II. Вещества, влияющие на вкус и аромат пищевого продукта

1. Пищевые ароматизаторы

Каждому продукту присущи индивидуальные, характерные только для него вкус и аромат. В их формировании принимают участие сотни гармонирующих друг с другом соединений, которые образуются в процессе роста растений, при получении пищевых продуктов под действием микроорганизмов или ферментов, при приготовлении пищи.

Пищевой ароматизатор представляет собой 30–50, а иногда и более 100 согласованных между собой индивидуальных компонентов. Этими компонентами могут быть натуральные или идентичные натуральным вещества, а также и искусственные ароматические вещества или их смеси, образующие вкусоароматическую часть. Компонентами ароматизатора могут быть носители-наполнители или растворители-наполнители, пищевые добавки и пищевое сырье.

Натуральный ароматизатор – это пищевой ароматизатор, вкусоароматическая часть которого содержит один или несколько вкусоароматических препаратов и (или) одно или несколько натуральных вкусоароматических веществ.

В России натуральные ароматизаторы по видам не подразделяются. В странах Европейского Союза в соответствии с изменениями от 16.01.91 к Директиве 88/388 установлено, что «если торговое наименование ароматизатора содержит ссылку на пищевой продукт либо другой источник натурального ароматического сырья, то слово натуральный может быть использовано только в том случае, если все вкусоароматические компоненты были извлечены соответствующими физическими методами или в результате ферментативных либо микробиологических процессов, или были получены в ходе традиционного процесса приготовления пищи исключительно (или почти исключительно) из упомянутого в названии продукта или ароматического сырья». Другими словами, натуральный ароматизатор, например «клубника», может быть получен только из вкусоароматических веществ, выделенных из клубники. Часто к наименованию таких ароматизаторов прибавляют аббревиатуру FTNF (From The Name Fruit), что означает «из одноименного фрукта», или FTNJ (From The Name Juice) – «из одноименного сока».

Натуральный ароматизатор, в составе которого использовано также другое натуральное сырье, в странах Европейского Союза называют, например, «ароматизатор натуральный, тип клубника». В США для таких ароматизаторов принята аббревиатура WONF (With Other natural Flavors), что означает «с другими натуральными ароматами». Например, рецептура клубничного ароматизатора вида WONF включает следующие компоненты (табл. 6).

Таблица 6

Рецептура клубничного ароматизатора вида wonf

Компонент	Расход на 1 т, кг
Масла эфирные:
розы	2,0
жасмина	2,8
кассии	1,0
грушанки	1,0
любистока	0,5
валерианы	2,5
сельдерея	0,02
кориандра	0,1
Спирт этиловый	500
Вода	До 1000

По различным причинам производство только натуральных ароматизаторов не всегда экономически целесообразно, так как для их получения требуется колоссальное количество исходного материала. Решить эти проблемы помогают ароматические вещества, идентичные натуральным. Это химические соединения, идентифицированные в сырье растительного или животного происхождения, но полученные химическим синтезом или выделенные из натурального сырья с применением химических методов

Идентичный натуральному ароматизатор – пищевой ароматизатор, вкусоароматическая часть которого содержит одно или несколько вкусоароматических веществ, идентичных натуральным; может содержать вкусоароматические препараты и натуральные вкусоароматические вещества.

Искусственный ароматизатор – пищевой ароматизатор, вкусоароматическая часть которого содержит одно или несколько искусственных вкусоароматических веществ; может содержать вкусоароматические препараты, натуральные и идентичные натуральным вкусоароматические вещества.

В настоящее время нет научных доказательств предпочтительности с токсиколого-гигиенической точки зрения натуральных ароматизаторов по сравнению с идентичными натуральным или искусственными.

По статистике в странах Европейского Союза и США человек потребляет в год около 1 т пищевых продуктов. В этой тонне содержится около 500 г вкусоароматических веществ, причем из них только 10–25 г поступают через ароматизаторы, остальное количество –естественно присутствующие в продуктах вкусоароматические вещества. Таким образом, человек потребляет вкусоароматических веществ, поступающих с искусственно ароматизированной пищей, в 20–50 раз меньше, чем таких же веществ, содержащихся в натуральных продуктах, т. е. без ароматизаторов.

В свете изложенного потребление в составе пищевого продукта ароматизаторов не может представлять опасности для здоровья человека, так как в противном случае придется поставить под сомнение безопасность всех натуральных пищевых продуктов, содержащих вкусоароматические вещества.

