4.5. Эмульгаторы, разрешенные в производстве органической продукции

В большинстве промышленных технологий пищевых продуктов применение эмульгаторов технологически необходимо.

Связано это с их достаточно обширными функциями. В пищевых системах они осуществляют:

– диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование;

– солюбилизацию;

– комплексообразование с крахмалом;

– взаимодействие с белками;

– регуляцию реологических свойств;

– модификацию кристаллов;

– функции смачивающих и смазывающих агентов.

Все пищевые эмульгаторы объединены одним общим свойством – они обладают поверхностной активностью. Их молекулы имеют одинаковую гидрофобную (липофильную) часть, представленную ацилами высших жирных кислот и отличаются строением (природой) гидрофильной части молекул.

Перечень эмульгаторов, разрешенных в производстве пищевых продуктов, достаточно обширен – более 35 наименований, но требованиям органического производства отвечают только лецитины – пищевая добавка Е 322, за исключением ацетилированной, гидроксилированной и отбеленной форм (осветление окрашенных соединений водным раствором перекиси водорода).

В соответствии с Директивой ЕС добавка Е 322 представляет собой смесь фракций фосфатидов, полученную из животных или растительных объектов физическими методами, в том числе и ферментативными, в которой содержание веществ, не растворимых в ацетоне (собственно фосфолипидов), составляет не менее 56–60 %.

Лецитины Е 322 подразделяют на следующие виды [20]:

1. Лецитин (i) – смесь веществ, не растворимых в ацетоне (в основном, это фракции фосфатидилхолинов, фосфатидилэтаноламинов, фосфатидилинозитолов, фосфатидных кислот), с сопутствую-щими веществами (гликолипидами, углеводами, триацилглицеринами, свободными жирными кислотами и др.), полученная из животных или растительных источников. Лецитин может содержать фосфолипидные фракции и комбинированные с ними вещества в различных пропорциях и комбинациях.

Лецитин Е 322(i) выпускается в виде лецитина жидкого стандартного, лецитина обезжиренного, лецитина фракционированного.

Согласно ГОСТ 53970-2010, лецитин жидкий стандартный – это пищевая добавка, представляющая собой гомогенную текучую жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета, содержащая не менее 60 % веществ, не растворимых в ацетоне, и около 40 % триацилглицеринов свободных жирных кислот и других сопутствующих веществ.

Лецитин фракционированный – это пищевая добавка, представляющая собой вязкую жидкость (или воскообразную массу или порошок или гранулы) от светло-желтого до темно-коричневого цвета, содержащую заданный набор фракций вещества, не растворимых в ацетоне.

Лецитин обезжиренный – это пищевая добавка, представляющая собой порошок или гранулы от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Она содержит не менее 95 % веществ, не растворимых в ацетоне, и остатки триацилглицеринов, свободных жирных кислот и других сопутствующих веществ.

2. Частично гидролизованный лецитин (ii) – лецитин, полученный с помощью ферментативного гидролиза фосфолипидов, для увеличения содержания в его составе лизофосфолипидов. Лизофосфолипиды образуются при ферментативном отщеплении одного из ацильных остатков с заменой на ОН-группу.

Лецитин Е 322(ii) выпускается виде лецитина гидролизованного и лецитина обезжиренного гидролизованного.

Лецитин жидкий гидролизованный – это пищевая добавка, представляющая собой гомогенную текучую жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета, полученная в результате ферментативного гидролиза фосфолипидов. Она содержит не менее 56 % веществ, не растворимых в ацетоне, с повышенным содержанием лизофосфолипидов, и около 44 % триацилглицеринов, свободных жирных кислот и других сопутствующих веществ.

Лецитин обезжиренный гидролизованный – это пищевая добавка, представляющая собой порошок или гранулы от светло-желтого до темно-коричневого цвета, полученная в результате ферментативного гидролиза фосфолипидов, содержащая не менее 95 % веществ, не раст-воримых в ацетоне, с повышенным содержанием лизофосфолипидов.

Лецитины, получаемые из животного сырья, например из яичного желтка, в основном, применяют в фармацевтической промышленности и медицине. Они имеют ограниченную сферу применения из-за дороговизны (~180 евро за кг) и небольших объемов производства. В пищевой промышленности применяют лецитины из растительного сырья.

Сырьем для получения пищевой добавки Е 322 являются растительные масла (рапсовое, подсолнечное, кукурузное, соевое). Соотношение отдельных фракций фосфолипидов в маслах определяется видом растений (табл. 17), но возможны колебания в содержании отдельных фракций обусловленные зоной возделывания, погодными условиями, степенью зрелости семян [21]. Почти 95 % коммерчески произведенного лецитина получают извлечением его из соевого масла.

