Пищевые и биологически активные добавки. Учебное пособие-2

Врезультате истечение жидкости из пенной пленки и ее утончение замедляются, а время «жизни» пены увеличивается. Утончению пленок препятствует также избыточное давление, возникающее в тонком слое. Адсорбционный слой ПАВ изменяет структурy поверхности межфазной границы, повышая

еемеханическую прочность.

Вприсутствии пенообразователей первого рода устойчивость пен повышается пропорционально концентрации введенного ПАВ. Однако такие пены быстро разрушаются по мере истечения жидкости из пенных пленок.

Примеры пищевых пен и природа их образования приведены в табл. 8. Если пенообразующим веществом служит яичный белок, то вследствие

развертывания его молекул на границе межфазного раздела наступает поверхностная денатурация. Денатурированный белок повышает стабильность пен.

Одновременно могут образовываться связи между полипептидными цепями с возникновением пространственной двух- и трехмерной структуры в виде сетки, которая благоприятствует повышению стабильности пены.

Таблица 8

Источники образования основных видов пищевых пен

В соответствии с СанПиН 2.3.2.560-96 технологические функции пенообразователя имеют четыре пищевые добавки (табл. 9).

31

Таблица 9

Пищевые пенообразователи

Конденсационный способ получения пен основан на пересыщении раствора газом. К этому способу относится получение пен в результате химических реакций и микробиологических процессов, сопровождающихся выделением газа. Так, в процессе ферментации теста, которая идет по схеме молочнокислого брожения, из глюкозы помимо молочной и янтарной кислот образуются вызывающие пенообразование газы (СО2 + Н2).

При снижении давления и повышении температуры растворимость газа в жидкости снижается. Жидкость вспенивается, из нее может выделяться газ.

Подобный процесс происходит при вскрытии бутылок с игристыми винами, пивом и другими напитками. В отличие от шампанского, лимонада и боржоми, пиво содержит пенообразователи — хмелевые смолы, белки, декстрины и др.

1.3.3. Эмульгаторы

Эмульгаторы — это вещества, уменьшающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Их добавляют к пищевым продуктам для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. В частности, с помощью таких добавок создают эмульсии жира в воде или воды в жире.

Хотя основными функциями эмульгаторов являются образование и поддержание в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз, таких как масло и вода, в отдельных пищевых системах применение этих добавок может быть связано не столько с эмульгированием, сколько с их взаимодействием с другими пищевыми ингредиентами, например белками или крахмалом.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества, в частности камеди, лецитин и др.

32

Некоторые из них сохранили свою популярность, однако наиболее широко в промышленности используют сегодня синтетические эмульгаторы или продукты химической модификации природных веществ.

По химической природе молекулы эмульгаторов, являющихся поверх- ностно-активными веществами, имеют дифильное строение, то есть содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, которые, будучи связанными с неполярным соединительным звеном, отделены друг от друга и располагаются на противоположных концах молекулы. Первые (гидрофильные) обеспечивают растворимость в воде, вторые (гидрофобные) — в неполярных растворителях. Дифильное строение молекул эмульгаторов обуславливает их склонность к формированию ассоциатов в объемной фазе растворителя.

Эффективность эмульгатора можно характеризовать соотношением между гидрофильной и гидрофобной частями молекул ПАВ. Гидрофильные свойства определяются взаимодействием полярных групп с водой. Гидрофобный радикал обусловливает лиофильное взаимодействие между неполярной цепью молекул ПАВ и маслом. Лиофильное взаимодействие радикала ПАВ и масла будет гидрофобным по отношению к воде. Иными словами, в этих условиях радикал ПАВ хорошо взаимодействуют с маслом и плохо — с водой.

Поверхностная активность определяется соотношением между гидрофильной и гидрофобной частями молекул ПАВ. Для короткоцепочечных ПАВ преобладает гидрофильное взаимодействие, в результате которого молекулы втягиваются в воду. Противоположный эффект обнаруживается в случае длинноцепочечных ПАВ. Гидрофобное взаимодействие по отношению к воде и лиофильное — к маслу обусловливают нахождение этих молекул в масле.

Уравновешивание гидрофильного и лиофильного взаимодействий, так называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ), то есть определенное оптимальное соотношение действия воды и масла на молекулы ПАВ, определяет условия образования адсорбционного слоя на границе раздела двух жидкостей.

