Przegląd Mleczarski 6/2026 – Matryca decyduje. Struktura i reologia produktów mleczarskich jako fundament jakości sensorycznej i żywieniowej

Przegląd Mleczarski 6/2026 – Matryca decyduje. Struktura i reologia produktów mleczarskich jako fundament jakości sensorycznej i żywieniowej

Matryca mleczna to złożony układ koloidalny zbudowany z wody, białek, tłuszczu, laktozy i składników mineralnych. W produktach fermentowanych i zagęszczonych, takich jak sery czy jogurty, za integralność produktu odpowiada trójwymiarowa sieć białkowa zbudowana głównie z miceli kazeinowych, wewnątrz której zdyspergowane są kuleczki tłuszczowe otoczone fazą wodną [16].

Produkt, którego jakości nie widać na etykiecie
Gdyby jakość produktów mleczarskich wynikała wyłącznie ze składu chemicznego, dwa jogurty o identycznym składzie musiałyby smakować tak samo. Tak się jednak nie dzieje. Konsument porównujący dwie marki zawierające tę samą ilość białka, tłuszczu i laktozy może ocenić je zupełnie inaczej: jeden jako kremisty i pełny, drugi jako wodnisty i piaszczysty. Różnica nie leży w recepturze. Leży w organizacji przestrzennej matrycy – w tym, jak poszczególne składniki zostały rozmieszczone w trójwymiarowej strukturze produktu i jakie siły na nie oddziałują.

Matryca mleczna to złożony układ koloidalny zbudowany z wody, białek, tłuszczu, laktozy i składników mineralnych. W produktach fermentowanych i zagęszczonych, takich jak sery czy jogurty, za integralność produktu odpowiada trójwymiarowa sieć białkowa zbudowana głównie z miceli kazeinowych, wewnątrz której zdyspergowane są kuleczki tłuszczowe otoczone fazą wodną [16]. Sposób, w jaki te składniki są rozmieszczone i jak na siebie oddziałują, decyduje o trwałości produktu, jego właściwościach reologicznych, profilu uwalniania aromatów oraz o tym, w jakim tempie składniki odżywcze zostaną uwolnione z matrycy i udostępnione organizmowi [14]. Jakość produktu mleczarskiego powstaje znacznie wcześniej niż w momencie oceny smaku – podczas ogrzewania, homogenizacji, fermentacji, chłodzenia, mieszania, dojrzewania i przechowywania, kiedy białka, tłuszcz, woda, laktoza i składniki mineralne układają się w strukturę rozpoznawaną później przez język, podniebienie i przewód pokarmowy. Bez kontroli tej struktury trudno przewidzieć, czy jogurt zachowa lepkość, czy serek będzie smarowny, czy produkt wysokobiałkowy nie stanie się piaszczysty i czy obniżenie tłuszczu nie pogorszy odczucia kremistości.

Struktura matrycy jest jednak nie tylko parametrem sensorycznym. To ona decyduje o tym, jak szybko składniki odżywcze zostaną uwolnione i przyswojone przez organizm. Żywność projektowana dla konkretnych grup konsumentów, np. osób starszych, sportowców, pacjentów z zaburzeniami metabolicznymi wymaga precyzyjnej kontroli mikrostruktury po to, by dopasować kinetykę trawienia i biodostępność składników do fizjologicznych potrzeb odbiorcy. W tym sensie matryca przestaje być wyłącznie kwestią technologiczną, a staje się centralnym parametrem projektowania wartości żywieniowej.
 

Struktura i tekstura – dwa różne pojęcia, jedno doświadczenie zmysłowe
W dyskusji o jakości produktów mleczarskich pojęcia „struktura" i „tekstura" są często używane wymiennie. To błąd, który prowadzi do nieporozumień zarówno w interpretacji danych analitycznych, jak i w komunikacji między działem technologicznym a działem sensorycznym. Struktura oznacza obiektywną, trójwymiarową organizację składników: białek, tłuszczu, wody i węglowodanów i jest cechą fizykochemiczną układu opisywaną metodami instrumentalnymi: mikroskopią, analizą rozkładu wielkości cząstek czy pomiarem modułów mechanicznych. Strukturę można opisać w stanie spoczynku, lecz nie jest ona układem niezmiennym: przebudowuje się podczas chłodzenia, mieszania, dojrzewania, przechowywania i jedzenia. Tekstura natomiast to zespół właściwości, które ujawniają się dopiero w trakcie spożywania - podczas kontaktu z zębami, językiem i śliną [8].

Różnica między tymi pojęciami ma charakter funkcjonalny (tab. 1). Ten sam produkt może mieć dobrze zdefiniowaną strukturę żelu, a mimo to wykazywać niepożądaną teksturę, jeśli żel zbyt szybko traci spójność podczas żucia lub zbyt wolno uwalnia płyn, co konsument odbiera jako gumowatość. Rozróżnienie tych pojęć pozwala stawiać właściwe pytania: nie „jaka jest lepkość tego jogurtu", lecz „jak ta lepkość zmienia się podczas obróbki w jamie ustnej i co z tego wynika dla odczucia kremistości".
 
