3.3 Вещества, изменяющие структуру пищевых масс

Во многих случаях при создании новых пищевых продуктов используют специальные вещества, придающие продукту нужные форму и консистенцию. Эти вещества составляют группу структурообразователей.

Среди продуктов с искусственной структурой различают структурированные, формованные и эмульсионные. Они объединяются в три группы:

• аналоги натуральных продуктов

• формованные изделия

• эмульсионные системы.

Примером продуктов, имитирующих натуральные, могут служить аналоги крабового мяса, лососины, мускула гребешка, формованных изделий — котлеты, колбасы, сосиски. Примерами эмульсионных систем являются соусы, майонезы, забеливатели кофе, заменители молока, коктейли.

В структурированных продуктах структурным элементом выступают белковые волокна, полученные, как правило, методом мокрого прядения, которые компонуются связующим веществом в изделие заданной формы.

Продукты заданных состава и структуры разрабатываются не только в пищевой промышленности, но и, например, при производстве кормовых эмульсий — заменителей цельного молока, рыбных гранулированных кормов.

Перспективным направлением использования белка, содержащегося в мелких и пониженной товарной ценности рыбах, является получение фарша типа сурими и производство на его основе формованной продукции, в том числе аналогов гастрономических продуктов морского происхождения (крабового мяса, мускула гребешка).

Имитированные продукты обладают рядом положительных свойств: они более стабильны в хранении, удобны для розничной торговли и употребления, чем традиционные продукты. Производство аналогов в определенной степени способствует удовлетворению спроса на гастрономические товары повышенной ценности.

С увеличением ассортимента структурообразователей, с разработкой новых подходов в их использовании, созданием методов исследования и контроля качества как структурообразователей, так и продуктов, производимых на их основе, возникает необходимость в систематизации и анализе сведений с целью применения их в практической работе.

Перспективными направлениями являются:

• использование структурообразующих веществ (морской капусты, измельченной мышечной ткани свежей рыбы, рыбных, мясных, крупяных отваров и др.) для придания продукту требуемой структуры;

• получение эффективных и универсальных (если это требуется) структурообразователей путем комбинирования нескольких из них;

• совершенствование техники и технологии получения традиционных структурообразователей заданного состава и свойств;

• использование структурообразователей для создания пищевых рыбных продуктов высокого качества по сбалансированности компонентов и органолептическим свойствам.

Получение устойчивых пищевых систем, обладающих составом и свойствами, отвечающими органолептическим требованиям потребителя, является сложной задачей. Поэтому для достижения цели одновременно с применением прогрессивных технологических методов (термопластическая экструзия, криоструктурирование, формование, гранулирование и таблетирование) применяют специфические вещества — структурообразователи.

В широком понятии структурообразователи - это основные компоненты, формирующие структурную матрицу как нативных, так и дисперсных пищевых продуктов.

Это, прежде всего фибриллярные белки, входящие в состав мышечной ткани теплокровных животных, рыбы, моллюсков, ракообразных, белки молока, яйца, а также полисахариды — целлюлоза, крахмал, хитин и др. Многие из них могут формировать структурные матрицы продуктов без участия других функциональных компонентов.

К структурообразователям с определенной степенью условности можно отнести вещества, обычно не употребляемые в качестве пищевого продукта, являющиеся природными соединениями, изменяющие структуру и физико- химические свойства пищевых систем. Эти вещества при определенных условиях могут формировать структурные сетки продуктов питания. К ним относятся такие биополимеры, как агар, альгинаты, каррагинаны, пектины, модифицированные крахмалы, производные целлюлозы, хитозан, различные камеди, белковые продукты из сои, желатин и др.

К структурорегулирующим добавкам относят низкомолекулярные вещества, которые не образуют матричной структуры, но оказывают существенное влияние на функционально-технологические свойства материалов (адгезия, формуемость, водосвязывание и т. д). Это хлорид натрия, различные фосфаты, поверхностно- активные вещества — лецитины, соли жирных кислот, эфиры моно- и диглицеридов жирных кислот и др.

Единый общепринятый подход к классификации структурообразователей отсутствует. М. Никоноров выделяет группу веществ, добавляемых в продукты для улучшения технологии, в частности

• эмульгаторы,

• стабилизаторы,

• студнеобразователи,

причем к стабилизаторам он относит вещества, которые создают условия для связывания большого количества воды, увеличивают вязкость продукта, способствуют образованию стойких суспензий.

