Введение
Сахароза – один из самых распространенных
углеводов, входящих в состав продуктов питания.
По данным органов здравоохранения, потребление
сахара составляет 82 г на человека в сутки при
рекомендуемой Роспотребнадзором норме в 50 г [1].
В 2010 г. учеными Московского государственного
медико-стоматологического университета была от-
мечена зависимость поражения кариесом зубов от
суточного потребления сахара: увеличение средней
суммы кариозных, пломбированных и удаленных
зубов в два раза при соответствующем превышении
рекомендуемой нормы потребления сахара [2].
Ряд молочных продуктов (творог, йогурт и др.)
может способствовать сохранению минералов зубной
эмали. Однако при добавлении сахара в эти продукты
такой эффект нивелируется [3, 4].
Сгущенное молоко с сахаром – традиционный
молочный продукт, включающий все составные
части молока в концентрированном виде, а также
высокое содержание калия, фосфора и кальция.
Именно эти элементы теряет зубная эмаль в
процессе деминерализации при развитии кариеса.
Скорректировав вводимую в рецептуру углевод-
ную часть, которая в традиционном исполнении
представлена легкоферментируемой сахарозой,
являющейся кариесогенной, можно получить про-
филактический продукт, в котором будут сохранены
все его преимущества.
Использование сахарозаменителей в пищевом
производстве – популярный метод снижения
энергетической ценности, гликемического индекса
и кариесогенного действия продуктов, но они не
выполняют роль осмотически деятельных веществ. В
связи с этим целью данного обзора являлось изучение
625
Большакова Е. И. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 4. С. 623–630
свойств трегалозы и изомальтулозы в аспекте их
использования в производстве концентрированных
продуктов с промежуточной влажностью, в том числе
сгущенного молока с сахаром. В обзор были включены
вещества, которые обладают кариесостатическими
свойствами.
Свой вклад в предотвращение развития кариеса
вносят не только интенсивные подсластители [5].
В работе R. A. Clemens и др. отмечается, что меньшей
кариесогенностью, по сравнению с сахарозой, об-
ладает трегалоза, а P. D. Sawale и др. и K. R. Goldfein
и J. L. Slavin подчеркивают эффективность замены
сахарозы на изомальтулозу в профилактике ка-
риеса [6–8].
Объекты и методы исследования
Научная литература для анализа была взята из
баз данных РИНЦ, Scopus и Web of Science. Поиск
осуществлялся на русском и английском языках с
использованием следующих дескрипторов: молочная
система (milk system), сгущенное молоко с сахаром
(sweetened condensed milk), активность воды (water
activity), кристаллизация (crystallization), сахароза
(sucrose), кариес (tooth decay), сахарозаменители
(sweeteners), трегалоза (trehalose), изомальтулоза
(isomaltulose), вязкость (viscosity), реакция Майяра
(Maillard reaction) и растворимость (solubility).
Глубина анализа научной литературы составила
15 лет.
Результаты и их обсуждение
Критерии оптимальности свойств альтер-
нативных веществ. Поиск веществ для альтер-
нативной замены сахарозы в сгущенном молоке
с сахаром и оценка оптимальности свойств ин-
гредиентов осуществлялись на основе критериев,
сформированных исходя из свойств сахарозы. Данные
критерии удовлетворяют получению качественного
готового продукта, физико-химическим особенностям
сырья, внутренним взаимодействиям в молочной
системе и данным о влиянии обозреваемых веществ
на зубную эмаль.
Значимые свойства сахарозы в системе сгущен-
ного молока с сахаром. Сахароза в традиционной
рецептуре сгущенного молока с сахаром отвечает за
консервирующий эффект посредством обеспечения
осмотического давления в 16–18 МПа, при котором
исключается развитие микроорганизмов. Такой
эффект в сгущенном молоке с сахаром обеспечивается
при концентрации сахарозы на уровне 62,5–
63,5 %. Недостаточная концентрация сахарозы может
вызвать порок нечистого и неопределенного вкуса
по причине развития осмофильных микроорганиз-
мов, действующих на белковую составляющую
продукта [9].
