fat products. Functional ingredients, such as protein, pectin, gelatin, emulsifier and starch, are commonly added to stirred and set yoghurts to increase viscosity and prevent a watery mouthfeel.
Pectin in Yoghurt
Pectin is a water soluble hydrocolloid. It is extracted from the peel of apple or citrus fruit such as lime, lemon, and orange. Pectin products such as GRINDSTED® Pectin SY provide a number of additional advantages compared to other functional ingredients normally used in yoghurt product. In high protein formulations, pectin increases smoothness, due to the positive interactions with whey protein. Other potential benefits include;
- During production, it provides higher viscosity at filling temperatures of 20-25 °C, thereby reduces splashing during the filling process.
- During storage and transportation it maintains a higher viscosity at temperatures above 15 °C compared to gelatin.
- More consumer friendly as provides the opportunity for a cleaner label compared to starch and gelatin. Pectin can also be a potential source of fiber.
- The addition of the pectin increases the viscosity and the need for skim milk powder decreases providing potential cost savings.
When using pectin in yoghurt, a variety of interactions take place between pectin and the casein micelles, which can either, react directly with each other due to electrostatic forces or indirectly by forming junction zones via the calcium naturally present in milk. Such interactions influence casein aggregation, which is responsible for increasing particle size and viscosity and decreasing whey separation. High dosages will result in a coarse, grainy texture and less shiny surface. For these reasons, it is necessary to adjust the pectin dosage to specific formulation, taking into consideration the protein and fat content, the starter culture used, and fermentation times. In industrial trials, Danisco always recommends that a slightly lower pectin dosage be used in pilot plant trials due to scale-up procedures.
Pectin and CMC in Acidified Milk Drinks
Acidified milk drinks have increased in popularity in recent years, both in Thailand and around the globe. These products can be nourishing meal replacements, snacks or a refreshing thirst quencher. Acidified milk drinks can include drinking yoghurt, direct acidified drinks, milk juice drinks, or vegetable protein drinks. To produce this type of product can be challenging, particularly when the product is low pH.
In acidic conditions, proteins (whether soy or dairy) tend to agglomerate and separate out particular if the viscosity is low or the product has been heat treated and results in a grainy texture or sedimentation at the base of the product. To help prevent this, a hydrocolloid such as pectin or CMC (Carboxymethyl cellulose) can be added to help prevent this occurring in your finished product.
Derived from citrus peel, GRINDSTED® Pectin AMD is highly esterified pectin provides both texture and stability particularly at low pH (less than 4.5) For acidified drinks which undergo a fermentation process, the pectin should be added after fermentation to avoid squeezing out the proteins. If the drink is directly acidified it is better if the pectin is added prior to acidification together with the juice.
Danisco have also developed cellulose gum range that are suitable for acidified milk drinks with a low MSNF (1-3%) and those with a high MSNF (4-8%). Recommended type and dosage rates vary depending on the processing conditions and the desired texture of the finished product. Traditionally, CMC created an unpleasant texture in acidified milk drinks, and tended to be slimy. However Danisco has been able to develop a range of CMCs which allow CMC to be used a quite small dose overcoming this issue.
In a milk juice, CMC can be mixed into the fruit juice and added to the milk. However this process requires vigorous stirring/homogenization followed by pasteurization. In drinking yoghurt process, it is also advisable to add the CMC after fermentation, followed by homogenization to ensure optimal contact between casein particles and CMC.
Quality assurance
At the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA), no numerical acceptable daily intake (ADI) has been set, as pectin is considered safe. In the US, pectin is GRAS generally recognized as safe. CMC with 99.5% purity meets USFDA and EU regulation. Moreover, it free of allergens and with few exceptions, GMO.
สุขภาพและความสะดวกสบายเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้การบริโภคโยเกิร์ตเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ผู้บริโภคต้องการผลิตภัณฑ์ไขมันต่ำแต่ยังคงคาดหวังให้ผลิตภัณฑ์มีรสชาติและเนื้อสัมผัสไม่แตกต่างจากผลิตภัณฑ์ปกติ จึงมีการใช้ส่วนผสมต่าง ๆ เช่น โปรตีน เพคติน เจลาติน อิมัลซิไฟเออร์ และสตาร์ช เพื่อช่วยปรับปรุงความหนืด และเนื้อสัมผัสเพื่อให้ผลิตภัณฑ์โยเกิร์ตไขมันต่ำมีคุณภาพเช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ปกติ
เพคติน จัดเป็นสารกลุ่มไฮโดรคอลลอยด์ที่ละลายน้ำได้ สกัดได้จากเปลือกของแอปเปิ้ล หรือพืชตระกูลส้ม เช่น มะนาวและส้ม ผลิตภัณฑ์เพคติน เช่น Grindsted Pectin SY จะช่วยเพิ่มความเนียน (Smoothness) ของผลิตภัณฑ์โยเกิร์ตที่มีโปรตีนสูง เนื่องจากไปสร้างพันธะกับเวย์โปรตีน และยังมอบข้อดีอื่น ๆ ดังนี้
- เพคติน จะเพิ่มความหนืดของโยเกิร์ตที่อุณหภูมิการบรรจุประมาณ 20-25 องศาเซลเซียส จึงลดปัญหาการกระเด็น (Splashing) ในระหว่างการบรรจุ
- ระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษาที่อุณหภูมิสูงกว่า 15 องศาเซลเซียส เพคตินจะให้ความหนืดสูงกว่าเจลาติน
- ให้ภาพลักษณ์ที่ดีต่อสินค้ากลุ่ม Clean Label เมื่อเทียบกับสตาร์ชหรือเจลาติน รวมทั้งยังเป็นแหล่งของใยอาหาร
- เพคติน ช่วยลดปริมาณนมพร่องมันเนยในสูตรจึงทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตได้
การใช้เพคติน ในโยเกิร์ตเป็นการอาศัยการเกิดพันธะหรือปฏิกิริยาระหว่างเพคติน และเคซีนในนม ซึ่งสามารถเกิดพันธะทั้งทางตรงโดยการจับโดยแรงดึงดูดระหว่างขั้ว และการสร้างพันธะทางอ้อมที่จะอาศัยการสร้างการยึดเกาะ (Junction zone) ร่วมกับแคลเซียมในนม การเกิดพันธะดังกล่าวยังส่งผลต่อการเพิ่มอัตราการตกตะกอน (Aggregation) ของเคซีนที่เกิดจากขนาดอนุภาคและความหนืดที่เพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้น การใช้เพคติน ในปริมาณมากเกินไปจะทำให้ผลิตภัณฑ์มีเนื้อสัมผัสหยาบขึ้น และผลิตภัณฑ์มีความมันเงาลดลง ดังนั้นการปรับใช้เพคติน ในปริมาณที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญโดยต้องคำนึงถึง ปริมาณไขมันและโปรตีนในสูตร ชนิดของจุลินทรีย์ที่ใช้ และระยะเวลาในการหมักด้วย จากการทดลองในระดับอุตสาหกรรม Danisco มักแนะนำให้ใช้เพคติน น้อยลงกว่าในระดับทดลองผลิตเล็กน้อย
ขณะนี้นมเปรี้ยวเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นทั้งในประเทศไทยและทั่วโลก โดยสามารถใช้รับประทานแทนอาหารมื้อหลัก อาหารว่าง หรือ ดับกระหาย กลุ่มผลิตภัณฑ์นมเปรี้ยว มีหลายประเภท ได้แก่ นมเปรี้ยวพร้อมดื่ม นมเปรี้ยวจากการเติมกรด นมเปรี้ยวผสมน้ำผลไม้ และเครื่องดื่มโปรตีนจากพืช อย่างไรก็ตาม การผลิตสินค้ากลุ่มนี้มีความท้าทายโดยเฉพาะกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่มี pH ต่ำ
