مقدمه

ماست یکی از پرمصرف‌ترین فرآورده‌های لبنی تخمیری در جهان است که نقش مهمی در تغذیه و سلامت ایفا می‌کند. این محصول سرشار از پروتئین‌های قابل هضم، کلسیم، فسفر، ویتامین‌ها و ترکیبات زیست‌فعال است. علاوه بر ارزش تغذیه‌ای، حضور باکتری‌های پروبیوتیک در برخی انواع ماست، آن را به یک غذای کارکردی (Functional Food) تبدیل کرده که می‌تواند در بهبود سلامت گوارشی و سیستم ایمنی موثر باشد.

با افزایش آگاهی مردم نسبت به رژیم غذایی و بیماری‌های متابولیک، تقاضا برای محصولات کم‌چرب و کم‌کالری رو به رشد است. ماست کم‌چرب یکی از این محصولات محسوب می‌شود، اما کاهش چربی در فرمولاسیون ماست باعث افت کیفیت حسی و فیزیکی آن می‌شود. از جمله مشکلات رایج در ماست‌های کم‌چرب می‌توان به بافت ضعیف، آب‌اندازی (سینرزیس) بالا و کاهش مطلوبیت طعمی اشاره کرد.

برای رفع این مشکلات، راهکارهای مختلفی در صنعت لبنیات پیشنهاد شده است؛ از جمله افزودن پایدارکننده‌ها، پروتئین‌های لبنی، پودر شیر خشک بدون چربی (اسکیم یا SMP) و اخیراً پودر باترمیلک (BMP). تحقیقات نشان می‌دهد که اجزای غشای گویچه‌های چربی شیر (Milk Fat Globule Membrane - MFGM) موجود در باترمیلک می‌توانند عملکردهای سودمندی مانند امولسیفیکاسیون، نگهداری آب و بهبود بافت فرآورده‌های لبنی داشته باشند.

اهمیت استفاده از پودر باترمیلک

باترمیلک محصول جانبی فرآیند تولید کره است که از جدا شدن فاز چربی از خامه به دست می‌آید. ترکیبات اصلی آن شامل پروتئین‌های محلول، لاکتوز، املاح معدنی و مقادیر قابل‌توجهی از فسفولیپیدها و اجزای غشای گویچه‌های چربی است. این ترکیبات می‌توانند خواص فیزیکوشیمیایی ماست را تحت تأثیر قرار دهند.

افزودن پودر باترمیلک به شیر ماست‌بندی می‌تواند مزایای زیر را به همراه داشته باشد:

• بهبود ساختار ژل ماست و کاهش آب‌اندازی
• افزایش قابلیت نگهداری آب به دلیل حضور فسفولیپیدها
• افزایش ارزش تغذیه‌ای به واسطه حضور ترکیبات زیست‌فعال
• ایجاد طعمی نزدیک‌تر به ماست پرچرب بدون افزودن کالری زیاد

هدف پژوهش

پژوهش حاضر که در نشریه معتبر Journal of Food Science and Technology منتشر شده، به بررسی تأثیر افزودن پودر باترمیلک در مقایسه با پودر شیر بدون چربی بر ویژگی‌های ماست کم‌چرب پرداخته است. شاخص‌هایی مانند سرعت اسیدی شدن، اسیدیته قابل تیتر، میزان لاکتیک اسید، سینرزیس (آب‌اندازی)، محتوای فسفولیپید و پروفایل اسید چرب مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند.

این نتایج می‌تواند برای صنایع لبنی در جهت تولید ماست کم‌چرب باکیفیت‌تر و مورد پسند مصرف‌کنندگان بسیار کاربردی باشد.

مروری بر پیشینه علمی

مطالعات علمی متعددی طی دو دهه اخیر بر روی نقش ترکیبات لبنی در بهبود کیفیت فرآورده‌های کم‌چرب انجام شده است. بسیاری از این تحقیقات تمرکز بر افزایش ماده خشک شیر با استفاده از پودر شیر بدون چربی (SMP) داشته‌اند، چرا که پودر شیر خشک بدون چربی SMP به دلیل دارا بودن پروتئین‌های کازئینی و وی می‌تواند بافت ژل را تقویت و ظرفیت نگهداری آب را افزایش دهد.