На осмотический потенциал среды, помимо
концентрации вносимых консервирующих веществ,
влияет молекулярная масса, которая у сахарозы
составляет 342 г/моль. Подробный анализ и сис-
тематизация альтернативных сахарозе осмотически
деятельных веществ описаны в работе М. Н. Стрижко
и А. Г. Галстяна [10]. Например, декстроза (которая
также вызывает кариес), по сравнению с сахаро-
зой, имеет бо́льшую теоретическую консервирую-
щую способность, т. к. при концентрации раствора
15,25 % она обеспечивает осмотический потенциал,
идентичный раствору сахарозы с концентрацией
24,93 %. Молекулярная масса декстрозы ниже и
составляет 180 г/моль. В связи с этим одним из
критериев оценки оптимальности обозреваемых
веществ была обозначена молекулярная масса.
Помимо основной функции в виде консерви-
рующего действия, сахароза отвечает за сладость
готового продукта, поэтому сладость по отношению
к сахарозе также учитывалась при изучении свойств
рассматриваемых углеводов.
Низкая растворимость вещества может сказаться
на органолептических характеристиках готового
продукта, т. к. нерастворившиеся кристаллы способны
вызывать пороки консистенции. В связи с этим
растворимость была включена в список критериев
оценки.
Физико-химические особенности молочной
системы. Активность воды – основной показатель
оценки консервирования [11, 12]. W. J. Scott в 1953 г.
доказал, что оптимальные условия устойчивости
пищевых продуктов к химическим и микро-
биологическим процессам должны определяться
на основе значения показателя активности воды,
характеризующей ее доступность для микро-
организмов. Сахароза в традиционной рецептуре
сгущенного молока с сахаром выполняет функцию
осмодеятельного агента. Связывая воду, она делает ее
недоступной для микроорганизмов, что обуславливает
взаимосвязь активности воды (Aw) и происходящих
в молочных консервах микробиологических и
физико-химических процессов [9]. С точки зрения
оценки этого показателя качественным можно счи-
тать то сгущенное цельное молоко с сахаром,
значение активности воды которого составляет
0,85–0,83 [12, 13].
Реакция Майяра в молочной системе – это
термически-индуцированный процесс, заключаю-
щийся во взаимодействии NH2-групп молочных
белков с карбонильными группами восстанав-
ливающих сахаров [14, 15]. Основные продукты
реакции – меланоидиновые соединения, которые
могут вызывать появление привкуса карамелизации
и изменение цвета (побурение) в продукте [14, 16].
В производстве сгущенного молока с саха-
ром предусмотрено проведение различных техно-
логических операций, сопровождающихся тепловыми
воздействиями, а именно нагрев молока при 45 °C,
внесение сахарного сиропа при 80 °C, пастеризация
626
Bolshakova E.I. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(4):623–630
смеси и выдержка при 100 °C в течение 10 мин.
Однако уже при 37 °C в системе молочных белков
и восстанавливающих сахаров протекает начальная
стадия реакции Майяра и образуются основания
Шиффа и бесцветные гликозиламины [17, 18].
Их перегруппировка в соединения Армадори или
Хейна происходит в промежуточной стадии при
одновременном образовании бесцветных или чуть
желтоватых соединений (5-гидроксиметилфурфурол,
редуктон и др.). Некоторыми авторами отмечается, что
60 °C – характерная температура для промежуточной
стадии [17, 18]. На финальном этапе активно
образуются меланоидины и появляется характерное
окрашивание молочной среды в кремовый цвет.
Насыщенность цвета зависит от технологических
режимов, pH, активности воды и свойств сахаров,
находящихся в системе.
Характерный цвет цельного сгущенного молока
с сахаром – белый с кремовым оттенком. Изменение
нативного цвета является нежелательным эффектом,
т. к. приводит к отбраковке продукта [9].
Вязкость. В сгущенном молоке с сахаром
нормируется вязкость в диапазоне 3–15 МПа, но
в процессе хранения она увеличивается [19].
Существует обратнопропорциональная зависимость
скорости диффузии лактозы к зародышевым центрам
(процесса кристаллизации) от вязкости продукта.
Поэтому важно контролировать показатель вязкости,
который влияет на формирование органолептических
свойств и качества продукта в целом [20, 21].