Пищевой стабилизатор имеет более широкое понятие. Это любое вещество, продлевающее продолжительность возможного хранения пищевого продукта, в который оно добавлено. В конкретизированном смысле стабилизатор — это вещество, уменьшающее скорость физико-механических изменений в продукте, таких, как кристаллизация, седиментация, флокуляция, коалесценция, дезагрегация, синерезис и др.

Как правило, структурообразователи являются биополимерами, имеющими полисахаридную или белковую природу. По этому признаку их можно разделить на две группы: структурообразователи-полисахариды и структурообразователи- белки.

По источникам выделения различают структурообразователи животного, растительного и микробиологического происхождения.

Структурообразователи могут быть натуральными, биосинтетическими, модифицированными, синтетическими.

Структурообразователи, содержащиеся в сырье животного или растительного происхождения, относятся к группе натуральных и выделяются, как правило, в виде изолированных полимеров. Натуральные структурообразователи делятся на экссудаты, водорослевые сухие экстракты и порошки, получаемые из семян растений.

К экссудатам относятся смолы, выделяемые растениями: гуммиарабик, смола гатти, смола карая. Экстракты, получаемые из морских водорослей, представлены агар-агаром, агароидом, альгинатами, каррагинанами, фурцеллараном. К натуральным структурообразователям, получаемым из зерен и плодов растений, относятся крахмалы (из пшеницы, кукурузы, картофеля, тапиоки, ржи), порошки из семян семейства бобовых, тамаринд айвы, пектины.

Биосинтетические гидроколлоиды (биокамеди) — это структу- рообразователи микробиологического происхождения.

Часто с целью регулирования функциональных свойств структу­рообразующих полисахаридов проводят их химическую модификацию. Группу модифицированных структурообразователей составляют:

• производные целлюлозы (карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, оксипропилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза),

• производные крахмала (оксипропилкрахмал, карбоксиметилкрахмал),

• производные хитина (хитозан),

• производные альгинатов (пропилен-альгинат).

Функциональные свойства структурообразователей проявляют не только изолированные белки и полисахариды, но и нативные ткани гидробионтов, теплокровных животных и продукты их переработки. Кроме того, в последнее время получены результаты о положительном влиянии на консистенцию и реологические свойства пищевых систем композиций, состоящих из двух и более изолированных белков и полисахаридов, а также нативных тканей гидробионтов и продуктов их переработки.

Можно, таким образом, выделить следующие отличительные признаки структурообразователей:

• химическая природа;

• происхождение (источник сырья);

• методы выделения;

• выполняемые функции;

• молекулярную структуру;

• термостабильность;

• заряд;

• интенсивность технологического воздействия на нативные ткани, содержащие функциональные биополимеры;

• одновременность использования двух и более структурообразователей для регулирования реологических характеристик пищевых продуктов.

В зависимости от интенсивности технологического воздействия на сырье различают:

• нативные ткани, в состав которых входят полисахаридные или белковые структурообразователи;

• продукты переработки нативных тканей (концентраты, бульоны, кислотнощелочные и ферментные гидролизаты и др.);

• изолированные препараты, представляющие собой индивидуальные вещества, извлеченные из сырья и очищенные по специальной технологии.

Изоляты, как правило, полисахаридной природы, подвергнутые химической или ферментативной модификации, выделяются в группу модифицированных структурообразователей.

При одновременном использовании двух и более структурообразователей выделяется группа композиционных структурообразователей, которые могут сочетать различные комбинации полисахаридов и белков: изолированных, модифицированных, входящих в состав нативных тканей и продуктов их переработки.

Под функциональными свойствами структурообразователей понимают физико-химические характеристики, определяющие поведение биополимеров при переработке в пищевые продукты, а также обеспечивающие желаемую структуру, технологические и потребительские свойства готовых пищевых продуктов. К наиболее важным функциональным свойствам относят:

• растворимость и набухаемость в воде, солевых, щелочных и кислых средах;

• гетерогенность, совместимость с другими компонентами;

• водосвязывающая способность;

• способность образовывать и стабилизировать эмульсии, суспензии, пены и гели;

• адгезионные и реологические характеристики.

Загустители — вещества, повышающие вязкость пищевых систем (т. е. загущающие их), формируя коагуляционные структуры. Благодаря этому свойству они улучшают и сохраняют структуру пищевого продукта, стабилизируют дисперсные системы: суспензии эмульсии и пены.

Загустители сами по себе не могут образовывать эластичные прочные гели. Однако четкое разграничение между гелеобразователями и загустителями не всегда возможно. Известны вещества, обладающие в разной степени свойствами и гелеобразователя и загустителя.