Таблица 17

Состав природных фосфолипидов

Фосфолипиды	Типичное содержание, %
	Соя	Кукуруза	Подсолнечник	Рапс
Фосфатидилхолин	15	31	16	17
Фосфатидилэтаноламин	10	3	8	9
Фосфатидилинозитол	10	16	13	10
Фосфатидилсерин	1	1	1	1
Фосфатидные кислоты	4	9	3	4

Так как соевое масло может быть получено из генетически модифицированной сои, а потребитель органической продукции должен быть уверен, что лецитин, используемый в производстве пищевой продукции, получен не из генетически модифицированного сырья (GMO), в мировой практике предложены две схемы контроля отсутствия генетически модифицированных ингредиентов: мягкая (Soft-JP-System) и жесткая (Hard-JP-System).

Упрощенная схема мягкой идентификации предусматривает проведение ПЦР-анализа партий готового стандартизированного лецитина, отправляемого потребителю. Однако она не гарантирует, что при изготовлении продукта не использовалось генетически модифицированное сырье.

С 2004 г. в Европе лецитины сертифицируют по жесткой схеме, которая предусматривает мониторинг исходного сырья от поля и элеватора до перерабатывающего предприятия по всей технологической цепочке. Каждый этап исследований подтверждается соответствующим сертификатом. Только такая схема отслеживания гарантирует чистоту продукта – получение продукта из генетически не модифицированного сырья (NON GMO) и отсутствие в продукте генетически модифицированных ингредиентов.

Жесткая схема контроля за отсутствием генетически модифицированных ингредиентов подтверждается Сертификатом соответствия отслеживаемости. Таким образом, проблема контроля наличия ГМО в лецитинах импортного производства решена.

В России, где в 2009 г. запущены три завода по получению лецитинов суммарной мощностью 4,5 тыс. т в год, такой контроль еще предстоит организовать.

Технология производства пищевой добавки Е 322 предусматривает на первом этапе извлечение из семян масличных культур липидов, например, растворителем гексаном. После отгонки растворителя фосфолипиды (лецитины) выделяют из экстракционного масла путем насыщения его водяным паром (процесс гидратации). Содержание фосфолипидов в сырых экстракционных маслах в зависимости от вида и качества масличных семян колеблется от 0,5 до 2,5 %. Вязкую лецитиновую массу (гидрофуз) отделяют от масла сепарированием и направляют на сушку под вакуумом при контролируемой температуре. По такой схеме (см. [21]) получают стандартизированные лецитины с содержанием фосфолипидов на уровне 60–62 % и триглицеридов (растительного масла) 35–36 % и динамической вязкос-тью 8–12 Па (рис. 9).

В отечественной практике лецитины обычно именовали – «фосфатидный концентрат».

Рис. 9. Принципиальная технологическая схема получения стандартизированного лецитина

При глубокой переработке стандартизированных лецитинов получают обезжиренные, фракционированные и модифицированные лецитины:

Обезжиренные лецитины (фосфолипидные изоляты)

Процесс базируется на различной растворимости в ацетоне триглицеридов и фосфолипидов. Принципиальная технологическая схема получения обезжиренных лецитинов дана на рис. 10.

Лецитин обезжиренный содержит не менее 95 % веществ, нерастворимых в ацетоне и остатки триацилглицерина, свободных жир-ных кислот и других сопутствующих веществ.

Выпускают обезжиренные лецитины в порошкообразной и гранулированной формах.

Рис. 10. Технологическая схема получения обезжиренного лецитина

Фракционированные лецитины

Технология спиртового фракционирования лецитина предус-матривает разделение на этанолрастворимую (фосфатидилхолины) и этанолнерастворимую фракции (фосфатидилинозитолы, фосфатидные кислоты и др.). Спирторастворимая фракция содержит основного вещества от 80 до 98 %.

Особенностью фракционированных лецитинов является то, что они могут использоваться как ПАВ в пищевых системах с жесткой водой.

Модифицированные лецитины

Возможны два способа модификации стандартизированного лецитина – ферментативный и химический. Установлено, что в результате модификации изменяется показатель гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) в сторону увеличения до 8–12, в то время как ГЛБ стандартного лецитина равен 4. Известно, что чем выше гидрофильность, тем больше ГЛБ и тем ярче проявляется способность ПАВ к образованию классических мицелл и стабилизации прямых эмульсий (табл. 18).

