Пищевые и биологически активные добавки. Учебное пособие

строению и принципу действия они могут сильно различаться. Изменение окраски пищевого продукта при переработке и хранении могут вызывать кислород, окислительно-восстановительные процессы, кислоты и основания, гидролиз, полимеризация или другие химические реакции, а также действие ферментов.

Применяются в производстве мясопродуктов, в частности, при изготовлении колбасных изделий, продуктов переработки фруктов и овощей (консервы, сухофрукты, соки, пульпы, пюре и т.п.), в особенности свежеизмельчённых, предназначенных для дальнейшей переработки, сухих молочных продуктов, яичного порошка, плавленых сыров, вина, сока белого винограда и сахарных сиропов.

Пищевые продукты, окраску которых необходимо стабилизировать, и фиксаторы окраски, применяемые для этого, можно разделить на три группы.

1.В мясоперерабатывающей отрасли фиксаторы окраски необходимы для стабилизации красного окрашивания мясопродуктов. Обработка мяса нитритом или нитратом приводит к образованию нитрозомиоглобина, обеспечивающего нужный цвет и не изменяющегося при хранении, варке и запекании. При добавлении таких восстановителей, как аскорбиновая кислота, её соли

иэфиры, цистеин или ниацин не только ускоряются процессы образования красного окрашивания, но оно усиливается и сохраняется дольше.

2.Растительные пищевые продукты, содержащие хлорофилл, при переработке склонны к вымыванию зелёной окраски. При добавлении к ним небольшого количества ионов меди окраска возвращается. Для сохранения зелёной окраски подвергаемых

термообработке овощей хорошо зарекомендовал себ моно-(орто-)фосфат натрия, поддерживающий оптимальную для сохранения окраски кислотность среды(pH 6,8-7,0). Предпочти-

тельнее использовать для этих целей смесь карбоната магния с фосфатом натрия.

31

3. Ряд растительных продуктов склонны к потемнению (побурению), которое бывает ферментативным и неферментативным.

Ферментативное побурение вызывают вещества коричневого цвета, образующиеся по реакциям, катализируемым ферментами. Чтобы предотвратить ферментативное побурение, необходимо инактивировать или разрушить соответствующие ферменты. Для этого используют:

-добавку ингибиторов ферментов(аскорбиновая кислота, диоксид серы или сульфиты);

-повышение кислотности среды добавкой кислот или ферментацией;

-связывание ионов металлов.

Необходимым условием ферментативной реакции является присутствие кофакторов, роль которых выполняют свободные ионы металлов (Mg, Zn, Са, Fe, Си или Мо). Если ионы перевести

в хелатную форму, растворимые комплексы или другие нереакционноспособные формы, ферменты тоже не будут работать. Эти процессы называют маскировкой(секвестрированием). Подходящими секвестрантами являются лимонная кислота, цитраты, этилендиаминтетрауксусная кислота, различные полимерные фосфаты и винная кислота.

Неферментативным побурением называют целую группу реакций, включающую образование карбонильных полупродуктов, а также полимерных коричневых пигментов. К этой группе принадлежит реакция Майяра, взаимодействие редуцирующих сахаров с аминокислотами.

Диоксид серы, сернистая кислота и её соли предотвращают как ферментативное, так и неферментативное потемнение пищевых продуктов. В отличие от других восстановителей они обладают способностью очень быстро проникать сквозь клеточную мембрану, поэтому действуют более эффективно.

32

В качестве фиксаторов окраски применяются аскорбиновая, изоаскорбиновая кислоты и их соли, лимонная кислота и ее соли, диоксид серы, сульфит натрия, сульфит нитрит натрия, фосфаты натрия, калия кальция, аммония и др.

3.3. Отбеливатели

Отбеливатели (отбеливающие вещества) предотвращают и устраняют нежелательное окрашивание продукта путём химической реакции с его компонентами. По химической природе это окислители или восстановители. Действие окислителей основано на выделении ими активного кислорода или хлора, которые взаимодействуют с нежелательными красящими веществами продукта, превращая их в неокрашенные соединения. Действие восстановителей (диоксида серы, сульфитов) заключается в замедлении процессов ферментативного и неферментативного побурения.

Вещества, являющиеся отбеливателями, проявляют и другое действие. Так, окислители чаще всего(и прежде всего) являются консервантами, а восстановители – антиокислителями.