Например, каррагинаны, используемые для изменения реологических свойств продуктов питания, в зависимости от дозировки и условий могут образовывать все промежуточные стадии полученной структуры — от слабых тиксотропных до структуры геля. Типичными представителями загустителей являются микрокристаллическая целлюлоза и простые эфиры целлюлозы, которые не образуют структуру геля и к классу гелеобразователей не относятся.

Эффективность применения загустителя определяется не только структурными особенностями его макромолекул, но и составом пищевого продукта, способом его получения и условиями хранения. На растворимость и диспергируемость гидроколлоидов влияют размер и форма их частиц, удельная поверхность, гранулометрический состав. Важное значение имеет способ приготовления дисперсии или раствора: интенсивность и премя перемешивания, температура, значения рН, присутствие электролитов, минеральных веществ, гидратируемых веществ, например сахара, возможность образования комплексов с другими имеющимися в системе соединениями, процессы ферментативного распада.

Совместное использование двух и более загустителей дает более сильный эффект загущения, чем можно было бы ожидать от суммарного действия компонентов, т. е. проявляется синергический эффект.

Гелеобразователи (студнеобразователи, желеобразователи, желирующие вещества) — это вещества, способные формировать при определенных условиях (концентрация, температура и др.) трехмерные структуры геля, относящиеся к конденсационно-кристаллизационным нетиксотропным структурам. К гелеобразовате-лям относятся агар-агар, желатин, соли альгиновых кислот, каррагинаны, белок в составе рыбного фарша сурими и др.

Гели представляют собой дисперсные системы, по крайней мере двукомпонентные, в которых дисперсионной средой является жидкость. Дисперсной фазой является гелеобразователь, макромолекулы которого образуют поперечно сшитую сетку. Вода в такой системе физически связана и теряет подвижность, следствием чего является изменение консистенции пищевого продукта. Начало процесса гелеобразования наступает при определенной концентрации биополимера, при которой начинает происходить агрегирование макромолекул. Концентрацию гелеобразования называют гель-точкой структурообразователя. В зависимости от вида гелеобразователя структура и прочность пищевых гелей могут сильно различаться. При совместном использовании двух и более различных гелеобразователей возможно проявление эффекта синергизма, совместного усиления.

Эмульгаторы — вещества, делающие возможным или облегчающие получение эмульсий и стабилизирующие последние. Благодаря своему химическому строению они уменьшают энергию поверхностного натяжения и способны образовывать адсорбционные слои на границе раздела фаз, т. е. выступают в роли поверхностно-активных веществ.

Пенообразователи — это вещества, способные образовывать защитные адсорбционные слои на поверхности раздела жидкой и газообразной фаз. Они выполняют две функции: при диспергировании газа в жидкости способствуют образованию пены и обеспечивают устойчивость структуры последней. Как правило, эмульгаторы являются и пенообразователями, причем лучшие из последних — белки. Типичным их представителем является белок куриного яйца, образующий на поверхности пузырьков воздуха эластичные белковые мембраны.

Для предотвращения оседания пены в трехфазных эмульсиях, представляющих собой жидкие взбитые пищевые системы, применяют стабилизаторы пены. Такие системы термодинамически нестабильны, так как газ и жидкость, из которых они состоят, стремятся образовать два слоя с минимальной поверхностью раздела фаз. Обычно стабилизирующее действие пенообразователей усиливают введением в систему веществ, связывающих воду. Гидроколлоиды (желатин, агар, пектин) увеличивают вязкость жидкой фазы, уменьшают количество свободной воды и тем самым стабилизируют пену.

Аналогичный подход используют при стабилизации структуры жиросодержащих взбитых масс. Типичным примером таких продуктов являются взбитые сливки, трехфазная система, состоящая из пузырьков воздуха и кристаллов жира, распределенных в жидкости. В аналогах взбитых сливок, в которых молочный жир и белок полностью заменены растительными жирами и немолочными белками, необходимо использовать эмульгатор для эмульгирования жира и пены и гидроколлоид для стабилизации всей эмульсионной системы.

Связующие вещества, или пищевые клеи, обладают высокой адгезионной способностью по отношению к поверхности частиц пищевых продуктов и благодаря этому связывают их в единое целое. Наиболее типичными представителями связующих веществ являются хитозан,

карбоксиметилцеллюлоза, тонкоизмельченная мышечная ткань рыбы.

Пленкообразователи, глазирователи — вещества, наносимые в виде пленки или тонкого слоя на поверхность пищевых продуктов с целью сохранения их свежести, высыхания, уменьшения массы, а также нежелательного воздействия окружающей среды. В качестве пленкообразователей используют загустители и гелеобразователи в виде дисперсий полимеров, глицерин, моно- и диглицериды жирных кислот, натуральные и синтетические воски, парафин. Их смеси называют воскожировыми составами. Используемые количества составляют от 0,01 до 1,0%.

