Yogurt magro arricchito con proteine del siero del latte: quali effetti su struttura e qualità

Introduzione

La produzione e la vendita di prodotti lattiero-caseari a basso o ridotto contenuto di grassi ha guadagnato popolarità negli ultimi anni grazie al loro profilo nutrizionale.

Tuttavia, la produzione di yogurt a partire da latte parzialmente scremato o scremato comporta problemi di gusto, consistenza, struttura reologica e proprietà funzionali, tra cui rottura del gel e sineresi, poiché lo yogurt viene fermentato direttamente nella confezione commerciale. Per affrontare queste problematiche, è diffusa la pratica di arricchire il latte con latte in polvere scremato (SMP), che consente di ottenere yogurt magri con buona viscosità e minore separazione di siero, riducendo i costi industriali.

Le proteine del latte (80% caseine e 20% sieroproteine) svolgono un ruolo chiave grazie alle loro proprietà testurizzanti. In particolare, l’aggiunta di concentrati (WPC) e isolati (WPI) di proteine del siero migliora la capacità di trattenere l’acqua, la schiumosità, la gelificazione e l’emulsificazione, rendendole adatte come sostituti del grasso.

La microstruttura dello yogurt, studiata tramite microscopia elettronica, rivela una rete di micelle caseiniche che formano una struttura gelatinosa con spazi contenenti fase liquida e batteri. Questa struttura varia in base al contenuto proteico, ai trattamenti termici, alla presenza di grassi, addensanti o esosaccaridi batterici.

L’obiettivo dello studio presentato è valutare l’uso dell’isolato di proteine del siero (WPI) nella produzione di yogurt magro a coagulo intero (set), analizzandone le proprietà reologiche, strutturali e sensoriali.

Materiali e metodi

Per la produzione dello yogurt sono stati utilizzati tre ingredienti principali in polvere:

• WPI (Whey Protein Isolate): isolato di proteine del siero di latte, contiene una quota molto elevata di proteine (87,8%) ed è povero di grassi (0,7%) e umidità (4,6%).

• SMP (Skim Milk Powder): latte scremato in polvere, con un contenuto proteico del 28% e grassi molto ridotti (1,5%).

• WMP (Whole Milk Powder): latte intero in polvere, con 26,5% di proteine e un alto contenuto di grassi (26,5%).

Tutte le formulazioni sono state standardizzate al 14% di solidi totali. Sono stati creati due campioni di controllo: FFY (yogurt intero, con WMP) e NFY (yogurt magro, con SMP). Per valutare l’effetto del WPI, quest’ultimo ha sostituito il SMP in percentuali crescenti (3%, 5%, 7%, 9%) mantenendo inalterato il contenuto di solidi.

Gli ingredienti sono stati miscelati a temperatura ambiente e idratati a 7 °C per una notte, al fine di garantire il completo assorbimento dell’acqua e l’equilibrio minerale, condizioni che favoriscono l’aumento della viscosità della miscela.

La pastorizzazione è stata effettuata a 85 °C per 30 minuti, seguita da raffreddamento a 43 °C. È stata poi aggiunta una coltura starter liofilizzata (contenente Streptococcus thermophilus e Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus). La fermentazione è proseguita fino al raggiungimento del pH 4,6 (circa 5 ore). Dopo il raffreddamento, i campioni sono stati conservati in frigorifero. L’intero esperimento è stato ripetuto tre volte.

La viscosità delle miscele è stata misurata con viscosimetro Brookfield a 3 °C. La capacità di trattenere l’acqua (WHC) è stata determinata mediante centrifugazione, esprimendo i risultati come grammi di pellet per 100 g di yogurt. La consistenza è stata analizzata utilizzando un analizzatore di texture, misurando la forza necessaria per penetrare il gel.

Le proprietà reologiche sono state valutate con un reometro: i campioni sono stati sottoposti a diversi gradienti di taglio per misurare la viscosità apparente e la capacità del gel di ricostituirsi dopo sollecitazione meccanica (area di isteresi).

La microstruttura dello yogurt è stata osservata al microscopio elettronico a scansione (SEM): i campioni sono stati fratturati, metallizzati in oro e analizzati per visualizzare la rete proteica formata.

Infine, una valutazione sensoriale è stata effettuata da 12 panelisti esperti su 6 campioni (FFY, NFY e yogurt magri con WPI al 3–9%), considerando aspetto (30 pt), sapore (10 pt) e consistenza (60 pt) per un punteggio totale di 100. Le analisi sono state eseguite in triplicato.

I dati sono stati elaborati statisticamente con ANOVA, considerando significative le differenze con p < 0,05.

Risultati

Viscosità delle miscele di yogurt

L’aggiunta progressiva di isolato proteico del siero di latte (WPI) nelle miscele di yogurt ha determinato un aumento significativo della viscosità, come mostrato in Tabella 1. Le misurazioni effettuate hanno evidenziato differenze statisticamente significative (p < 0,05) tra i campioni: lo yogurt intero (FFY) ha mostrato la viscosità più elevata (2,88 cP), seguito dai campioni NFY (1,84 cP), NFYWPI-3 (2,12 cP), NFYWPI-5 (2,31 cP) e NFYWPI-9 (2,49 cP).

L’incremento della viscosità è principalmente attribuito all’aumento del contenuto proteico derivante dal WPI, che contribuisce a migliorare la viscosità del latte grazie alla sua capacità di legare l’acqua. Durante il trattamento termico della miscela, si formano complessi tra caseina e proteine del siero, la cui entità dipende dalla quantità di WPI presente. Questi complessi influenzano la struttura del gel acido, specialmente al pH di 4,6, migliorando le proprietà reologiche del prodotto finale.