Применяемые для отбеливания окислители разрушают не только нежелательные красящие вещества, но и другие, в том числе полезные компоненты пищи, в частности, витамины. Кроме того, в результате неконтролируемого взаимодействия окислителей с компонентами пищевого продукта в нем могут образовываться вредные для человека вещества.

Отбеливанию подвергают муку, зерно, крахмал, орехи, бобовые, желатин, рыбные консервы, пресервы и маринады, крабовое мясо, мясо тресковых пород рыб, кишки.

К отбеливателям относятся пероксид водорода, перекись бензоила, диоксид серы, сульфит, пиросульфит натрия и др. Запрещенные отбеливатели в РФ – хлор, диоксид хлора, озон.

33

4. ВЕЩЕСТВА, СПОСОБСТВУЮЩИЕ СОХРАНЕНИЮ КАЧЕСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ПРИ ХРАНЕНИИ

4.1. Консерванты

Консерванты – вещества, продлевающие срок хранения продуктов, они подавляют процессы микробиологической порчи, вызванные бактериями, плесневыми грибами, дрожжами.

В определенных концентрациях консервирующие свойства проявляют поваренная соль, сахар, а также коптильный дым. В современных условиях жизни возникает необходимость длительного хранения продуктов. С этой целью находят применение химические консерванты, добавление небольшого количества которых позволяет задержать или прекратить рост и размножение микроорганизмов, способствуя, таким образом, сохранению продуктов.

К химическим консервантам предъявляются определенные требования. Они должны оказывать эффективное антимикробное действие, не изменять органолептических свойств продукта и быть безвредными для организма.

Антимикробные вещества в одних случаях оказывают бактерицидное действие, т.е. уничтожают, убивают микроорганизмы, а в других – бактериостатическое, т.е. останавливают, замедляют рост и размножение микроорганизмов, не уничтожая их полностью. Химические консерванты проявляют свое действие только тогда, когда они находятся в достаточной концентрации и непосредственно соприкасаются с микробной клеткой. Санитарным законодательством предусмотрены количественные ограничения применения химических консервантов: они должны использоваться в концентрациях, минимальных для достижения технологического эффекта.

Степень воздействия химических консервантов на микробную клетку зависит от химической формы консерванта. Так, наиболее эффективное воздействие оказывают недиссоциированные молекулы. Многие консерванты в нейтральной или слабощелоч-

34

ной среде диссоциированы на ионы. Степень диссоциации увеличивается с повышением кислотности, поэтому консерванты более эффективны в кислых средах. Бензойная, сорбиновая и пропионовая кислоты сами по себе имеют слабокислую реакцию. Снижение рН в среде в ряде случаев достигается добавлением некоторых пищевых кислот, например, лимонной, уксусной, молочной, яблочной или др.

Консервирующие свойства отдельных химических соединений не зависят от величины рН. Это, в частности, касается борной и п-оксибензойной кислот, а также в определенной степени и сернистой кислоты.

Эффективность консервантов зависит от их концентрации в среде. Так, если концентрация вещества низкая, то такие соединения, как органические кислоты, могут даже использоваться микроорганизмами в качестве дополнительного источника углеводов и расщепляться при этом. Таким образом, в определенных количествах антимикробные вещества могут даже способствовать размножению микроорганизмов.

Большинство консервирующих органических веществ практически нерастворимы в воде, в связи с чем они используются в виде солей. Так как микроорганизмы размножаются только в водной фазе, то в ней и должна распределяться основная часть консерванта. В связи с разной антимикробной активностью в некоторых случаях целесообразно использовать консерванты в сочетании. При таком использовании чаще всего антимикробное действие консервантов усиливается. Антимикробное действие также усиливается в присутствии аскорбиновой кислоты.

Спектр антимикробного действия у консервантов различен: нитриты эффективны по отношению к бактериям, сульфиты по отношению к дрожжам, сорбиновая кислота и бензойная угнетают действие бактерий и плесеней, пропионовая кислота и дифенил действуют на дрожжи, плесневые грибы.