Виды ароматизаторов и эффективность их применения

В зависимости от назначения ароматизаторы подразделяются на ароматизаторы для конкретных видов продукции и универсальные.

Ароматизаторы в зависимости от формы выпуска делятся на жидкие, сухие (порошкообразные, гранулированные) и пастообразные.

Жидкие ароматизаторы выпускают в виде растворов или эмульсий. В качестве растворителя обычно используется этиловый спирт, 1,2-пропиленгликоль, триацетин и вода. Эмульсионная форма ароматизатора представляет собой смесь нерастворимых вкусоароматических веществ и растворителя, диспергированных и стабилизированных с помощью эмульгирующих веществ до получения однородной жидкости, устойчивой в течение длительного времени.

Сухие ароматизаторы производят в виде смеси ароматических веществ, удерживаемых на поверхности и в капиллярах твердых носителей за счет адсорбционных сил.

В настоящее время в промышленности применяются другие способы ароматизации пищевых продуктов: сухими пряностями, аэрозолями. Однако при ароматизации пищевых продуктов цельными или измельченными пряностями коэффициент использования пряно-вку-совых веществ не превышает 50 %, что является неэффективным методом. Применение аэрозольного способа дает возможность вносить ароматизаторы в продукты, в том числе и те, которые уже прошли тепловую обработку. Это позволяет снизить потери ароматизирующих веществ и увеличить равномерность их распределения.

Вкусоароматические вещества не обладают сколько-нибудь значительной питательной ценностью, но являются важной составной частью пищевого продукта, отвечающей за его качественную характеристику. Ароматизаторы в оптимальных дозировках улучшают органолептические свойства пищевых продуктов, возбуждают аппетит и способствуют лучшему усвоению пищи. Физиология питания рассматривает вкусовые и ароматические вещества как важнейшие и необходимые компоненты пищи.

Функциональное назначение ароматизаторов:

– создание широкого ассортимента пищевой продукции;

– восстановление вкуса и аромата продукции, утерянных при переработке сырья;

– стандартизация вкуса и аромата продукции;

– усиление имеющегося вкуса и аромата продукции;

– придание аромата продукции, не имеющей собственного характерного вкуса;

– модификация вкуса и аромата готового продукта при наличии неприятных для потребителя привкусов, например аспартама в диетических напитках.

Методы получения ароматизаторов

Человек с исторических времен добавлял пряности и пряноароматические растения для усиления запаха и вкуса продуктов. Эфирные масла, экстракты и концентраты пряных растений, овощей и фруктов арабы использовали уже в IX в. Это были первые ароматизаторы натурального происхождения. Многие эфирные масла, используемые в настоящее время, впервые были приготовлены в XYI–XYII вв.

Следующий важный шаг в развитии производства натуральных ароматизаторов был сделан в первой половине XIX в. В это время получение эфирных масел, благодаря увеличению спроса на них, было поставлено на промышленную основу.

С середины XIX в. появились первые синтетические ароматизаторы. В 1834 г. из масла корицы был выделен коричный альдегид, а в 1837 г. из горького миндаля выделили бензальдегид. В 1845–1850 гг. были синтезированы первые синтетические ароматические масла, состоявшие из смеси сложных эфиров низших жирных кислот и спиртов, которые использовались как фруктовые ароматизаторы. За ними последовал синтез метилсалицилата как «искусственного масла зимней зелени» и бензальдегида в качестве «искусственного масла горького миндаля». В 1874–1878 гг. фирма «Хаарманн и Раймер» начала промышленный выпуск ванилина и кумарина.

На принципиально новом уровне индустрия ароматизаторов начала активно развиваться в 50-е гг. ХХ в. Это связано с появлением новых аналитических методов – газовой хроматографии  и  хромато-, масс-спектрометрии. В этот период усилия исследователей были направлены на то, чтобы определить состав летучих компонентов в разнообразных фруктах, овощах, травах, пряностях, мясных, рыбных и молочных продуктах и т. д.

Аромат продукта формируют летучие органические соединения. Исследования показали, что натуральные продукты, как правило, имеют очень сложный состав летучих компонентов. Так, в концентрате летучих веществ клубники найдено около 300 соединений, в пиве – более 1300, в кофе – более 1000; при этом суммарная концентрация летучих компонентов обычно не превышает 0,1–0,01 % массы продукта. Однако не все летучие соединения, присутствующие в продукте, важны для формирования его запаха.