Capacità di ritenzione idrica (WHC)

La capacità di ritenzione idrica (WHC) è un parametro cruciale per la qualità degli yogurt a coagulo intero, poiché è strettamente legata alla riduzione del sineresi (rilascio di siero). La presenza di WPI ha determinato un incremento graduale della WHC nei campioni di yogurt magro, in linea con quanto osservato in precedenti studi.

Le percentuali di WHC, riportate in Figura 1, evidenziano un miglioramento significativo con l’aumentare della concentrazione di WPI. In particolare, FFY ha mostrato il valore più alto (55,21%), seguito da NFYWPI-9 (50,63%), NFYWPI-7 (47,23%), NFYWPI-5 (45,67%), NFYWPI-3 (45,09%) e infine NFY (44,83%).

L’aumento della WHC può essere spiegato dalla denaturazione delle proteine del siero, che porta alla formazione di una rete proteica più omogenea e porosa capace di trattenere l’acqua. La presenza di grasso nel FFY contribuisce ulteriormente alla stabilità della struttura, grazie al suo ruolo nella formazione del reticolo gelificato.

Consistenza e struttura dello yogurt

La consistenza degli yogurt è stata influenzata in modo significativo dalla sostituzione del latte scremato in polvere (SMP) con WPI. La misura della fermezza è stata effettuata tramite un test di penetrazione, che rileva la forza necessaria per deformare il campione. Dai risultati emerge che l’aumento della percentuale di WPI ha comportato una riduzione della fermezza.

Il campione NFY ha mostrato la maggiore fermezza (414 g), mentre NFYWPI-9 ha registrato il valore più basso (180 g). Valori intermedi sono stati osservati in NFYWPI-3 (390 g), NFYWPI-5 (335 g) e NFYWPI-7 (207 g). Questi dati suggeriscono che la rimozione del grasso comporta una struttura più densa e resistente, mentre l’aggiunta di WPI tende a ridurre la compattezza del gel, probabilmente per via dell’elevata capacità di trattenere acqua, che ammorbidisce la struttura complessiva.

La microstruttura degli yogurt è formata da una rete proteica tridimensionale composta da micelle di caseina, proteine del siero denaturate, eventuali globuli di grasso e spazi porosi. La consistenza dipende fortemente dal tipo e dalla quantità di proteine e dal contenuto totale di solidi.

Proprietà reologiche

Tutti i campioni analizzati hanno mostrato un comportamento pseudoplastico (shear-thinning), tipico dei fluidi non newtoniani. In pratica, la viscosità apparente diminuisce con l’aumentare della velocità di taglio. Questa proprietà è rappresentata graficamente in Figura 2A–F.

FFY ha mantenuto una viscosità apparente più elevata rispetto agli altri campioni. Nei campioni arricchiti con WPI, la viscosità aumentava progressivamente con la percentuale di WPI, raggiungendo il massimo valore in NFYWPI-9. Tuttavia, i campioni con 5% e 7% di WPI hanno mostrato valori ottimali, paragonabili a quelli dello yogurt intero, suggerendo una buona combinazione tra consistenza e struttura.

È emerso inoltre che gli yogurt presentavano comportamento tissotropico, cioè la loro struttura veniva temporaneamente compromessa dal taglio meccanico, ma riusciva in parte a ricompattarsi quando il campione veniva lasciato a riposo. Questo fenomeno è attribuito alla rottura parziale dei legami intermolecolari (come ponti disolfuro e interazioni idrofobiche) tra le particelle proteiche.

Infine, le relazioni tra sforzo di taglio e velocità di taglio (in Figura 3) hanno confermato che FFY presenta i valori più elevati di sforzo di taglio, mentre NFY e NFYWPI-9 i più bassi. Il WPI contribuisce in parte ad aumentare lo sforzo di taglio nei campioni magri, grazie alla formazione di legami proteici più forti che rinforzano la rete gelificata.

Conclusioni

La sostituzione del latte scremato in polvere (SMP) con isolato proteico del siero di latte (WPI) nelle miscele di yogurt ha portato alla formazione di gel con maggiore rigidità, elevata capacità di ritenzione idrica (WHC) e una struttura più accettabile. Queste condizioni hanno favorito la creazione di una rete gelificata complessa, caratterizzata dalla presenza di numerose particelle aggreganti e da un aumento del numero e della forza dei punti di contatto, responsabili della rigidità del gel e della sua resistenza alla deformazione.

L’incorporazione di WPI si è dimostrata particolarmente utile nella sostituzione del grasso, contribuendo a migliorare la struttura degli yogurt a ridotto contenuto lipidico, soprattutto in termini di proprietà strutturali e testurali. Questo studio suggerisce che l’aggiunta di WPI in yogurt magri o senza grassi può migliorarne la qualità complessiva, purché si ottenga un miglioramento delle caratteristiche fisiche e della consistenza.

In particolare, gli yogurt a coagulo intero arricchiti con WPI si sono rivelati più morbidi e hanno manifestato minor sineresi rispetto ai campioni di controllo. I WPI possono quindi essere considerati un valore aggiunto nella produzione di yogurt, specialmente per le formulazioni a ridotto tenore di grassi.

Sono tuttavia necessari ulteriori studi per approfondire le proprietà sensoriali e il comportamento in conservazione di questi gel, al fine di definire appieno il potenziale tecnologico e funzionale delle proteine del siero nella produzione di yogurt.

Fonte: “Non-Fat Yogurt Fortified with Whey Protein Isolate: Physicochemical, Rheological, and Microstructural Properties”. MahmoodA.Hashim, Liudmila A. Nadtochii, Mariam B. Muradova, Alena V. Proskura, Khalid A. Alsaleem and Ahmed R. A. Hammam. Foods 2021, 10, 1762. https://doi.org/10.3390/foods10081762.