Таблица 18

Значения ГЛБ эмульгаторов в зависимости от их гидрофильности (по [22])

Доля гидрофильных групп, %	10	20	30	40		50	60	70
ГЛБ	2	4	6	8		10	12	14
Вода–масло					Масло–вода

Гидролизованные лецитины отличаются от стандартных не только своей молекулярной структурой, но и композиционным составом фосфолипидов (табл. 19).

Поэтому, благодаря этим изменениям, гидролизованный лецитин способен стабилизировать не только эмульсии «масло в воде», но и «вода в масле», что во многом расширяет области его применения.

Таблица 19

Композиционный состав фосфолипидов лецитина

Вид лецитина	Фракции фосфолипидов, %				Ацетон- нераст-воримые вещества
	Фосфа-тидил холин	Фосфа- тидил этаноламин	Фосфа- тидил инозитол	Лизофосфатиды
Стандартный	16	13	10	Менее 1	62
Гидролизо-ванный	8	7	5	Более 13	56–58

Гидролизованные лецитины эффективно действуют и в жесткой воде. Установлено, что показатель устойчивости эмульсии в минерализованной воде при использовании гидролизованного лецитина достигает 91 %, в то время как при применении стандартизированного лецитина он не превышает 34 %. Объясняют этот факт тем, что гидролизованный лецитин содержит гораздо меньшее количество фракции фосфатидилэтаноламина, чувствительной к ионам двухвалентных металлов жесткой воды.

Промышленность выпускает гидролизованные лецитины с различной степенью гидролиза: от 40 до 80 %. Под степенью гидролиза понимают отношение содержания гидролизованного фосфатидилэтаноламина (ФЭ) к общему содержанию ФЭ.

Кроме основной технологической функции эмульгатора, пищевая добавка Е 322 обладает антиоксидантным эффектом. Это действие связано с подавлением реакций автоокисления непредельных органических соединений, прежде всего ненасыщенных жирных кислот в составе липидов. Фосфолипиды проявляют также свойства синергистов антиокислителей.

Максимальная антиоксидантная эффективность пищевой добавки Е 322 достигается при применении комплексных композиций фосфолипидов.

Поверхностная активность фосфолипидов на различных межфазных границах (твердое вещество–жидкость; жидкость–газ и т. д.) обусловливает эффективность их действия в многокомпонентных дисперсных системах, включая структурированные, в которых дефиниции этих добавок сводятся к изменению реологических свойств.

Другим не менее важным отличием фосфолипидов от большинства пищевых эмульгаторов является их способность образовывать липосомы.

Это обеспечивает защиту отдельных пищевых ингредиентов от внешнего воздействия (защита дрожжевых клеток от охлаждения в замороженных мучных полуфабрикатах), сохранение влаги (мороженое), вкусовых веществ (хлеб и бисквиты), снижение точки замерзания продуктов, готовых к употреблению.

Нельзя не учитывать, что лецитин в организме человека полностью расщепляется и усваивается. В отличие от большинства других пищевых добавок фосфолипиды обладают высокой физиологической эффективностью, связанной с уменьшением уровня холестерина в организме человека, улучшением функции центральной нервной системы, печени и торможением процессов старения. Фосфолипиды – физиологически ценные компоненты пищи и их суточное потребление установлено на уровне 5 г. Поэтому фосфолипиды не следует рассматривать только как пищевую добавку с определенными технологическими свойствами.

Эмульсионные системы играют ключевую роль в производстве многих пищевых продуктов. Высокая технологическая эффективность лецитинов предопределила их низкое содержание в рецептурах пищевых изделий (от 0,3 до 1 %) и как следствие невысокое влияние на себестоимость продукции на фоне повышения ее качества.

Рассмотрим основные направления применения пищевой добавки Е 322.

Кондитерская промышленность

Пищевую добавку Е 322 используют в производстве шоколада для эффективного снижения вязкости пищевой системы, в которой присутствуют разные по природе и физико-химическим свойствам ингредиенты (какао-массы, сахар, компоненты молока, какао-масло), влияющие на реологию шоколадной массы.

Дисперсной средой шоколадных масс является масло какао, которое относится к неполярным, гидрофобным веществам и не смачивает поверхность кристаллов сахара, покрытых гидрофильными оболочками. В такую пищевую систему необходимо вводить вещества, обладающие гидрофильными и липофильными свойствами. Поэтому пищевая добавка Е 322 входит во все рецептуры шоколада (горького, молочного, белого).