ในสภาวะกรด โปรตีน (ทั้งจากถั่วเหลืองและนม) มีแนวโน้มที่จะตกตะกอนและแยกชั้น โดยเฉพาะเมื่อผลิตภัณฑ์มีความหนืดต่ำหรือต้องผ่านกระบวนการให้ความร้อน ผลที่ตามมาคือ ผลิตภัณฑ์มีเนื้อสัมผัสหยาบ (Grainy texture) หรือเกิดการตกตะกอน การป้องกันปัญหาเหล่านี้สามารถใช้การเติมสารกลุ่มไฮโดรคอลลอยด์ เช่น เพคติน หรือ คาร์บอกซีลเมทิลเซลลูโลส (CMC) ลงในผลิตภัณฑ์
Grindsted® Pectin AMD ผลิตจากเปลือกของพืชตระกูลส้ม จัดเป็นกลุ่มเพคติน ที่มีหมู่เอสเทอร์สูง (High Esterified) ทำหน้าที่ให้เนื้อสัมผัสและความคงตัวต่อผลิตภัณฑ์มี pH ต่ำ (ต่ำกว่า 4.5) ในผลิตภัณฑ์นมเปรี้ยวที่ได้จากกระบวนการหมัก ควรเติมเพคติน หลังจากกระบวนการหมักเพื่อป้องกันการแยกตัวจากโปรตีน กรณีผลิตภัณฑ์เป็นนมเปรี้ยวจากการเติมกรดควรเติมเพคตินพร้อมน้ำผลไม้ก่อนการเติมกรดจะให้ผลที่ดีกว่า
โดยทั่วไปแล้ว CMC จะทำให้ผลิตภัณฑ์นมเปรี้ยวมีเนื้อสัมผัสที่ไม่ค่อยดี และมีแนวโน้มจะเกิดลักษณะคล้ายเมือก (Slimy) อย่างไรก็ตาม Danisco ได้มีการวิจัยและพัฒนาสินค้ากลุ่ม CMC ที่สามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ โดยมีทั้ง CMC สำหรับผลิตภัณฑ์นมเปรี้ยวที่มีปริมาณของแข็งที่ไม่ใช่ไขมัน (Milk solid non-fat, MSNF) ต่ำ (1-3%) และชนิดที่มี MSNF สูง (4-8%) อย่างไรก็ดี ชนิดและปริมาณการใช้ของ CMC ที่เหมาะสมในผลิตภัณฑ์ขึ้นกับกระบวนการผลิต และเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ต้องการ
การเติม CMC ในผลิตภัณฑ์กลุ่มนมผสมน้ำผลไม้ สามารถผสม CMC ลงในน้ำผลไม้แล้วจึงเติมลงในนม อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ต้องการการปั่นผสมที่รุนแรง หรือผ่านเครื่องโฮโมจีไนเซอร์ก่อนการพาสเจอร์ไรซ์ ในกระบวนการผลิตโยเกิร์ตพร้อมดื่มแนะนำให้เติม CMC หลังจากการหมักแล้วจึงนำไปผ่านการโฮโมจีไนเซอร์ เพื่อให้มั่นใจว่าโปรตีนเคซีนในนมสัมผัสกับ CMC อย่างทั่วถึง
การประกันคุณภาพ
JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) ได้กำหนดว่าเพคติน สามารถใช้ได้อย่างปลอดภัย จึงไม่มีการกำหนดค่าสูงสุดที่รับประทานได้ต่อวันโดยไม่เกิดอันตราย (Acceptable Daily Intake, ADI) ในขณะที่สหรัฐอเมริกาก็กำหนดให้เพคติน จัดเป็น GRAS (Generally recognized as safe)
สำหรับ CMC ที่มีความบริสุทธิ์ 99.5% ถูกยอมรับให้ใช้กับอาหารตามข้อกำหนดของหน่วยงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (USFDA) และสหภาพยุโรป (EU) ทั้งยังไม่เป็นสารก่อภูมิแพ้ (Allergen) และไม่เป็นอาหารดัดแปลงพันธุกรรม (GMO) อีกด้วย