Tabela 1. Różnicowanie struktury i tekstury w matrycy żywnościowej [8]

Źródło: opracowanie własne

Jak zbudowana jest matryca mleczna i dlaczego jej organizacja ma znaczenie

Micele kazeinowe to zorganizowane skupiska białek stabilizowane przez koloidalny fosforan wapnia (CCP – Colloidal Calcium Phosphate), które tworzą przestrzenną sieć wewnątrz produktu. Ich rozmieszczenie, gęstość upakowania i rodzaj połączeń między nimi decydują o mechanicznej wytrzymałości matrycy – o tym, czy produkt jest zwarty jak ser twardy, półpłynny jak jogurt grecki, czy swobodnie płynący jak mleko. Kuleczki tłuszczowe są w tę sieć wbudowane na dwa zasadniczo różne sposoby, zależnie od rodzaju oddziaływań, jakie nawiązują z białkami na swojej powierzchni [8] (rys.1).

 
Rysunek 1. Schemat koncepcyjny mikrostruktury matrycy mlecznej


 

Źródło: opracowany na podstawie [8, 16]

 
Gdy otoczka kuleczek tłuszczowych lub białka zaadsorbowane na ich powierzchni tworzą trwałe wiązania z siecią kazeinową, tłuszcz zostaje w nią wbudowany i zaczyna działać jak element wzmacniający całą konstrukcję. Takie kuleczki określa się jako aktywne wypełniacze (ang. active fillers), a ich obecność usztywnia matrycę i może zwiększać lepkość układu. Sytuacja jest odmienna, gdy kuleczki tłuszczowe nie tworzą połączeń z siecią białkową: wówczas działają jak fizyczna bariera przerywająca ciągłość matrycy kazeinowej, sprawiając, że struktura staje się mniej zwarta i bardziej plastyczna. Ten mechanizm jest wykorzystywany przy produkcji serków do smarowania, gdzie zależy nam na łatwości rozprowadzania produktu.

Stopień dyspersji tłuszczu, czyli rozkład wielkości kuleczek tłuszczowych i ich jednorodność ma bezpośredni wpływ na właściwości makroskopowe. W produktach wysokotłuszczowych wzrost stężenia frakcji lipidowej prowadzi niekiedy do uformowania luźniejszej matrycy, ponieważ liczne kuleczki fizycznie utrudniają białkom tworzenie gęstych aglomeratów. Dwa produkty o identycznym składzie, lecz o różnej organizacji przestrzennej faz mogą być przez konsumenta odebrane jako zupełnie odmienne.

W produktach fermentowanych szczególne znaczenie ma przemiana miceli kazeinowych podczas ukwaszania. Mleko nie gęstnieje dlatego, że przybywa w nim suchej masy. Zmienia się stabilność koloidalna białek. Wraz ze spadkiem pH słabnie ładunek powierzchniowy miceli, a część koloidalnego fosforanu wapnia przechodzi do fazy wodnej. Micele tracą dystans, który wcześniej utrzymywał je w rozproszeniu, zbliżają się do siebie i zaczynają tworzyć sieć zatrzymującą wodę, tłuszcz i składniki rozpuszczone – nadając jogurtowi lub mleku fermentowanemu postać żelu [20].

Nie wszystkie produkty mleczarskie mają tę samą matrycę. Mleko jest emulsją tłuszczu i koloidalną dyspersją białek w fazie wodnej. Jogurt jest żelem kwasowym, którego tekstura zależy od sieci kazeinowej, białek serwatkowych i sposobu ścinania po fermentacji. Kefir łączy żelowanie kwasowe z bardziej złożoną mikrobiologią. Twaróg jest układem białkowym po oddzieleniu części serwatki. Ser dojrzewający jest matrycą stale przebudowywaną przez enzymy, sól i migrację wody. Deser mleczny często jest układem mleczno-skrobiowo-hydrokoloidowym, w którym za teksturę odpowiada nie tylko białko mleka, lecz także żelowanie lub zagęszczanie fazy ciągłej przez składniki roślinne.


Reologia: od pomiaru do przewidywania zachowania produktu
Reologia to nauka o odkształcaniu i płynięciu materiałów pod wpływem sił. W kontekście produktów mleczarskich umożliwia ilościowe opisanie właściwości układu i powiązanie mierzalnych parametrów fizycznych z konkretnymi odczuciami towarzyszącymi spożyciu [19]. Większość układów mleczarskich wykazuje nienewtonowski charakter przepływu, a ich opór przed płynięciem zmienia się w zależności od tempa i intensywności działającej siły, czyli mieszania. Opisujemy to za pomocą lepkości pozornej, informującej o tym, jak gęsty wydaje się produkt podczas mieszania czy przelewania przy zadanej szybkości ścinania.