35

При производстве продуктов питания используются определенные консерванты:

-масложировая продукция (маргарины, спреды, майонезы, соусы на растительной основе) – сорбиновая кислота и ее соли (Е200, Е201-Е203); бензойная кислота и ее соли(Е210, Е211Е213), лимонная кислота;

-сыры – пропионовая кислота, сорбиновая кислота;

-мясопродукты – нитраты, нитриты, сорбиновая кислота;

-рыбопродукты – нитраты, нитриты, уксусная кислота, сорбиновая и бензойная кислоты;

-овощная продукция – уксусная, сорбиновая, бензойная кислоты;

-фруктовая продукция – диоксид серы, сахароза, уксусная, сорбиновая, бензойная кислоты;

-безалкогольные напитки – диоксид серы, сахароза, уксусная, сорбиновая, бензойная кислоты;

-вино – диоксид серы, сорбиновая кислота;

-кондитерские изделия – сахароза, сорбиновая кислота. Консерванты применяются в сочетании с физическими спо-

собами консервирования (нагревание, сушка). При выборе консерванта руководствуются следующими положениями. Консервант должен:

-иметь широкий спектр действия;

-быть эффективным против всех групп микроорганизмов, содержащихся в данном пищевом продукте;

-предупреждать образование токсинов;

-не оказывать влияния на органолептические свойства про-

дуктов;

-быть дешевым и технологичным (простым в применении). Консервант не должен:

-быть физиологически опасным;

-реагировать с компонентами пищевой системы;

-влиять на микробиологические процессы, предусмотренные при производстве отдельных пищевых продуктов.

36

Срок годности сухих консервантов в соответствии с требованиями Госсанэпиднадзора РФ от1 до 5 лет. Консерванты должны храниться в сухом месте и быть защищены от света и длительного воздействия тепла.

4.2. Антиокислители

Антиокислители (антиоксиданты) предотвращают развитие в продуктах (с высоким содержанием жира) окислительных процессов, как правило, протекающих по свободно-радикальному механизму. Действие большинства антиокислителей обусловлено их способностью образовывать малоактивные радикалы, прерывая тем самым процесс окисления.

Из природных антиокислителей известны токоферолы, которые содержатся в ряде масличных растений. Они хорошо растворимы в маслах, устойчивы к действию высоких температур, их потери при термообработке невелики.

Аскорбиновая кислота и ее соли как антиоксиданты применяются при производстве маргарина, топленых кулинарных жиров. Помимо антиоксидантных свойств аскорбиновая кислота обладает еще и синергетическими свойствами. Производные аскорбиновой кислоты аскорбилпальмитат и аскорбилстеарат являются жирорасторимыми антиоксидантами со свойствами витамина .С Они не влияют на вкус, цвет и запах продукции, но при этом являются неустойчивыми к действию высоких температур.

Из других антиоксидантов используются пропилгаллат, ок- тил-галлат, додецилгаллат. Они применяются в производстве растительных и животных масел, кулинарных жиров, сухого молока, бульонных кубиков, сухих смесей для изготовления тортов, сухих завтраков. Основные синергисты, повышающие антиокислительное действие производных галловой кислоты, – лецитин и лимонная кислота.

Гваяколовая смола применяется для стабилизации животных жиров. Производные фенолов – третбутилгидрохинон и бу

37

тилгидроксианизол применяются для стабилизации растительных масел, кулинарных жиров, топленого сливочного масла, сухого молока. Антиокислительная активность их увеличивается в присутствии производных галловой, лимонной и аскорбиновой кислот.

В качестве антиоксиданта применяется ферментный препарат глюкозооксидаза (Е1102). Антиокислительными свойствами обладают также некоторые пряности и экстракты из них – анис, кардамон, имбирь, укроп, фенхель, красный перец.

Бутилгидрокситолуол (ионол) – синтетический антиокислитель. Он термостабилен, не разрушается при выпечке изделий, при изготовлении конфетных масс, применяется для стабилизации растительных, кулинарных и животных жиров.

Сильными антиоксидантами являются производные флавонов – кверцитин и дигидрокверцитин, действие которых усиливается в присутствии лимонной и аскорбиновой кислоты. Применяют их при изготовлении специальных жиросодержащих продуктов, предназначенных пропитки упаковочных материалов. Дигидрокверцитин рекомендуется в качестве биологически активной добавки к пище.