Загустевание сгущенного молока с сахаром
является пороком консистенции, поэтому неже-
лательно [22]. Потере текучести способствует как
несоблюдение режимов производства и хранения,
так и увеличенное содержание сухих обезжиренных
веществ и инвертного сахара [19]. Важно подбирать
такие вещества в композицию, которые в оптимальных
концентрациях будут обеспечивать требуемую
массовую долю влаги.
Кристаллизация лактозы – один из важных
процессов в производстве сгущенного молока с
сахаром, который позволяет получить продукт
с заданными свойствами [21, 23]. При хранении
этот процесс в контексте лактозы или вносимой уг-
леводной части может быть обусловлен нарушения-
ми технологических режимов или оптимальной
концентрацией консервирующего вещества. Поэто-
му кристаллизация нежелательна и может вызывать
пороки консистенции: мучнистость, песчанистость
и даже образование видимых кристаллов. Поми-
мо лактозы, содержащейся в молочной системе, в
сгущенном молоке с сахаром способностью крис-
таллизоваться обладает и сахароза. В связи с этим
нарушение режимов технологического процесса
и условий хранения может неблагоприятно пов-
лиять на вносимую углеводную составляющую, что
скажется на качестве готового продукта. Скорость
образования зародышевых центров сахарозы зави-
сит от силы поверхностного натяжения, которое
находится под влиянием многих факторов, в том
числе химического потенциала и числа молей
компонентов [24].
Поведение сахаристых веществ в реакции
Майяра, их растворимость, вязкость и способность к
кристаллизации напрямую влияют на формирование
качества сгущенного молока с сахаром. В связи с этим
рассмотренные свойства легли в основу критериев
оценки оптимальности сладких веществ в аспекте
замены сахарозы (рис. 1).
Обзор свойств сахарозных альтернатив. Тре-
галоза. Трегалоза (α-d-глюкопиранозил; α-d-глю-
копиранозид) – подсластитель, который обладает
коэффициентом сладости 0,5–0,7 по отношению к
сахарозе. Он способен усиливать вкус, уменьшать
запах и продлевать сроки хранения [25].
По химической структуре трегалоза представ-
ляет собой дисахарид, состоящий из двух глюкозных
остатков, соединенных 1,1-гликозидной связью, с
молекулярной массой 342,3 г/моль, как у саха-
розы [25, 26]. Строение обуславливает свойства
трегалозы – она является невосстанавливающим
сахаром и обладает высокой стабильностью [25, 26].
Особенности строения трегалозы, а именно отсутствие
у нее свободной альдегидной группы и наличие
высокоустойчивой гликозидной связи, соединяющей
два α-D-глюкопиранозных остатка, позволяют не
вступать ей в химические реакции с аминокислотами
и белками [27–29].
В технологическом аспекте трегалоза может быть
интересна по причине проявления у нее способности
к увеличению стабильности бета-казеина и бета-
лактоглобулина благодаря механизму специфичес-
ких связей, который влияет на формирование
реологических характеристик [30–33]. Значение
вязкости 0,5 М раствора трегалозы превышает
значение вязкости 0,5 М раствора сахарозы на 30 %
при 25 °С [26].
Румынские исследователи отмечают, что при до-
бавлении в мед 0,07–0,08 ммоль трегалозы на 100 г
Рисунок 1. Дизайн критериального отбора сладких
веществ в аспекте замены сахарозы
Figure 1. Criterial design for sucrose replacements
627
Большакова Е. И. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 4. С. 623–630
предотвращается его кристаллизация, но химичес-
кий состав, цвет и текстура не изменяются [34].
В работе A. A. Thorat и др. отмечается, что добав-
ление 1 % трегалозы в лиофилизаты углеводных
смесей способно изменить ход кристаллизации
сахарозы [35].
Трегалоза – космотропное вещество, которое
обладает более высокой способностью к H-свя-
зыванию, чем сахароза. В связи с этим в системе с
трегалозой снижается подвижность воды, которая
находится в прямой зависимости от скорости
образования кристаллов и значения активности
воды [36, 37].
Изомальтулоза. Изомальтулоза (6-O-α-D-глюко-
пиранозил-D-фруктофураноза) – подсластитель
с низким гликемическим индексом, высокой
стабильностью к изменению реакции среды и
антикариесогенным действием. По химическому
строению подсластитель представляет собой ди-
сахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы,
соединенных α-(1-6) связью с молекулярной массой
342,3 г/моль [7, 36].