Te same układy wykazują cechy lepkosprężyste, łącząc właściwości ciał stałych (sprężystość, zdolność powrotu do pierwotnego kształtu) z właściwościami cieczy (płynięcie, dysypacja energii). W badaniach oscylacyjnych wyznacza się dwa kluczowe parametry: moduł zachowawczy G' opisujący sprężystość układu i moduł stratności G'' opisujący jego lepkość. Ich wzajemny stosunek, wyrażany jako tangens kąta przesunięcia fazowego (tan φ), informuje o tym, czy w stanie spoczynku dominuje charakter żelowy czy płynny. W jogurcie termostatowym przewaga G' nad G'' sprzyja utrzymaniu kształtu żelu. W jogurcie pitnym oczekiwany profil reologiczny jest inny: ważniejsza staje się kontrolowana płynność, brak grudkowatości i stabilność po ścinaniu.

Szczególnie ważna jest granica płynięcia, która określa minimalne naprężenie, powyżej którego materiał zaczyna płynąć w skali makroskopowej. To ona decyduje o tym, czy jogurt zachowa swój kształt na łyżce czy natychmiast się rozleje. Pod wpływem naprężeń mechanicznych wywieranych w jamie ustnej mogą ujawniać się właściwości tiksotropowe – odwracalne obniżenie lepkości podczas działania sił i częściowe odbudowanie struktury po ich ustaniu [22]. Pomiar tych właściwości pozwala przewidzieć, czy produkt da się stabilnie dozować i czy zachowa lepkość po pompowaniu.

Standardowe pomiary reologiczne w liniowym zakresie lepkosprężystości dobrze opisują zachowanie układu przy małych odkształceniach. Jednak rzeczywiste warunki panujące w jamie ustnej są nieliniowe – żucie indukuje duże odkształcenia, wielokierunkowe siły ścinające i szybkie zmiany geometrii. Odpowiedzią na to ograniczenie są testy oscylacyjne o dużej amplitudzie, znane jako LAOS (ang. Large Amplitude Oscillatory Shear). Umożliwiają one analizę zjawisk destrukcji struktury i płynięcia przy dużych deformacjach, oferując dokładniejsze odwzorowanie mechaniki rozdrabniania pokarmu w jamie ustnej [8]. Makroskopową symulację tego procesu realizuje instrumentalna analiza profilu tekstury (TPA – Texture Profile Analysis), w której analizator tekstury poddaje próbkę cyklowi ściskania naśladującemu pracę żuchwy, dostarczając mierzalnych wartości twardości, kohezji, adhezji i sprężystości.


Trybologia: gdy reologia już nie wystarcza
Kremistość produktów mleczarskich przez długi czas była opisywana wyłącznie przez pryzmat lepkości. Badania wykazały, że dwa układy o tej samej lepkości mogą być przez konsumenta oceniane zupełnie inaczej pod względem gładkości i kremistości, ponieważ decydującą rolę odgrywają zjawiska powierzchniowe, a nie właściwości objętościowe [7]. Trybologia to nauka o tarciu, smarowaniu i zużyciu powierzchni, która umożliwia badanie tego, co dzieje się w cienkiej warstwie produktu między językiem a podniebieniem. Reologia opisuje produkt jako bryłę; trybologia opisuje go jako cienką warstwę oddzielającą dwie powierzchnie.

Zjawisko to najlepiej ilustruje krzywa Stribecka (rys. 2), pokazująca, jak zmienia się tarcie w zależności od prędkości względnej powierzchni i właściwości produktu pełniącego funkcję smaru. Analizując zmiany współczynnika tarcia w funkcji prędkości, można przewidywać odczucia, takie jak gładkość i kremistość, znacznie dokładniej niż na podstawie samej reometrii [19]. Tłuszcz mlekowy pełni rolę naturalnego środka smarującego: tworzy cienką warstwę na powierzchniach błon śluzowych, redukując tarcie i wywołując odczucie gładkości.
 
Rysunek 2. Krzywa Stribecka

Źródło: opracowanie własne

Gdy zawartość tłuszczu jest obniżana, a zawartość białka wzrasta, smarowność układu może maleć. W jamie ustnej rośnie wtedy tarcie, a konsument częściej odczuwa szorstkość, mączystość lub ściąganie. Analiza trybologiczna wyjaśnia obiektywnie, dlaczego produkty niskotłuszczowe są tak trudne do sensorycznego odwzorowania i dlaczego samo wyrównanie lepkości za pomocą hydrokoloidów nie przywraca kremistości: lepkość i smarowność to dwa różne parametry, odpowiedzialne za inne aspekty odczucia w jamie ustnej [7].

Dodatkowym czynnikiem komplikującym obraz jest ślina. Jej skład a szczególnie obecność mucyn, czyli białek odpowiedzialnych za naturalne nawilżanie i poślizg, bezpośrednio modyfikują właściwości trybologiczne układu. W produktach o wysokiej zawartości białka lub niskim pH, takich jak jogurty i serki typu islandzkiego, może dochodzić do wiązania mucyn przez białka mleka. Błona śluzowa traci wtedy część ochronnej warstwy poślizgowej, co wywołuje uczucie cierpkości. Cierpkość jest zatem wrażeniem dotykowym, nie smakowym i wynika z mierzalnego wzrostu tarcia w jamie ustnej. Uwzględnienie interakcji matrycy, śliny i powierzchni jamy ustnej jest konieczne w pełnej ocenie profilu sensorycznego produktu.