Поверхностно-активные вещества позволяют регулировать свойства гетерогенных систем, которыми являются пищевое сырье, полуфабрикаты или готовая пищевая продукция. Применяемые в пищевой промышленности ПАВ — это не индивидуальные вещества, а многокомпонентные смеси. Химическое название препарата при этом соответствует лишь его основной части.

Перечень эмульгаторов, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации, приведен в табл. 10.

33

Таблица 10

Пищевые эмульгаторы, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации

34

В зависимости от особенностей состава и свойств пищевой системы, в которую вводится эмульгатор с жирной кислотой в качестве липофильной части, его поверхностная активность может проявляться в различных, главным образом технологических изменениях.

Обобщенно основными технологическими функциями эмульгаторов в пищевых системах являются:

-диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование;

-комплексообразование с крахмалом;

-взаимодействие с белками;

-изменение вязкости;

-модификация кристаллов;

-смачивание и смазывание.

Жирные кислоты и их соли (Е481–Е482) применяют в пищевой промышленности в качестве эмульгаторов. Это олеиновая, стеариновая, пальмитиновая кислоты и их натриевые, калиевые, кальциевые соли. Их добавляют при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий в концентрации до 5 г на 1 кг массы продуктов. ДСП составляет 20 мг на кг массы тела.

35

1.3.4.Эмульгирующие соли

Вотдельный функциональный класс выделены эмульгирующие соли — пищевые добавки, основная технологическая функция которых связана с образованием и стабилизацией дисперсных тем, состоящих из двух или более несмешивающихся фаз. К этому функциональному классу относятся солиплавители и комплексообразователи, применение которых, например при изготовлении плавленых сыров, позволяет предупредить отделение жира благодаря взаимодействию молекул эмульгирующей соли с белками сырной массы.

По химической природе добавки этого функционального класса, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов, представляют собой преимущественно соли фосфорных кислот с щелочными и щелочноземельными металлами, а также соли этих металлов с отдельными органическими кислотами (табл. 11).

Таблица 11

Эмульгирующие соли, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации

36

37

1.3.5. Гелеобразователи

Улучшители консистенции применяют преимущественно в производстве пищевых продуктов, имеющих неустойчивую консистенцию и гомогенную структуру. Такие продукты, как, например, мороженое или мармелад, сыры или колбасы, при использовании указанных пищевых добавок приобретают качественно более высокие показатели.

Перечень гелеобразователей, разрешенных к применению в производстве пищевых продуктов в Российской Федерации, включает свыше 50 добавок

(табл. 7).

Подавляющее большинство гелеобразователей со статусом пищевых добавок относится к классу полисахаридов (гликанов). Исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу.

Гетерогликаны высших растений. Пектины наряду с галактоманнанами (гуаровой камедью и камедью рожкового дерева) являются основными представителями группы гетерогликанов высших растений.

Пектиновые вещества (Е440) — улучшители консистенции: загустители, уплотнители, гелеобразователи, стабилизаторы и эмульгаторы. Эти вещества представляют собой высокомолекулярные полисахариды, входящие в состав клеточных стенок и межклеточных образований совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином. Основными свойствами пектиновых веществ, которые определяют области их применения в пищевой промышленности, являются студнеобразующая и комплексообразующая способности. Студнеобразующая способность пектина зависит от ряда факторов: молекулярной массы, степени этерификации, количества балластных по отношению к пектину веществ, температуры и рН среды, содержания функциональных групп.

Высокоэтерифицированные пектины применяют в качестве студнеобразователя при производстве: кондитерских (мармелад, пастила, зефир, желейные конфеты) и консервированных (желе, джем, конфитюр, фрукты в желе) изделий; стабилизаторов молочных напитков, майонеза, маргарина, аналогов сливочного масла, соусов, мороженого, рыбных консервов; средства, замедляющего очерствение хлебобулочных изделий; загустителя фруктовых соков и киселей.

Кроме того, пектины как растворимые пищевые волокна являются физиологически ценными добавками (функциональными ингредиентами), присутствие которых в продуктах традиционного рациона способствует улучшению состояния здоровья человека.

38

Специфическое физиологическое воздействие растворимых пищевых волокон обусловлено их способностью снижать уровень холестерина в крови, нормализовывать деятельность желудочно-кишечного тракта, связывать и выводить из организма некоторые токсины и тяжелые металлы. Рекомендуемое суточное потребление пектиновых веществ в рационе здорового человека составляет 5–6 г.