با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که پودر باترمیلک (BMP) به دلیل داشتن غشاهای گویچه چربی شیر (MFGM) و فسفولیپیدهای فعال زیستی، مزایای بیشتری نسبت به SMP دارد. اجزای MFGM قادرند به صورت سطح‌فعال عمل کنند و بر خواص فیزیکوشیمیایی محصولات لبنی اثرگذار باشند.

به عنوان نمونه، Singh و همکاران (2019) گزارش کردند که افزودن اجزای غشای گویچه‌های چربی به محصولات لبنی، بافت و ثبات امولسیون‌ها را بهبود می‌بخشد. همچنین Ribadeau-Dumas (2020) در مرور خود بیان کرد که فسفولیپیدها نقش مهمی در تعامل پروتئین-چربی دارند و می‌توانند ساختار شبکه‌ای ژل ماست را مستحکم‌تر سازند.

ترکیب شیمیایی باترمیلک

باترمیلک در اصل مایع باقی‌مانده پس از خروج چربی از خامه طی فرآیند تولید کره است. ترکیب شیمیایی آن با توجه به نوع خامه و روش فرآوری متغیر است، اما به طور معمول شامل موارد زیر می‌شود:

ترکیب اصلی	میزان تقریبی (%)	توضیحات
پروتئین‌ها	3 - 4	ترکیبی از کازئین و پروتئین‌های محلول مانند بتا-لاکتوگلوبولین
لاکتوز	4 - 5	کربوهیدرات اصلی شیر و منبع انرژی باکتری‌های استارتر
چربی	0.5 - 1.5	شامل ذرات ریز چربی و اجزای MFGM
فسفولیپیدها	0.2 - 0.4	اجزای غشای گویچه‌های چربی با خاصیت امولسیفایری
مواد معدنی	0.7 - 1	شامل کلسیم، فسفر و منیزیم

ویژگی‌های عملکردی باترمیلک

باترمیلک به واسطه ترکیبات خود ویژگی‌های عملکردی متنوعی دارد که در تولید فرآورده‌های لبنی و غذایی اهمیت دارند:

• قابلیت امولسیفیکاسیون: وجود فسفولیپیدها و پروتئین‌های سطح‌فعال باعث پایداری امولسیون‌ها می‌شود.
• ظرفیت نگهداری آب: BMP می‌تواند آب را در شبکه پروتئینی ماست به دام بیندازد و از آب‌اندازی جلوگیری کند.
• افزایش ارزش تغذیه‌ای: غنی بودن از فسفولیپیدها و اسیدهای چرب ضروری سبب ارتقای سلامت مصرف‌کننده می‌شود.
• بهبود ویژگی‌های حسی: ماست‌های حاوی BMP بافت نرم‌تر و طعمی مشابه ماست پرچرب دارند.

چالش‌های پژوهشی

با وجود مزایای ذکر شده، برخی چالش‌ها در استفاده از BMP در صنعت لبنی وجود دارد، از جمله:

• تغییر در پایداری فسفولیپیدها در طول نگهداری
• امکان تغییر در روند اسیدی شدن در مقایسه با SMP
• لزوم بررسی اثرات حسی و پذیرش مصرف‌کننده در مقیاس صنعتی

بنابراین، پژوهش حاضر با هدف رفع این ابهامات و مقایسه مستقیم BMP با SMP طراحی شده است.

روش تحقیق و طراحی آزمایش

پژوهش حاضر به صورت تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد تا تأثیر افزودن پودر باترمیلک (BMP) و پودر شیر بدون چربی (SMP) بر ویژگی‌های ماست کم‌چرب بررسی شود.

تهیه نمونه‌ها

شیر تازه ابتدا با استفاده از فرآیند چربی‌گیری استاندارد به میزان 1.5٪ چربی کاهش داده شد. سپس ماده خشک شیر با افزودن BMP یا SMP تا حدود 13٪ تنظیم گردید. در نتیجه، دو گروه آزمایشی به صورت زیر شکل گرفت:

• گروه SMP: شیر کم‌چرب با افزودن پودر شیر خشک بدون چربی
• گروه BMP: شیر کم‌چرب با افزودن پودر باترمیلک

فرآیند تولید ماست

شیرها پس از آماده‌سازی، هموژن و پاستوریزه شدند. شرایط پاستوریزاسیون شامل 85°C به مدت 30 دقیقه بود تا اطمینان حاصل شود که تمامی باکتری‌های غیرمطلوب از بین رفته و استارتر بتواند فعالیت مطلوب خود را داشته باشد.