Procesy technologiczne jako narzędzie projektowania struktury
Parametry procesowe nie są wyłącznie narzędziem zapewnienia trwałości mikrobiologicznej. Każdy etap produkcji, czyli pasteryzacja, homogenizacja, ultrafiltracja, fermentacja, chłodzenie, mieszanie i dojrzewanie bezpośrednio kształtuje mikrostrukturę matrycy i tym samym decyduje o finalnych właściwościach sensorycznych i żywieniowych produktu (tab. 2). Technologia nie jest więc tylko procedurą utrwalania. Jest sposobem projektowania struktury.

Obróbka cieplna mleka powyżej 70°C wywołuje denaturację białek serwatkowych, przede wszystkim β-laktoglobuliny. Odsłonięte w tym procesie grupy sulfhydrylowe reagują z κ-kazeiną zlokalizowaną na powierzchni miceli, tworząc trwałe kompleksy oparte na mostkach disiarczkowych [13]. Rezultatem jest gęstsza, bardziej rozgałęziona sieć białkowa o wyższej zdolności do retencji wody, co ogranicza synerezę w jogurcie. Intensywność tego efektu zależy od temperatury i czasu pasteryzacji: ich modyfikacja przekłada się bezpośrednio na stopień denaturacji białek serwatkowych, kinetykę ich interakcji z micelami kazeinowymi, a ostatecznie na zwięzłość i stabilność żelu.

Homogenizacja rozdrabnia kuleczki tłuszczowe, zwiększając powierzchnię międzyfazową układu. Nowo powstałe, mniejsze krople zostają natychmiast pokryte warstwą białek, które stają się integralną składową sieci żelowej. Przy stałej zawartości tłuszczu zmiana stopnia dyspersji modyfikuje lepkość pozorną układu i jego odczucie w jamie ustnej. Homogenizacja nie tylko zmniejsza rozmiar kuleczki tłuszczu, ale tworzy nową powierzchnię, którą układ musi natychmiast ustabilizować. W produkcie fermentowanym takie krople tłuszczu mogą zostać włączone w sieć białkową i zachowywać się jak aktywne wypełniacze. Jeżeli połączenie z siecią jest słabe, tłuszcz działa raczej jak faza rozpraszająca, która rozluźnia matrycę. Ten sam procent tłuszczu może więc dawać inny efekt sensoryczny zależnie od rozmiaru kropli i ich powierzchniowego składu białkowego [17].

Fermentacja przez stopniowe obniżanie pH prowadzi do żelowania kazeiny i utrwalenia przestrzennej sieci białek. Warto odróżnić żelowanie kwasowe od żelowania podpuszczkowego. W jogurcie i wielu mlekach fermentowanych sieć powstaje głównie wskutek obniżania pH i destabilizacji miceli kazeinowych. W serowarstwie głównym czynnikiem destabilizującym układ jest enzymatyczne przecięcie κ-kazeiny, czyli warstwy stabilizującej micelę [2]. Oba procesy prowadzą do powstania skrzepu, ale dają inną porowatość, inną retencję wody, inną podatność na synerezę i inną kinetykę trawienia białek.

Ultrafiltracja umożliwia precyzyjne zagęszczenie białek przy jednoczesnym usunięciu części laktozy i soli mineralnych. Zbliżenie miceli kazeinowych powoduje, że podczas późniejszego ukwaszania powstaje znacznie sztywniejszy i stabilniejszy żel. Powyższe pozwala wytwarzać produkty o wysokiej zawartości białka, takie jak skyr czy jogurt grecki, bez konieczności stosowania mleka w proszku, wspierając tym samym trend czystej etykiety (ang. clean label) [10]. Każdy z tych procesów działa jednak na układ wieloskładnikowy, a zmiana jednego parametru zazwyczaj wpływa na kilka właściwości jednocześnie, nie zawsze w przewidywanym kierunku.
 
Tabela 2. Wpływ wybranych procesów technologicznych na mikrostrukturę i parametry fizykochemiczne matrycy mlecznej 

Źródło: opracowanie własne na podstawie [7, 8, 11]

Kultury starterowe i egzopolisacharydy w tworzeniu tekstury produktu
Bakterie fermentacji mlekowej nie ograniczają się jedynie do przekształcania laktozy do kwasu mlekowego i obniżania pH. Wpływają także na zapach, smak i teksturę produktu, przy czym dobór kultur starterowych kształtuje nie tylko profil smakowy, ale również mechaniczną organizację matrycy białkowej. Bakterie wytwarzają związki lotne, między innymi aldehyd octowy, odpowiedzialny za świeży profil jogurtowy, oraz diacetyl, nadający nuty maślane, uwalniające się z różną intensywnością w zależności od gęstości usieciowania białek [14].