Галактоманнаны. Представляют собой гетерогликаны, содержащиеся в семенах стручковых растений и выполняющие функцию предотвращения обезвоживания семян. Коммерческие препараты растительных галактоманнанов получили название камедей. Наиболее распространенными в качестве пищевых добавок этой группы являются галактоманнаны семян двух видов растений — гуара (Cyamopsis tetragonolobus), произрастающего в Индии и Пакистане, и рожкового дерева (Ceratonia siliqua), произрастающего на побережье Средиземного моря.

Камедь рожкового дерева, или цареградского струнка, или цератонии (Е410), получают, используя плоды дерева. Полисахаридная структура образована из длинных линейных цепей, состоящих из молекул D-маннозы с боковой цепью D-галактозы. Распределение боковых цепей галактозы не упорядочено. Соотношение маннозы и галактозы 4 : 2.

Камедь рожкового дерева плохо растворяется и набухает в холодной воде. Для интенсификации процесса гидратации раствор полисахарида нагревают до 63–65 оС. При концентрации 2–3% образуется густая пастообразная масса, но не гель. В пищевой промышленности камедь рожкового дерева применяется в основном в качестве загустителя.

Гуаровая камедь (Е412), используемая в пищевой промышленности, содержит: полисахарид (85%), протеин (4%), сырую клетчатку (1,5%), золу (0,5%), воду (9%). Ее получают из семян циамопсиса. После крахмала и гуммиарабика гуаровая камедь является наиболее распространенным гидроколлоидом при производстве пищевых и кормовых продуктов.

Гуаровая камедь имеет нейтральные вкус и запах, растворяется в холодной воде, образуя вязкие растворы в диапазоне рН 2,5–7,0. Она хорошо совместима с другими гидроколлоидами — ксантаном, каррагинаном. Их совместное применение взаимно усиливает структурообразующие свойства, проявляемые каждым полимером в отдельности. Гуаровую камедь применяют как загуститель при производстве мороженого, соусов, низкожирных продуктов.

39

Камеди вырабатываются также некоторыми видами деревьев, растущих в тропиках и субтропиках. В пищевой промышленности используют камеди трагаканта, гуммиарабика, карайя.

Полисахариды морских растений. Коммерческие препараты этой подгруппы пищевых добавок вырабатываются на основе полисахаридов, выделяемых из красных и бурых морских водорослей. В пищевой промышленности широко используются альгинаты, каррагинаны и агароиды.

Агар-агар, или агар (Е406), является классическим представителем класса загустителей, стабилизаторов и гелеобразуюших веществ. Его получают из морских водорослей Белого моря и Тихого океана. Название этого полимера имеет малайзийское происхождение и означает «желирующий продукт питания из водорослей». Основу агар-агара составляет дисахарид агарозы, молекула которой построена из D-галактозы и 3,6-ангидро-b-галактозы.

Свойства агара зависят от его происхождения. Обычно агар состоит из смеси агароз, различающихся по степени полимеризации; в их состав могут входить разные металлы (калий, натрий, кальций, магний) и присоединяться по месту функциональных групп. В зависимости от соотношения полимеров, вида металлов значительно изменяются свойства агар-агара.

Агар применяют при выработке желейного мармелада, пастилы, зефира, мясных и рыбных студней, желе, пудингов, мороженого, для предотвращения образования кристалликов льда, а также при осветлении соков. В Японии в настоящее время производится более 100 видов агар-агара для получения продуктов с заданной консистенцией.

Альгиновые кислоты и их соли (Е400–Е404) — загустители, стабилизаторы и гелеобразующие вещества, получаемые из бурых водорослей. Они представляют собой полисахариды, состоящие из остатков D-маннуроновой

иL-гиалуроновой кислот. Альгиновые кислоты в воде нерастворимы, но связывают ее. При нейтрализации карбоксильных групп альгиновой кислоты образуются альгинаты, которые растворимы в горячей и холодной воде.

Агароид (черноморский агар) получают из водорослей филлофоры, растущих в Черном море. Основу агароида также составляет агароза. В молекулу агароида входят сульфокислые (22–40% общего числа функциональных групп)

икарбоксильные группы (3–5%), тогда как в молекуле агара их соответственно 2–5 и 20–25% всех функциональных групп. Эти особенности структуры определяют разную студнеобразующую способность, которая у агароида в 2–3 раза ниже, чем у агара. Кроме того, агароид имеет более низкие температуры плав-

40