Нанесение осуществляют опрыскиванием, погружением или обмазыванием, для чего некоторые пленкообразователи необходимо расплавить (например, воски).

С помощью определенных добавок можно целенаправленно изменять свойства покрытий. Так, глицерин действует как умягчитель, консерванты удлиняют сроки хранения покрытого пленкой продукта, белые пигменты (карбонат кальция) защищают от света, гидрофобные добавки — от проникновения воды и т. д.

Из приведенных выше данных следует, что одни и те же структурообразователи вследствие уникальности своей природы (химической, физической) проявляют многофункциональность свойств. Применение других возможно только в одном или двух направлениях.

Структурообразователи, используемые в пищевых продуктах, должны отвечать ряду требований. Разрешается использование только тех веществ, которые не представляют опасности для здоровья человека, что устанавливают на основании токсикологических испытаний или других научных данных. В случае изменения условий применения структурообразователей или появления новых данных о свойствах этих веществ они должны быть подвергнуты повторной оценке. Пищевые структурообразователи должны соответствовать требованиям нормативных документов по чистоте и идентичности. При выдаче разрешения на постоянное или временное применение структурообразователей учитывают:

• ограничение использования их для конкретных продуктов или целей при определённых оговоренных условиях;

• применение самых низких доз, необходимых для достижения желаемого эффекта;

• приемлемое суточное поступление в организм человека;

• суточное поступление их из всех возможных источников.

Применение нескольких структурообразователей одновременно требует

особой осторожности, так как химическое взаимодействие между ними может привести к образованию токсических веществ.

В то же время влияние структурообразователей на организм человека изучено в меньшей степени, чем многих химически активных веществ, так как некоторые из них являются натуральными компонентой пищевых продуктов. Большинство структурообразователей — индифферентные соединения, не взаимодействующие с другими компонентами продукта и в меньшей мере, чем химически активные вещества, включающиеся в обменные процессы в организме человека) и вещества требуют к себе особого внимания лишь в тех случаях, когда их доза в пищевом продукте значительно превосходит обычные дозы добавок или когда они способны оседать на стенках сосудов и изменять процессы переваривания и всасывания пищи.

Поскольку вещества, изменяющие консистенцию пищевых продуктов, применяют в значительных количествах, особую роль играет наличие в них примесей, появляющихся в процессе их производства, в частности диоксида серы, консервантов, растворителей, отбеливателей, тяжелых металлов. Наличие указанных примесей лимитируется.

Структурообразователи должны быть химически инертны по отношению к компонентам пищевых продуктов, т. е. не окислять липиды, не разрушать витамины и т. д.

Структурообразователи должны образовывать при определенных значениях рН среды, концентрации и температуре водные растворы, обладающие структур­ной вязкостью, т. е. эффектом сгущения; предпочтительны бесцветные растворы, лишенные вкуса и запаха.

Структурообразователи должны проявлять способность к гелеобразованию: при определенных условиях формировать трехмерную, объемную структурную сетку. Они должны обладать адгезией (прилипанием) по отношению к поверхности компонентов, входящих в состав продуктов. Эмульгаторы, связующие вещества, пленкообразователи должны проявлять поверхностную активность.

Технологическая обработка (высокие или низкие отрицательные температуры, механическое воздействие и др.) должна благоприятно влиять на функциональные свойства структурообразователей.

Предпочтительно, чтобы структурообразователи были веществами натурального происхождения, т. е. являлись естественными компонентами традиционных пищевых продуктов, вырабатывались в промышленном масштабе, были дешевыми.

Применение структурообразователей с целью получения новых видов продукции связано с необходимостью оценки качества получаемых изделий, установления влияния на них различных аспектов технологии и состава используемых смесей.

Структурообразователи ответственны за изменения консистенции, осязаемой полостью рта, пальцами, определяемые визуально, и также в отдельных случаях оцениваемые на слух (хруст, потрескивание). Для оценки консистенции пищевых продуктов, разработанных с использованием структурообразователей, применимы различные методы сенсорного исследования. Наиболее простым в сенсорной практике является метод предпочтительной оценки, построенный на логическом заключении и применяемый для потребительской оценки продукта. В этом случае опрашиваемый отвечает на вопрос, нравится ему продукт или нет. Самая простая схема оценки заключается в представлении на дегустацию одного образца и установление его приемлемости или неприемлемости.