Эффективность действия лецитина при производстве шоколада принято характеризовать по разжижающей способности и определять по количеству масла какао, которое снижает вязкость шоколадной массы.

В производственных условиях всегда необходимо осуществлять входной контроль каждой партии лецитина для определения его разжижающей способности.

Связано это с колебаниями в содержании различных фракций лецитина. Известно, что такие фракции лецитина как фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин оказывают различное действие на свойства шоколадных масс: первая преимущественно понижает вязкость, а вторая интенсивно влияет на понижение точки текучести.

Пищевую добавку Е 322 вводят, как правило, в процессе конширования. Время введения лецитина является важным параметром и должно быть определено технологом максимально точно. Если пищевая добавка Е 322 введена рано, это может привести к связыванию нежелательных компонентов и они не смогут улетучиться, что отрицательно скажется на вкусе шоколада. При поздних сроках введения может оказаться недостаточно времени для достижения полной гомогенности массы.

Оптимальным эмульгатором для темных сортов шоколада является стандартный лецитин, в значительной степени перекрывающий вкус других компонентов, в том числе лецитинов.

При производстве белого шоколада, в рецептуру которого не входит порошок какао, обычный стандартный лецитин может быть нежелателен с точки зрения цвета и вкуса. В этом случае целесообразно использовать порошковый обезжиренный лецитин, нейтральный по вкусу и не влияющий на цвет белого шоколада.

В бисквитных изделиях пищевую добавку Е 322 используют в дозировке 0,5–1,0 % к массе муки. Для бисквитных полуфабрикатов рекомендуется использовать порошковые лецитины обезжиренные стандартные с высоким содержанием фосфолипидов (например, СОЛЕК Ф). При применении лецитина в бисквитах можно получить следующий эффект:

– повысить дисперсность воздуха в бисквитном тесте;

– повысить устойчивость теста к механическому воздействию;

– получить тонкостенную равномерную пористость в изделии;

– уменьшить количество яйцепродуктов, не ухудшая качество изделия;

– продлить сроки хранения изделий.

При производстве большинства сортов печенья (сахарного и затяжного) используют эмульсии «вода–масло». Качество изделий зависит от размера жировых шариков в эмульсии: чем меньше их размер, тем лучше пористость и структура готового изделия. Поэтому основные требования, предъявляемые к эмульсии, – высокая дисперсность и стабильность при хранении. Эти эффекты можно получить при использовании лецитина.

При производстве песочного печенья наиболее оправдано применение стандартного жидкого лецитина. В сдобном и сахарном печенье также хорошо себя показал порошковый лецитин (например, СОЛЕК М 545). Он улучшает структуру изделий и придает им равномерный цвет. Обезжиренные лецитины целесообразно использовать в печенье с низким содержанием жира, крекерах, галетах. Оптимальные дозировки составляют 0,3–0,5 % к массе муки. Его можно вводить при приготовлении эмульсии, при пластификации жиров или, в случае применения порошкового лецитина, предварительно смешивать с мукой.

К преимуществам использования лецитина в сахарном печенье относят:

– увеличение диспергируемости жира;

– стабилизацию эмульсии при хранении;

– повышение способности к машинной обработке теста;

– улучшение структуры пористости изделий;

– увеличение сроков хранения;

– уменьшение количества жира, сахара, яиц.

Установлено, что пищевая добавка Е 322 увеличивает срок годности и качественные характеристики жевательной резинки. Так, хорошо известные смазывающие свойства лецитина позволяют контролировать налипаемость и адгезионные свойства жевательной резинки в течение технологического процесса, а также при упаковке. С точки зрения потребительских характеристик, лецитины улучшают текстуру, жевательные и вкусовые качества жевательной резинки.

Лецитин может вводиться как в нерастворимую базу жевательной резинки, так и в водорастворимую ее часть. При введении в нерастворимую базу, лецитин рекомендуется добавлять на стадии плавления и смешивания жевательной основы, которая, как правило, составляет от 15 до 25 % от веса конечного продукта. Используемые дозировки от 0,5 до 5,0 % от базы жевательной резинки. В водорастворимую часть жевательной резинки, лецитин можно добавлять вместе с основной массой и вкусовыми добавками. Дозировка от 0,1 до 1,5 % от веса конечного продукта.

Для жевательной резинки обычно рекомендуют порошковые и фракционированные лецитины. Они содержат очень мало или не содержат совсем соевого масла и поэтому почти не придают нежелательного цвета и вкуса конечному продукту.