Szczególną rolę odgrywają kultury wytwarzające egzopolisacharydy (EPS, exopolysaccharides), m.in. wybrane szczepy Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus oraz Streptococcus thermophilus. Egzopolisacharydy, czyli polimery cukrowe syntetyzowane przez te szczepy, pełnią funkcję naturalnych stabilizatorów: zwiększają lepkość fazy ciągłej, ograniczają tarcie w jamie ustnej i wchodzą w interakcje z siecią białkową, ograniczając synerezę. Konsument odbiera obecność EPS jako wyraźny wzrost kremistości i aksamitności, nawet przy obniżonej zawartości tłuszczu [6]. Dobór szczepów EPS-dodatnich może zmniejszyć potrzebę stosowania dodatkowych stabilizatorów, szczególnie w produktach o obniżonej zawartości tłuszczu lub podwyższonej zawartości białka.

Nie wystarczy jednak informacja, że kultura wytwarza EPS. Znaczenie ma typ polisacharydu, jego ładunek, masa cząsteczkowa i sposób rozmieszczenia w żelu. EPS kapsularny może wzmacniać połączenia między domenami kazeiny, podczas gdy EPS luźniej związany z komórką może zwiększać lepkość fazy ciągłej i zmieniać rozmiar porów. Kultura starterowa jest narzędziem projektowania struktury, ale jej efekt trzeba potwierdzić w konkretnej recepturze i przy konkretnym procesie.

W fermentowanych produktach mleczarskich sieć białkowa pełni ponadto funkcję nośnika składników bioaktywnych i tworzy barierę fizykochemiczną zwiększającą przeżywalność drobnoustrojów probiotycznych zarówno podczas przechowywania, jak i podczas pasażu przez przewód pokarmowy. Kultury starterowe należy zatem traktować nie tylko jako czynnik technologiczny, ale jako element współtworzący mikrostrukturę produktu.


Efekt matrycy: dlaczego skład produktu to za mało
Przez długi czas wartość odżywcza produktu była definiowana przez jego skład chemiczny: ilość białka, tłuszczu, węglowodanów, wapnia i witamin. Model ten jest przydatny, ale nie daje pełnego obrazu wartości żywieniowej. Badania dotyczące żywności mleczarskiej wskazują na zjawisko określane jako efekt matrycy (ang. matrix effect). Oznacza ono, że ten sam składnik produktu może wywoływać inną odpowiedź fizjologiczną zależnie od tego, w jakiej strukturze został spożyty, jak szybko został uwolniony i w jakim stopniu stał się dostępny dla enzymów trawiennych [14, 18].

Aby dobrze opisać, co dzieje się ze składnikami odżywczymi w organizmie, konieczne jest rozróżnienie trzech pojęć. Strawność odnosi się do rozkładu składnika podczas trawienia. Bioprzystępność (ang. bioaccessibility) oznacza część składnika uwolnioną z matrycy i potencjalnie dostępną do wchłaniania. Biodostępność (ang. bioavailability) opisuje tę część, która została wchłonięta, przeszła do krążenia i może zostać wykorzystana metabolicznie [1, 12]. Matryca mleczna może przyspieszać lub spowalniać uwalnianie składników, zmieniać ich dostępność dla enzymów trawiennych i wpływać na późniejsze wchłanianie (rys. 3).

Rysunek 3. Schemat efektu matrycy w produktach mleczarskich

Źródło: opracowanie własne

Biodostępność wapnia i fosforu w produktach mleczarskich jest warunkowana strukturą miceli kazeinowej, pełniącej funkcję nośnika koloidalnego fosforanu wapnia. Podczas pasażu żołądkowego kwaśne środowisko powoduje rozpuszczanie CCP i przechodzenie jonów wapnia do fazy wodnej, skąd mogą być absorbowane. Stopień nasycenia kazeiny tymi minerałami decyduje o twardości skrzepu tworzącego się w żołądku: układy o wysokiej zawartości wapnia i fosforu tworzą bardziej zwarte struktury, trudniejsze do rozbicia, co przekłada się na wolniejsze, bardziej kontrolowane uwalnianie składników mineralnych [3, 12].

Efekt matrycy ujawnia się w szczególnie wyraźny sposób w odniesieniu do białek mleka. Kazeina obecna w postaci miceli kazeinowych podczas trawienia żołądkowego tworzy skrzep, którego zwartość, porowatość i podatność na fragmentację zależą od wcześniejszej historii technologicznej produktu: ogrzewania, fermentacji, homogenizacji, zagęszczania oraz obecności tłuszczu i polisacharydów. Luźniejsza, bardziej porowata matryca ułatwia dostęp pepsyny i enzymów trzustkowych do wiązań peptydowych, natomiast gęsta sieć białkowa lub nierozpuszczalne agregaty powstałe po intensywnej obróbce cieplnej mogą spowalniać hydrolizę. Białka serwatkowe zachowują się inaczej: w stanie natywnym mają zwartą strukturę globularną, lecz umiarkowana denaturacja cieplna może zwiększać ich podatność na działanie enzymów. Fermentacja dodatkowo wstępnie rozkłada część białek do peptydów i wolnych aminokwasów, dlatego produkt fermentowany może dostarczać tę samą ilość białka co mleko, ale w innej formie fizykochemicznej i z inną szybkością wykorzystania metabolicznego [4, 18, 21].