Некоторые антиокислители в пищевых системах могут выполнять и другие функции. Например, лецитины могут быть использованы в качестве эмульгаторов, соли этилендиаминтетрауксусной кислоты способны образовывать комплексы, что позволяет их использовать для связывания следовых количеств металлов, предупреждать окисление аскорбиновой кислоты в фруктовых соках, применять для осветления вин.

Для предотвращения окислительных процессов применяют также защитную атмосферу. Ее используют при бункерном хранении муки, чая, пряностей, круп, при хранении в потребительской упаковке сыров, охлажденного свежего мяса и мясопродуктов, птицы, рыбы, овощей, фруктов, грибов, орехов, соков, безалкогольных напитков, хлебобулочных изделий (особенно нарезанного хлеба), полуфабрикатов из теста, жировых продуктов, сухих завтраков, макаронных изделий, яиц и др.

38

4.3. Антибиотики

Составляют особую группу добавок, замедляющих порчу продукции. Их обычно применяют для обработки свежих - ско ропортящихся продуктов. Из антибиотиков, добавляемых непосредственно в пищевой продукт, в России разрешено применение низина и пимарицина. Низин эффективен исключительно против грамположительных бактерий, позволяет значительно снизить температуру стерилизации продуктов. Низин применяется в сыроделии, в производстве консервов из овощей и фруктов, для удлинения сроков хранения стерилизованного молока.

Действие пимарицина в основном направлено на подавление жизнедеятельности плесневых грибов и дрожжей. Пимарицин применяется в сыроделии и колбасном производстве для защиты поверхности продукта от плесеней.

Для увеличения сроков хранения охлажденной рыбы и мяса применяется обработка сырья антисептиками – хлоридом кальция, хлорной известью, озоном. Рыбу, например, охлаждают во льду с добавлением в него антибиотика биомицина, что позволяет продлить срок хранения охлажденной рыбы на несколько суток дольше по сравнению с сырьем, для охлаждения которого применяется обычный лед. Остаточное содержание антисептиков и антибиотиков в охлажденном сырье строго ограничено.

5. ВЕЩЕСТВА, ФОРМИРУЮЩИЕ КОНСИСТЕНЦИЮ ПРОДУКТА

5.1. Эмульгаторы

Пищевые дисперсные системы(дисперсии) представляют собой гетерогенные системы из двух или более несмешивающихся фаз с развитой поверхностью раздела между ними. Одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, по объему которой распределена дисперсная фаза в виде мелких твердых частиц, капель или пузырьков. Дисперсные системы с частицами крупнее 10-4 см обычно называют грубодисперсными, частицами

39

от 10-5 до 10-7 см – высокодисперсными, или коллоидными. Системы с газовой дисперсионной средой называют аэрозолями и аэрогелями, с жидкой – эмульсиями и суспензиями, системы с газовой дисперсной фазой – пенами.

В пищевой промышленности чаще всего встречаются эмульсии, состоящие из воды и масла: прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде(типа «масло в воде» - М/В), и обратные, или инвертные (типа «вода в масле» – В/М). Типичный пример прямой пищевой эмульсии– майонез, обратной – маргарин. Изменение состава эмульсии, внешнее воздействие на нее может привести к превращению прямой эмульсии в обратную или наоборот.

Эмульгаторы – пищевые добавки, предназначенные для создания и/или сохранения однородной смеси двух или более несмешивающихся фаз в пищевом продукте. Эмульгаторы обладают поверхностно-активными свойствами, т.е. концентрируясь на поверхности раздела несмешивающихся фаз, снижают межфазное поверхностное натяжение, тем самым стабилизируют коллоидную систему.

Молекулы пищевых эмульгаторов имеют дифильное строение, содержат гидрофильные и гидрофобные атомные группы. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде, гидрофобные (обычно углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению ПАВ в неполярных средах. На границе фаз дифильные молекулы ориентируются энергетически наиболее выгодным образом: гидрофильные группы

– в сторону полярной (обычно водной) фазы, гидрофобные – в сторону неполярной (масляной) фазы. Таким образом, формируется межфазный пограничный слой, благодаря которому снижается поверхностное натяжение и становится возможным или облегчается образование эмульсий. Действие эмульгаторов на этом не заканчивается. Благодаря образованию пространственных и электрических барьеров они дополнительно стабилизируют эмульсии, т. е. предотвращают повторное слипание уже сформировавшихся частичек дисперсной фазы и их повторное расслоение.

40