Есть так называемые «ключевые» соединения, имеющие запах соответствующего продукта. Так, ключевыми компонентами в запахе чеснока являются диаллилди- и трисульфиды, в луке – пропилпропенил- ди- и трисульфиды, в мясе – 3-меркаптозамещенные фураны и тиофены, в черной  смородине  –  4-метокси-2-метил-2-бутентиол, в  кофе – фурфурилмеркаптан, в абрикосе – гамма-декалактон, в груше – изоамилацетат, в лимоне – цитраль, в малине – 4 (n-гидрокси-фенил) 2-бутанон и т. д. Однако только ключевые соединения не могут обеспечить полноценный аромат продукту. Высококачественные ароматизаторы должны содержать как ключевые соединения, так и ряд одор-активных, т. е. дополняющих веществ, что обеспечивает формирование полноценного запаха. В настоящее время для выпуска пищевых ароматизаторов применяется около 2000 натуральных и синтетических компонентов.

Важнейшие ароматобразующие соединения принадлежат к различным классам органических веществ. Это алифатические и ароматические альдегиды, кетоны, спирты, кислоты, эфиры, оксиды, меркаптаны, моно- и полисульфиды, замещенные пиразины, тиазолы, оксазолы, фураны, тиофены, насыщенные и ненасыщенные алифатические и гетероциклические соединения.

Натуральные ароматизаторы получают путем переработки натурального сырья с применением физических методов: экстракции, дистилляции, высушивания и концентрирования. Примером натуральных ароматизаторов являются экстракты животного или растительного сырья, эфирные масла и олеорезины пряностей и пряноароматических растений.

По российскому законодательству к натуральным ароматизаторам относятся вещества или их смеси, получаемые с помощью биотехнологии. Основным биотехнологическим методом получения исходных компонентов для ароматизаторов является модификация натуральных субстратов микроорганизмами, ферментами и растительными клетками. Микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности перерабатывают компоненты субстратов и продуцируют новые летучие соединения, которые, наряду с компонентами, образующимися в других процессах, формируют запах таких продуктов, как хлеб, молочнокислые продукты, сыры, пиво, вино. С помощью микроорганизмов синтезируют многие аминокислоты, в том числе широко используемый усилитель вкуса и запаха L-глутамат натрия моногидрат (Е 621). Применение различных микроорганизмов позволяет целенаправленно получать отдельные ключевые соединения или смеси летучих веществ, которые в дальнейшем используются в качестве компонентов при создании различных ароматизаторов. К этому методу прибегают в тех случаях, когда удается за короткое время на доступном субстрате достичь высокого выхода требуемых летучих соединений или получить соединения, которые сложно или невозможно выделить другими методами. Например, с помощью микроорганизмов проводят синтез различных лактонов, кетонов, диацетила, масляной и изовалериановой кислот, являющихся ключевыми или одор-активными компонентами многих фруктовых, сырных, масляных ароматизаторов.

В биотехнологических методах получения летучих ароматобразующих соединений особое место занимают технологии, основанные на применении ферментных препаратов. С помощью ферментов расщепляют клетки фруктов и растений и значительно увеличивают эффективность извлечения летучих соединений без дорогостоящей термической обработки, которая также может отрицательно влиять на свойства получаемых экстрактов. Широко применяют гидролитические ферменты, протеазы и амилазы для получения гидролизатов, содержащих аминокислоты и сахара, которые далее используют в реакциях карамелизации и Майара для создания различных ароматизаторов.

С помощью эстераз осуществляют синтез многих сложных эфиров – необходимых составляющих всех фруктовых ароматизаторов, а также получают ряд терпеновых соединений. Для усиления запаха твердых и плавленых сыров используют препарат, модифицированный липазами. Он называется «ферментативный модифицированный сыр» и применяется для создания запаха вызревшего продукта в сырах с коротким сроком созревания. Путем комбинирования различных микроорганизмов, липолитических и протеолитических ферментов, используемых в сыроделии, варьируя состав субстратов и условия проведения ферментации, удается получать сложные смеси летучих веществ, идентичные по составу летучим компонентам различных сыров. На основе таких смесей путем добавления только нескольких индивидуальных одор-активных соединений в определенной концентрации получают качественные ароматизаторы с запахом сыров рокфор, чедер, пармезан, эмменталер. В настоящее время в индустрии ароматизаторов используется около 30 различных ферментов.