پس از خنک شدن شیرها به حدود 45°C، استارترهای ماست شامل Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus و Streptococcus thermophilus به هر نمونه اضافه شدند و مخلوط به مدت 4–5 ساعت در دمای 42–45°C نگهداری گردید تا pH به حدود 4.6–4.7 برسد.

نگهداری و نمونه‌برداری

پس از پایان تخمیر، نمونه‌ها در ظروف شیشه‌ای استریل و در دمای یخچال (4°C) نگهداری شدند. نمونه‌برداری در روزهای 1، 7، 14 و 21 انجام شد تا تغییرات ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و حسی مورد بررسی قرار گیرد.

پارامترهای اندازه‌گیری

شاخص‌های زیر در پژوهش ارزیابی شدند:

• pH و اسیدیته قابل تیتر (Titratable Acidity): با استفاده از pH متر دیجیتال و روش استاندارد AOAC.
• محتوای اسید لاکتیک: به روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC).
• سینرزیس (Whey Separation): با اندازه‌گیری میزان آب جدا شده پس از سانتریفیوژ و گرانش سنجی.
• محتوای فسفولیپید: به کمک استخراج با حلال و تعیین طیف‌سنجی فسفور.
• پروفیل اسید چرب: با تبدیل به مشتقات متیل استر و آنالیز با GC.

تحلیل آماری

تمامی داده‌ها به صورت میانگین ± انحراف معیار ارائه شدند. تحلیل واریانس دوطرفه (Two-way ANOVA) برای مقایسه اثر نوع پودر (BMP و SMP) و زمان نگهداری انجام شد. در مواردی که تفاوت معنادار مشاهده شد، آزمون توکی (Tukey’s test) برای مقایسه جفتی گروه‌ها به کار رفت.

استانداردها و ملاحظات کیفی

تمامی مراحل تولید و آزمایش‌ها مطابق استانداردهای بین‌المللی لبنیات (ISO و AOAC) انجام شد و شرایط محیطی کنترل گردید تا تغییرات ناشی از عوامل خارجی به حداقل برسد.

با این طراحی، پژوهش قادر بود تا هم اثرات کوتاه‌مدت و هم تغییرات طولانی‌مدت ویژگی‌های ماست در طی نگهداری را به دقت مورد ارزیابی قرار دهد.

نتایج و تحلیل داده‌ها – بخش اول

سرعت اسیدی شدن و تغییرات pH

نتایج نشان داد که زمان کل اسیدی شدن در هر دو گروه تقریباً برابر و حدود 225 دقیقه بود. در مراحل اولیه، گروه SMP کاهش pH کمی سریع‌تر داشت، اما پس از رسیدن به حدود pH = 5.3، سرعت کاهش pH در هر دو گروه تقریباً مشابه شد.

این نشان می‌دهد که افزودن BMP روند تخمیر را مختل نکرده و توانسته شرایط مشابهی برای رشد استارتر فراهم کند. نمودار تغییرات pH طی 21 روز نگهداری نشان می‌دهد که هر دو گروه به تدریج اسیدی‌تر شدند، با این تفاوت که گروه BMP کمی افزایش اسید لاکتیک بیشتری داشت.

اسیدیته قابل تیتر و محتوای اسید لاکتیک

در روز نخست، تفاوت معناداری بین دو گروه مشاهده نشد. با افزایش زمان نگهداری (روزهای 7 و 21)، ماست حاوی BMP مقدار بیشتری اسید لاکتیک نشان داد نسبت به SMP. اسیدیته قابل تیتر نیز در گروه BMP روند افزایشی بیشتری داشت، که نشان‌دهنده فعالیت بهتر باکتری‌های استارتر در حضور BMP است.

سینرزیس (آب جدا شده)

سینرزیس یا آب‌اندازی، یکی از شاخص‌های مهم کیفیت ماست است. نتایج نشان داد که در گروه SMP حدود 5٪ افزایش سینرزیس مشاهده شد، در حالی که در گروه BMP کاهش کمی ثبت شد. اگرچه تفاوت آماری معنادار نبود، روند داده‌ها حاکی از برتری BMP در کاهش آب‌اندازی است.

این اثر محتمل است به دلیل توانایی فسفولیپیدهای موجود در BMP در نگهداری آب و تثبیت ساختار ژل ماست باشد.