Podczas trawienia produkt mleczarski nie tylko traci strukturę – często tworzy nową strukturę przejściową. Kazeina może koagulować w żołądku, żel może się zagęszczać albo kruszyć, a tłuszcz i białka mogą zostać uwięzione w cząstkach o różnej dostępności dla enzymów (rys. 4). Dlatego dwa produkty o tej samej ilości białka mogą różnić się tempem hydrolizy i pojawiania się aminokwasów we krwi. Dla projektowania żywności wysokobiałkowej ma to znaczenie praktyczne: innej struktury wymaga produkt dla osoby starszej z niskim apetytem, innej produkt mający wydłużać sytość [18].

Rysunek 4. Transformacja matrycy mleczarskiej podczas trawienia – od struktury produktu przez koagulat żołądkowy do uwolnionych składników odżywczych


Źródło: schemat koncepcyjny opracowany na podstawie [14, 18, 12]

Efekt matrycy jest dlatego argumentem na rzecz zmiany sposobu myślenia o wartości żywieniowej. Nie chodzi o to, ile składnika odżywczego zawiera produkt, lecz ile z niego rzeczywiście zostanie przyswojone i w jakim tempie. Kontrola struktury staje się w tym ujęciu równorzędnym narzędziem żywieniowym obok kształtowania składu surowcowego. Produkty projektowane dla konkretnych grup metabolicznych, np. osób starszych, sportowców czy pacjentów z wymagających kontroli odpowiedzi glikemicznej lub uczucia sytości, mogą różnić się nie tyle składem, ile mikrostrukturą, która decyduje o kinetyce trawienia i biodostępności.
 

Produkty niskotłuszczowe i funkcjonalne – granice kompensacji tekstury
Obniżenie zawartości tłuszczu w produkcie mleczarskim to jeden z najtrudniejszych problemów technologicznych branży. Redukcja frakcji lipidowej pogarsza jednocześnie kremistość, gładkość, profil uwalniania aromatów i ogólną atrakcyjność sensoryczną wyrobu. Konsument odbiera produkt niskotłuszczowy jako wodnisty i szorstki, ponieważ brakuje mu zarówno smaru (obniżona smarowność trybologiczna), jak i nośnika hydrofobowych związków zapachowych [7]. Próby odtworzenia profilu sensorycznego wyrobów pełnotłustych, oparte wyłącznie na kompensacji lepkości przez dodatek skrobi czy hydrokoloidów, często nie przynoszą oczekiwanych rezultatów. Nawet przy zbliżonych parametrach reologicznych niedobór frakcji lipidowej skutkuje brakiem odpowiednich właściwości trybologicznych [9, 19].

Odpowiedzią na to ograniczenie mogą być mikropartykułowane białka serwatkowe, identyfikowane jako agregaty sferyczne o średnicy zazwyczaj mieszczącej się w zakresie 0,1-10 μm, wytwarzane przez kontrolowaną denaturację termiczną białek serwatkowych, połączoną z intensywnym ścinaniem mechanicznym. Cząstki te naśladują zachowanie kuleczek tłuszczowych na powierzchniach kontaktu, redukując tarcie i zapewniając produktom light odczucie pełni w ustach (ang. mouthfeel). Krytyczne jest utrzymanie rozmiarów agregatów poniżej progu percepcji piaszczystości, szacowanego na około 15 μm – cząstki większe są wyczuwalne jako defekt tekstury [7]. Produkty wysokobiałkowe są dobrym przykładem granic prostego zwiększania wartości odżywczej. Większa zawartość białka podnosi lepkość, wzmacnia żel i może poprawiać sytość, ale jednocześnie zwiększa ryzyko mączystości, nadmiernej twardości, cierpkości i obniżonej smarowności. Technolog nie może więc traktować białka wyłącznie jako liczby na etykiecie. Musi kontrolować jego stan: rozpuszczenie, agregację, interakcje z tłuszczem, wodą i polisacharydami oraz podatność na dalszą przebudowę podczas przechowywania.

Projektowanie produktów funkcjonalnych kierowanych do konkretnych grup odbiorców wymaga jeszcze innego podejścia. U pacjentów z sarkopenią celem może być szybka kinetyka uwalniania aminokwasów przy jednoczesnej łatwości spożycia, dlatego preferowane są emulsje o niższej lepkości lub hydrolizaty białkowe. W profilaktyce otyłości i schorzeń metabolicznych pożądane są układy tworzące stabilne koagulaty w żołądku, spowalniające opróżnianie żołądka i podtrzymujące uczucie sytości. Dla osób z dysfagią, czyli zaburzeniami połykania dotykającymi znaczącego odsetka starszej populacji, produkty wymagają precyzyjnego dostosowania kohezji i lepkości, zgodnie z klasyfikacją IDDSI (International Dysphagia Diet Standardisation Initiative), aby zapewnić jednocześnie bezpieczeństwo procesu połykania (deglutacji), jak i akceptowalną przyjemność spożycia [15]. We wszystkich tych przypadkach to matryca i jej mechanika, kinetyka rozpadu i profil uwalniania składników stanowi zasadniczy parametr projektowy.
 