В отличие от обычных химических синтезов ферментативные реакции протекают с высокой специфичностью.

К микробиологическим методам относится культивирование клеток и тканей пряноароматических растений, что позволяет иметь источник экологически чистых натуральных эфирных масел, свободный от всех недостатков, связанных с выращиванием растений в естественных условиях.

Одно из важнейших направлений в создании ароматизаторов –неферментативные реакции между натуральными предшественниками, моделирующими пути образования летучих веществ в натуральных продуктах. Запах продуктов, подвергающихся термической обработке, формируется с участием летучих веществ, присутствующих в исходном сырье, а также за счет новых соединений, образующихся в ходе различных реакций между нелетучими компонентами этих продуктов. Разработка способов получения ароматизаторов для таких продуктов требует детального изучения всех реакций, происходящих при термообработке.

В качестве примера рассмотрим процесс разработки ароматизатора с запахом креветки (по публикациям Т.А. Мишариной). Изучение летучих веществ вареной креветки показало, что из более чем 100 веществ, найденных в концентрате летучих соединений, аромат креветки формируют около 20 соединений, относящихся к нескольким классам: насыщенные и ненасыщен­ные альдегиды, ненасыщенные кетоны, алифатические серосодержащие соединения, замещенные пиразины. Исходя из структуры одор-активных соединений, выбирают их воз­можных предшественников. Альдеги­ды и кетоны, найденные в креветке, являются типичными продуктами окислительного и термического рас­щепления жирных кислот, характер­ных для морепродуктов. Источником этих жирных кислот могут быть липиды морских рыб, содержащиеся в их водных или водно-спиртовых экс­трактах. Пиразины и серосодержащие соединения являются продуктами ре­акции между свободными аминокис­лотами и моносахарами. Эти реакции многостадийны и очень сложны, их со­вокупность называется реакцией Майара. Для получения найденных в кревет­ке серосодержащих соединений используют определенную серосодержащую природную амино­кислоту, пиразины образуются из многих аминокислот в реакции с моносахарами. Таким образом, вы­бирают исходных предшественников летучих ароматобразующих соедине­ний в запахе креветки. Далее на модельных реакциях оптимизируют состав аминокислот, сахаров, липидсодержащих экстрак­тов, условия проведения реакции и в результате получают аро­матизатор, имеющий интенсивный запах вареной креветки.

Аналогичный подход применяют для получения ароматизаторов других термообработанных продуктов. Для проведения реакции Майара наряду с натуральными экстрактами обычно используют гидролизаты растительно­го и животного сырья, некоторые сво­бодные природные аминокислоты, са­хара, аскорбиновую кислоту. Реакцию проводят в условиях, имитирующих протекание аналогичных реакций в натуральных продуктах. Более высо­кая концентрация исходных компо­нентов обеспечивает выход ароматоб­разующих веществ, идентичных нату­ральным, но на два-три порядка более вы­сокий, чем в натуральных продуктах.

Примером ароматизаторов, получа­емых методом термической обработки соответствующих предшественников, являются ароматизаторы с запахом мяс­ных и рыбных продуктов, креветки, краба, хлеба, выпечки, кофе, шокола­да, картофеля, овощей, орехов. Такие ароматизаторы имеют, как правило, сложный состав летучих веществ. Так, в мясных ароматизаторах найдено бо­лее 100 летучих соединений, среди них 15–20 веществ являются ключевы­ми и одор-актив-ными. Сложный состав имеют ароматизаторы с запа­хом шоколада, выпечки в их состав входят 30–60 летучих веществ. Обычно такие ароматизаторы выпускают в ви­де концентрированных вязких водосодержащих паст или в сухом виде. При применении в качестве исход­ного сырья соляно-кислотных гидролизатов получают ароматизаторы, содержащие значительное количество поваренной соли (мясные и рыбные).

Специфический вид ароматизаторов – коптильные ароматизаторы; они представляют собой очищенные препараты дымов, полученных из древесных пород. Основными составляющими являются фенолы, карбонильные соединения и органические кислоты. Использование коптильных ароматизаторов более безопасно, чем традиционное копчение с помощью дымов, не очищенных от канцерогенных загрязнителей – бенз[а]пирена и бенз[а]антрацена.