Использование лецитинов в жевательной резинке способствует мягкости продукта, регулирует адгезионные свойства, снижает нежелательную ломкость, улучшает восприятие и долготу вкуса, повышает упругость и растяжимость, продлевает срок хранения продукта.

Молочная промышленность

В технологических процессах получения сметаны, мороженого, молочных напитков присутствует этап гомогенизации, целью которого является уменьшение размеров жировых шариков, их однородное распределение в рецептурной смеси.

Лецитины при производстве сметаны значительно снижают отделение сыворотки, увеличивают влагоудерживающую способность сгустков. За счет этого улучшается консистенция сметаны, повышается ее «густота», возрастает устойчивость к механическим нагрузкам. Действие пищевой добавки Е 322 начинает проявляться уже на стадии гомогенизации сливок. Показатель эффективности гомогенизации при применении 1 % гидролизованного лецитина увеличивается с 45,4 % (контроль) до 63,5 %, а размер жировых шариков уменьшается с 2,1 до 1,5–1,6 мкм. Лецитин, образуя на жировых шариках оболочки, способствует формированию стойкой мелкодисперсной эмульсии. Кроме жировой фазы лецитин влияет и на белковую фазу сливок, что дает более стабильную консистенцию сметаны на протяжении гарантийного срока годности. Оптимальной дозировкой лецитина в производстве сметаны, при которой достигается эффект и не изменяются вкусовые качества, является 0,8 % к массе сливок.

Хлебопекарная промышленность

Лецитины улучшают показатели качества хлебобулочных изделий. Достигается это за счет повышения диспергированности жира в тесте, равномерного распределения газовых пузырьков и увеличения газоудерживающей способности теста при расстойке и брожении, увеличения удельного объема и пористости изделий.

Внесение пищевой добавки Е 322 при замесе теста усиливается действие пшеничного глютена и укрепляет таким образом клейковину, что приводит к получению более пластичного теста, лучшему его пропеканию и замедлению черствения. Рекомендуемая дозировка Е 322 –0,3–0,8 % к массе муки.

Мясная промышленность

В мясной индустрии применение пищевой добавки Е 322 решает следующие задачи:

– обеспечение равномерного распределения жира, при этом улучшаются органолептические свойства продукта;

– улучшение вкуса за счет эмульгирования жирорастворимых компонентов пряностей, эфирных масел и т. д.;

– снижение концентрации ароматических веществ на поверхности мяса и устранение неравномерного вкусового профиля;

– повышение физиологической ценности продукта, поскольку эмульгированный жир усваивается лучше, чем свободный жир.

В целом, применение лецитинов снижает затраты за счет более рационального использования мясного сырья.

Рекомендуемая дозировка – от 0,25 до 0,4 % к массе сырья.

Использование лецитинов в качестве разделяющих средств и смазок

Для обработки рабочих поверхностей оборудования в пищевой промышленности традиционно используют животные и растительные жиры. В процессе работы это создает ряд проблем:

– жиры и масла приносят в обжариваемый или выпекаемый продукт дополнительные нежелательные калории, что противоречит современным тенденциям здорового питания;

– жиры и масла из смазки являются источником накопления вторичных продуктов окисления;

– компоненты смазки придают пище маслянистую поверхность, что не всегда желательно;

– повышаются технологические издержки;

– увеличивается физический износ оборудования.

Альтернативой традиционному способу является применение для обработки поверхностей пищевой добавки Е 322.

Биполярная природа молекулы лецитина позволяет создавать однородное, разделительное покрытие на границе раздела между рабочей поверхностью (сковородой, противнем и др.) и продуктом, подвергающимся технологической обработке (жарке, выпечке, резке и т. п.). Лецитин, таким образом, облегчает снятие и отделение хлебобулочных и других изделий от форм, противней листов, и т. п. При применении лецитина изменяются границы раздела между продуктом и жарочной поверхностью, поэтому продукт не контактирует с греющей поверхностью и не происходит налипания.

В качестве разделяющего средства, предназначенного для непосредственного нанесения тонким и равномерным слоем на поверхность продукта, используются жидкие лецитины очень низкой вязкости. Примером применения лецитинов в качестве разделительного средства является производство сыра в нарезке. Колеблющаяся температура хранения и высокая влажность отдельных сортов сыра является причиной склеивания продукта в том случае, если ломтики укладывают друг на друга без разделительных слоев. В этой ситуации решением проблемы является напыление лецитинов с низкой вязкостью непосредственно на ломтики сыра. Этот способ достаточно экономичен, расход лецитина составляет 0,5 кг на 260 м², что соответствует 40000 ломтиков сыра.