Praktyczne konsekwencje dla przemysłu mleczarskiego
Instrumentalna ocena struktury umożliwia prognozowanie zachownia wyrobu przez cały przewidywany okres przydatności do spożycia i identyfikację potencjalnych wad teksturalnych, zanim te wady ujawnią się w warunkach dystrybucji [8]. W praktyce oznacza to, że standaryzacja parametrów mikrostrukturalnych staje się elementem systemu kontroli jakości, a nie wyłącznie narzędziem badań i rozwoju.

Trendy rynkowe na produkty wysokobiałkowe tworzą specyficzne wyzwania technologiczne. Wysoka koncentracja białka zwiększa ryzyko nadmiernej twardości, niepożądanego żelowania podczas dystrybucji oraz wzrostu cierpkości. Rozwiązanie tych problemów wymaga zrozumienia wewnętrznej budowy matrycy i jej zachowania w zmiennych warunkach środowiskowych. Ten sam mechanizm, tj. świadoma modyfikacja natywnych komponentów mleka umożliwia realizację założeń nurtu czystej etykiety: zamiast dodawać stabilizatory, technolog modyfikuje warunki procesowe, aby uzyskać pożądaną strukturę z naturalnych składników [10].

Współczesne działy badań i rozwoju w firmach mleczarskich coraz szerzej korzystają z narzędzi modelowania komputerowego (analiz in silico) i standaryzowanych modeli trawienia in vitro, takich jak protokół INFOGEST (ang. Improving Health Properties of Food by Sharing our Knowledge on the Digestive Process) [5]. Umożliwia to symulowanie zachowania układów wieloskładnikowych w zmiennych warunkach temperatury i ścinania, jeszcze przed etapem produkcji pilotażowej oraz skrócenie czasu wdrażania innowacji przy ograniczeniu liczby kosztownych prób technologicznych. Modele in vitro pozwalają też szacować strawność i biodostępność składników odżywczych z różnych wariantów produktu, co stwarza możliwość walidowania założeń żywieniowych na etapie projektowania. Integracja tych narzędzi z klasyczną analizą reologiczną i sensoryczną tworzy spójny system oceny jakości produktu we wszystkich wymiarach: technologicznym, sensorycznym i żywieniowym.

Projektowanie produktów mleczarskich wchodzi zatem w nową fazę, w której punkt wyjścia stanowi nie tyle skład surowcowy, ile zamierzony profil fizjologiczny produktu, tj. cel, który narzuca wymagania co do mikrostruktury, a dopiero ona określa warunki procesu. To odwrócenie perspektywy jest fundamentalną zmianą w podejściu do innowacji produktowej: od pytania „co dodać lub odjąć" do pytania „jaką strukturę zbudować i jak ją powtarzalnie osiągnąć".
 

Jakość, której nie widać w składzie, ale czuć w każdym kęsie
Produkty mleczarskie są układami, w których skład chemiczny wyznacza jedynie zakres możliwych właściwości. O jakości decyduje dopiero sposób zorganizowania białek, tłuszczu, wody, laktozy i składników mineralnych w przestrzennej strukturze produktu. Ta sama zawartość białka, tłuszczu lub wapnia może prowadzić do odmiennej lepkości, smarowności, stabilności, uwalniania aromatów i podatności na trawienie.

Z tego powodu projektowanie produktu mleczarskiego nie może ograniczać się do korekty receptury. Wymaga kontroli procesów, które budują matrycę: ogrzewania, homogenizacji, ukwaszania, zagęszczania, chłodzenia, mieszania i przechowywania. W tych etapach rozstrzyga się nie tylko to, jak produkt będzie smakował, lecz także to, jak szybko i w jakim stopniu udostępni składniki odżywcze organizmowi.
Nowoczesne mleczarstwo przesuwa punkt ciężkości z pytania o to, co znajduje się w składzie, na pytanie, jak składniki są rozmieszczone i jak zachowują się podczas spożycia oraz trawienia. Producent, który kontroluje matrycę, kontroluje jakość w jej pełnym wymiarze: sensorycznym, technologicznym i fizjologicznym.
 
mgr inż. Agata Dąbkowska
Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością
Wydział Nauki o Żywności
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
 
em. dr inż. Maria Baranowska
Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością
Wydział Nauki o Żywności
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
 
dr hab. Marek Aljewicz, prof. UWM
Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością
Wydział Nauki o Żywności
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

 