В России приняты ограничения в производстве и применении коптильных ароматизаторов: содержание бенз[а]пирена не должно превышать 2 мкг на 1 кг(л), вклад коптильных ароматизаторов в содержание бенз[а]пирена в пищевых продуктах не должно превышать 0,03 мкг на 1кг(л). Коптильные ароматизаторы в России классифицируются как идентичные натуральным.

Требования к производству, чистоте и использованию коптильных ароматизаторов в странах ЕС более жесткие: максимальное содержание бенз[а]пирена – 10 мкг/кг, бенз[а]антрацена – 20 мкг/кг. Коптильные ароматизаторы за рубежом классифицируются как особый вид ароматизаторов, не относящихся ни к натуральным, ни к идентичным натуральным, ни к искусственным.

Таким образом, мы рассмотрели основные методы получения современных ароматизаторов и исходных компонентов для них. Практически все арома­тизаторы получают путем составле­ния композиций из полученных вы­шеописанными методами или синтетических смесей веществ, или инди­видуальных соединений. При создании ароматизаторов необходимо учитывать вид продукта, для которого они предназначены. Это связано с тем, что макрокомпоненты пищевых продуктов – белки, полисахариды, липиды – способны связывать летучие компоненты ароматизаторов, уменьшая тем самым их «активную» концентрацию в паровой фазе над продуктом. Степень связывания зависит от структуры и концентрации как летучих компонентов ароматизаторов, так нелетучих компонентов продукта. Это приводит к значительным различиям в составе исходных ароматизаторов и их компонентов в паровой фазе над продуктом, т. е. к искажению запаха ароматизаторов. Высококачественные ароматизато­ры составляются с учетом возможного изменения их запаха при внесе­нии в продукт. Поэтому качество аро­матизаторов необходимо определять не только по составу и концентрации входящих в них компонентов, но и по запаху готового продукта, его ста­бильности при хранении, т. е. проводить органолептический анализ. Правильный выбор ароматизаторов и их концентраций является осно­вой для получения высококачествен­ной пищевой продукции.

Сырье для производства ароматизаторов

Состав ароматизатора включает ингредиенты, которые в чистом виде не могут применяться в качестве пищевых ароматизаторов. Исключение составляют ванилин, этилванилин, ментол, мальтол, этилмальтол. Компонентами ароматизатора являются также растворители, сухие носители, усилители вкуса и аромата, эмульгаторы, стабилизаторы, загустители и другие вещества, не определяющие статус ароматизатора. Перечень компонентов, используемых при разработке состава пищевого ароматизатора, включает: вкусоароматические вещества (более 2000 наименований), эфирные масла, настои, экстракты, вытяжки из растений и животных, пряности и продукты их переработки.

Вкусоароматические вещества по способу получения делятся на натуральные и синтетические. К натуральным вкусоароматическим веществам относят соединения, выделенные из природных продуктов физическими и биотехнологическими методами. Синтетическими вкусоароматическими веществами являются соединения, полученные из природного или химического сырья химическим синтезом. Так, цитраль выделенный из лемонграсового масла дистилляцией или через бисульфитное соединение, считается натуральным вкусоароматическим веществом, а цитраль, полученный из линалоола, содержащегося в кориандровом масле (частичным синтезом), или из ацетилена, ацетона и изопрена (полным синтезом), является синтетическим вкусоароматическим веществом.

Эфирные масла представляют собой многокомпонентные смеси вкусоароматических веществ, которые образуются в растениях в процессе их роста и развития. Они хорошо растворимы в органических растворителях и практически не растворимы в воде. Из всех известных растений, содержащих эфирные масла, промышленное значение имеют только 200. Остальные не используются либо из-за невыраженного аромата, либо из-за малого содержания его в растении.

В состав эфирных масел входят терпеноиды (более 50 наименований), большое количество веществ ароматического и алифатического ряда. Каждое эфирное масло состоит из большого числа компонентов, среди которых один или несколько содержатся в большем количестве и определяют направление запаха и ценность эфирного масла (ключевые компоненты). Основные виды эфирных масел и их главные компоненты приведены в табл. 7.

Химический состав эфирных масел непостоянен. Содержание отдельных компонентов меняется в широких пределах даже для растений одного вида и зависит от места произрастания, климатических особенностей года, стадии вегетации и сроков уборки сырья, особенностей послеуборочной обработки, технологии выделения и переработки эфирного масла. Аромат эфирных масел в растениях определенным образом оттеняется микроколичествами целого ряда соединений.

Таблица 7