Изомальтулоза активно участвует в реакции
Майяра из-за наличия свободной редуцирующей
группы, что отмечается в работах [36, 39–41].
Согласно уравнению регрессии Aw для раствора
изомальтулозы, которое представлено в работе
М. Н. Стрижко, данный дисахарид обладает вы-
соким потенциалом к связыванию влаги [42].
Подобный эффект отмечается и другими исследо-
вателями [35, 43].
Изомальтулоза имеет ограничения в раствори-
мости – 30 % [44]. В работе I. Peinado и др. отме-
чается низкая растворимость дисахарида и под-
черкивается необходимость включения в углеводную
композицию с ним сахарозы или фруктозы [45].
Результаты исследования S. Song и др. показывают,
что растворимость изомальтулозы находится в прямой
зависимости от температуры [46].
На ингибирование процесса кристаллизации вли-
яет снижение молекулярной подвижности среды,
которое может быть обеспечено вязкостными
свойствами вещества, входящего в пищевую
систему. Значения вязкости растворов лиофилизатов
с добавлением изомальтулозы и целлобиозы были
выше по сравнению с растворами фруктозы, сахарозы,
лактозы, мальтозы или трегалозы [35].
V. W. K. Tan и др. отмечают близость вкусовых
характеристик изомальтулозы и сахарозы, а коэф-
фициент сладости изомальтулозы по отношению к
сахарозе составляет 0,3–0,4 [7, 47].
Сравнительная характеристика свойств сахарозы,
трегалозы и изомальтулозы представлена в таблице 1.
В статьях различных авторов приводятся данные
о кристаллизации, вязкости и активности воды пище-
вых сред с изомальтулозой и трегалозой [34, 43, 51–53].
Однако было признано нецелесообразным срав-
нивать эти данные, т. к. сладкие концентриро-
ванные молочные продукты с промежуточной
влажностью имеют особенные физико-химические
свойства [9, 54, 55].
Выводы
Значение молекулярной массы, которое влияет
на осмотический потенциал среды, а впоследствии
и на консервирующий эффект, у рассматриваемых
углеводов с сахарозой совпадает. Однако их
сладость может быть ниже сладости сахарозы на
30–70 %, а растворимость углеводов при 20 °С
сильно отличаться и уменьшаться в ряду сахароза –
трегалоза – изомальтулоза. Таким образом, пред-
ставляет интерес использование этих сахаров в
комбинации с подсластителями, улучшающими
вкусовые характеристики (при необходимости). В
реакцию Майяра, аналогично сахарозе, вступает
изомальтулоза, в то время как строение трегалозы
исключает такого рода взаимодействие. Данный
эффект можно рассматривать с положительной точки
зрения в производстве классического сгущенного
молока с сахаром при использовании трегалозы, а
также в производстве вареного при использовании
изомальтулозы.
В процессе изучения литературных источников
не обнаружено коррелирующих между собой дан-
ных о взаимодействиях и характере поведения ком-
понентов в концентрированной молочной системе
при добавлении изомальтулозы и трегалозы. Также
не найдено экспериментально подтвержденных дан-
ных о вязкости, активности воды и кристаллизации
рассматриваемых веществ, которые можно было бы
сопоставить или сравнить. Отмечена положительная
Таблица 1. Сравнение основных свойств и характеристик сахарозы, трегалозы и изомальтулозы
Table 1. The main properties of sucrose, trehalose, and isomaltulose
Характеристики и свойства Углевод
Сахароза Трегалоза Изомальтулоза
Молекулярная масса, г/моль 342,3 [48] 342,3 [49] 342,3 [38]
Коэффициент сладости 1,0 [25] 0,5–0,7 [25] 0,3–0,4 [7]
Растворимость, г/100 г воды при 20 °С 200,0 [26] 40,6–69,0 [26] 0,5 [39]
Реакция Майяра Вступает в реакцию [50] Не вступает в реакцию [25] Вступает в реакцию [39]
628
Bolshakova E.I. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(4):623–630
тенденция влияния представленных в обзоре веществ
на анализируемые свойства. Это обуславливает их
рассмотрение в качестве потенциальных альтернатив
сахарозе в аспекте использования при производстве
сладких молочных консервов. Вышеизложенное
является основанием для проведения дальнейших
исследований.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