Literatura

  1. Álvarez-Olguín M.A., Beltrán-Barrientos L.M., Hernandez A., González-Córdova A.F. Current trends and perspectives on bioaccessibility and bioavailability of food bioactive peptides: in vitro and ex vivo studies. Journal of the Science of Food and Agriculture 2022, 102(15).
  2. Bansal N., Fox P.F., McSweeney P.L. Comparison of the level of residual coagulant activity in different cheese varieties. Journal of Dairy Research 2009, 76(3), s. 290-293.
  3. Barbé F., Ménard O., Le Gouar Y., Buffière C., Famelart M.H., Laroche B., Le Feunteun S., Rémond D., Dupont D. Acid and rennet gels exhibit strong differences in the kinetics of milk protein digestion and amino acid bioavailability. Food Chemistry 2014, 143, s. 1-8.
  4. Boirie Y., Dangin M., Gachon P., Vasson M.P., Maubois J.L., Beaufrère B. Slow and fast dietary proteins differently modulate postprandial protein accretion. Proceedings of the National Academy of Sciences 1997, 94(26).
  5. Brodkorb A., Egger L., Alminger M., Alvito P., Assunção R., Ballance S., Bohn T., Bourlieu-Lacanal C., Boutrou R., Carrière F., Clemente A., Corredig M., Dupont D., Dufour C., Edwards C., Golding M., Karakaya S., Kirkhus B., Le Feunteun S., Lesmes U., Macierzanka A., Mackie A.R., Martins C., Marze S., McClements D.J., Ménard O., Minekus M., Portmann R., Santos C.N., Souchon I., Singh R.P., Vegarud G.E., Wickham M.S.J., Weitschies W., Recio I. INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion. Nature Protocols 2019, 14, 991-1014.
  6. Clark S., Michael M., Schmidt K.A. Rheological Properties of Yogurt: Effects of Ingredients, Processing and Handling. W: Rheology of Semisolid Foods 2019, 203-229.
  7. Corvera-Paredes B., Sánchez-Reséndiz A.I., Medina D.I., Espiricueta-Candelaria R.S., Serna-Saldívar S., Chuck-Hernández C. Soft Tribology and Its Relationship With the Sensory Perception in Dairy Products: A Review. Frontiers in Nutrition 2022, 9, 874763.
  8. Díaz-Bustamante M.L., Fernández-Niño M., Reyes L.H., Alvarez Solano O.A. Multiscale Approach to Dairy Products Design. Frontiers in Chemical Engineering 2022, 4, 830314.
  9. Elderwy Y., Kalita R., Hamouda M.E.A., Chaudhary P., Elfaruk M.S., Don P.U., Abdelsater O.A.A. Influence of Guar Gum and Xanthan Gum on the Rheological Behavior, Texture, and Microstructure of Probiotic Low-Fat Yogurt. Processes 2025, 13, 3301.
  10. Galanakis C.M. Functionality of Food Components and Emerging Technologies. Foods 2021, 10, 128.
  11. Gilbert A., Rioux L.E., St-Gelais D., Turgeon S.L. Studying stirred yogurt microstructure using optical microscopy: How smoothing temperature and storage time affect microgel size related to syneresis. Journal of Dairy Science 2020, 103(3), 2139-2152.
  12. Grundy M.M., Deglaire A., Le Feunteun S., Reboul E., Moughan P.J., Wilde P.J., McClements D.J., Marze S. Bioaccessibility and associated concepts: Terminology in the context of in vitro food digestion studies. Food Chemistry 2025, 485, 144424.
  13. Huppertz T., Chia L.W. Milk protein coagulation under gastric conditions: A review. International Dairy Journal 2021, 113, 104882.
  14. Huppertz T., Shkembi B., Brader L., Geurts J. Dairy Matrix Effects: Physicochemical Properties Underlying a Multifaceted Paradigm. Nutrients 2024, 16(7), 943.
  15. Liu T., Zheng J., Du J., He G. Food Processing and Nutrition Strategies for Improving the Health of Elderly People with Dysphagia: A Review of Recent Developments. Foods 2024, 13, 215.
  16. Lorenzen M., van den Berg F.W.J., Lillevang S.K., Ahrné L. The effect of milk fat content on microstructure and rheological properties of rennet casein gel emulsions. Food Hydrocolloids 2023, 146(582), 109243.
  17. Massoud R., Belgheisi S., Massoud A. Effect of High Pressure Homogenization on Improving the Quality of Milk and Sensory Properties of Yogurt: A Review. International Journal of Chemical Engineering and Applications 2016, 7(1), 66-70.
  18. Mulet-Cabero A.I., Torres-Gonzalez M., Geurts J., Rosales A., Farhang B., Marmonier C., Ulleberg E.K., Hocking E., Neiderer I., Gandolfi I. The Dairy Matrix: Its Importance, Definition, and Current Application in the Context of Nutrition and Health. Nutrients 2024, 16, 2908.
  19. Pang Z., Bourouis I., Liu X. Function of saliva in creaminess perception during food oral processing: In perspective of lubrication. Journal of Agriculture and Food Research 2022, 10(1), 100377.
  20. Robles Rodriguez C.E., Szymanska E., Huppertz T., Ozkan L. Dynamic modeling of milk acidification: an empirical approach. Food and Bioproducts Processing 2021, 128(12), 41-51.
  21. Cutroneo S., Prandi B., Faccini A., Pellegrini N., Sforza S., Tedeschi T. Comparison of protein quality and digestibility between plant-based and meat-based burgers. Food Research International 2023, 172, 113183.
  22. Xu J., Dong Q., Liu P., Zhang L. Recent advances in the application of food polysaccharides and rheology in dysphagia diets. Trends in Food Science & Technology 2026, 170, 105591.

Najnowsze Artykuły

Licznik odwiedzin

22 372 172


Współpraca