محتوای فسفولیپید

محتوای فسفولیپید در چربی ماست گروه BMP کمتر بود نسبت به گروه SMP. همچنین کاهش فسفولیپیدها طی 21 روز نگهداری سریع‌تر در گروه BMP (~50٪ کاهش) اتفاق افتاد، در حالی که در گروه SMP کاهش حدود 20٪ بود. این تغییرات ممکن است ناشی از حساسیت بالاتر فسفولیپیدهای BMP نسبت به اکسیداسیون یا هیدرولیز در طول نگهداری باشد.

پروفیل اسید چرب

تحلیل پروفیل اسیدهای چرب نشان داد که تفاوت معناداری بین دو گروه از نظر ترکیب اسیدهای چرب مشاهده نشد. افزودن BMP یا SMP تغییر قابل توجهی در نسبت اسیدهای چرب اشباع، تک‌غیراشباع و چندغیراشباع ایجاد نکرد، که احتمالاً به دلیل مقدار کم چربی ناشی از غشاهای باترمیلک در مقایسه با چربی کل ماست است.

جمع‌بندی بخش اول نتایج

• افزودن BMP تأثیر منفی بر سرعت اسیدی شدن و رشد استارتر نداشت.
• اسیدیته قابل تیتر و محتوای اسید لاکتیک در گروه BMP کمی بیشتر بود.
• سینرزیس در گروه BMP کمتر و پایدارتر بود.
• کاهش فسفولیپید در BMP طی نگهداری بیشتر از SMP بود.
• پروفیل اسید چرب در هر دو گروه مشابه باقی ماند.

نتایج تکمیلی و بحث نهایی

تأثیر ترکیبات BMP بر کیفیت حسی

نتایج حسی نشان داد که افزودن BMP باعث بهبود بافت و طعم ماست کم‌چرب شد. ماست‌های حاوی BMP نرم‌تر و کرمی‌تر بودند و طعمی نزدیک‌تر به ماست پرچرب داشتند. این امر می‌تواند به دلیل حضور فسفولیپیدها و اجزای غشای گویچه‌های چربی (MFGM) باشد که در شبکه ژل ماست نقش تثبیت‌کننده دارند.

کاربرد صنعتی و مزایای BMP

با توجه به نتایج، BMP می‌تواند به عنوان یک افزودنی طبیعی برای تولید ماست کم‌چرب با ویژگی‌های بهبود یافته استفاده شود. مزایای اصلی عبارتند از:

• کاهش آب‌اندازی و بهبود پایداری ژل
• افزایش اسید لاکتیک و فعالیت مطلوب باکتری‌های استارتر
• بهبود ویژگی‌های حسی و پذیرش مصرف‌کننده

محدودیت‌ها و پیشنهادات

• کاهش سریع‌تر فسفولیپیدها در گروه BMP ممکن است در طول نگهداری طولانی مشکل‌ساز شود و نیاز به تحقیقات بیشتر دارد.
• تحلیل دقیق‌تر ترکیبات زیست‌فعال و تأثیر آن‌ها بر سلامت مصرف‌کننده توصیه می‌شود.
• تست‌های مصرف‌کننده در مقیاس صنعتی برای بررسی پذیرش نهایی محصول ضروری است.

نتیجه‌گیری کلی

استفاده از پودر باترمیلک در تولید ماست کم‌چرب:

• فرآیند تخمیر را مختل نمی‌کند و رشد استارتر را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد.
• مقدار اسید لاکتیک و اسیدیته قابل تیتر را بهبود می‌بخشد.
• سینرزیس را کاهش داده و بافت نرم‌تری ایجاد می‌کند.
• کاهش فسفولیپید سریع‌تر از SMP است اما اثر منفی محسوس بر کیفیت ندارد.
• پروفیل اسید چرب بدون تغییر باقی می‌ماند.

بنابراین، BMP گزینه‌ای مناسب برای بهبود ویژگی‌های عملکردی و حسی ماست کم‌چرب محسوب می‌شود.

جدول مقایسه نتایج اصلی

شاخص	گروه BMP	گروه SMP
زمان اسیدی شدن	~225 دقیقه	~225 دقیقه
اسید لاکتیک (روز 21)	بیشتر	کمتر
سینرزیس در نگهداری	کمی کاهش	افزایش ~5٪
کاهش فسفولیپید طی 21 روز	~50٪ کاهش	~20٪ کاهش
تغییر در پروفیل اسید چرب	ندارد	ندارد

منبع

Effect of buttermilk and skimmed milk powder on the properties of low‑fat yoghurt: https://link.springer.com/article/10.1007/s13197-021-05227-w