3. Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов 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 загустителей и гелеобразователей, разрешенных к применению в производстве пищевых продуктов в Российской Федерации, включает свыше 50 добавок (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Пищевые загустители и гелеобразователи, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации

Различают загустители и гелеобразователи натуральные, полусинтетические и синтетические. Натуральные и полусинтетическиеe применяют при производстве пищевых продуктов, синтетические — только в косметических изделиях.

К натуральным загустителям и гелеобразователям относят: растительные камеди и слизи из семян льна и айвы, рожкового дерева, астрагала, аравийской акации; агар, агароид, пектин, желатин, альгинат натрия.

К полусинтетическим – производные натуральных веществ, физико-химические свойства которых изменены в требуемом направлении введением определенных функциональных групп: метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, амилопектин, модифицированные крахмалы.

Подавляющее большинство загустителей и 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 (Е 440) — 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. В понятие "пектиновые вещества" входят гидратопектин (растворимый пектин), протопектин (нерастворимый в воде пектин), пектиновые кислоты и пектинаты, пектовые кислоты и пектаты. Основным структурным признаком пектиновых веществ являются линейные молекулы полигалактуроновой кислоты, в которой мономерные звенья связаны α-1,4-гликозидной связью.

Основными свойствами пектиновых веществ, которые определяют области их применения в пищевой промышленности, являются студнеобразующая и комплексообразующая способность. 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 черствение хлебобулочных изделий; загустителя фруктовых соков и киселей.

Амидированный пектин проверен Объединенным комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам. Результаты долгосрочных исследований на крысах не указывают на канцерогенность этого вещества. Исследования тератогенного действия также показали отсутствие неблагоприятных последствий. Для амидированного пектина, у которого часть свободных карбоксильных групп превращена в амиды, установлена величина ДСП на уровне 25 мг на 1 кг массы тела.

Молекулы высокоэтерифицированных пектинов могут образовывать пектинпротеиновые комплексы. При рН 4,0 — 4,2 они вступают во взаимодействие с молекулами казеина молока, что приводит к изменению общего заряда белковых молекул и обеспечивает их физическую стабильность в кислой среде.

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

Специфическое физиологическое воздействие растворимых пищевых волокон обусловлено их способностью снижать уровень холестерина в крови, нормализовывать деятельность желудочнокишечного 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 (Cyamopsistetragonolobus), произрастающего в Индии и Пакистане, и рожкового дерева (Ceratonia siligua), произрастающего на побережье Средиземного моря.

Камедь рожкового дерева, или цареградского струнка, 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 "С. 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 (Е 412), используемая в пищевой промышленности, содержит (%): полисахарида 85, протеина 4, сырой клетчатки 1,5, золы 0,5, воды 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.

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 (Е 406), 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 агароза, 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 (Е 400—Е 404) — загустители, стабилизаторы и гелеобразующие вещества, получаемые из бурых водорослей. Они представляют собой полисахариды, состоящие из остатков D-маннуроновой и L-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 филлофлоры, растущих в Черном море. Основу агароида также составляет агароза. В молекулу агароида входят сульфокислые группы (22 — 40% общего числа функциональных групп) и карбоксильные (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 плавления и застудневания, меньшую химическую устойчивость. В пищевой промышленности агароид находит аналогичное агару применение.

К агару и агароиду по химической природе близок фурцеллеран (датский агар) — полисахарид, получаемый из морской водоросли фурцелларии. По способности к студнеобразованию он занимает промежуточное положение между агаром и агароидом и применяется при производстве мармелада, желейных конфет, ароматизированных молочных напитков и пудингов. Объединенным комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам определена ДСП фурцеллерана до 75 мг на 1 кг массы тела.

Каррагинан (Е 407) по химической природе близок к агару и агароиду. Название его происходит от названия ирландского города Каррик. Также его называют "ирландским мхом". Каррагинан входит в состав красных водорослей, его структура гетерогенна. Различают несколько типов идеальных каррагинанов, обозначаемых греческими буквами "ламбда", "кси", "каппа", "йота", "мю" и "ню". Вид водоросли влияет на тип получаемого из него каррагинана. Их структурообразующие свойства, так же как и растворимость в воде, зависят от фракционного состава каррагинанов. Например, очень гидрофильный Х-каррагинан, макромолекулы которого могут находиться друг от друга на значительном расстоянии, препятствующем образованию связей, является только загустителем. Макромолекулы к- и i-каррагинанов, растворяющиеся при повышенной температуре, и после охлаждения образуют зоны сцепления, которые характерны для структурной сетки геля, проявляя свойства студнеобразователей.

Каррагинаны не расщепляются ферментами в желудочно-кишечном тракте и могут применяться в низкокалорийных продуктах. Каррагинан используется как структурообразователь при производстве плавленых сыров, сгущенного молока, соусов, желе, муссов, халварина.

По рекомендации Объединенного комитета экспертов ФАО/ ВОЗ по пищевым добавкам ДСП до 75 мг на 1 кг массы тела. Промышленное применение находят не только каррагинан, но и его натриевая, калиевая и аммонийная соли.

Хитозан. Это вещество является производным природного целлюлозоподобного биополимера, относящегося к классу полисахаридов, – хитина. Хитин, так же как и целлюлоза, широко распространен в природе, в частности входит в состав опорных тканей и внешнего скелета ракообразных, насекомых, микроорганизмов. Содержание хитина, например, в панцире краба составляет 25,9%, креветки — до 32,4, а тутового шелкопряда - 44,2 %. Нативный хитин может быть в виде α-, β- и γ-форм, которые различаются пространственным расположением цепей молекул и присутствием связанной воды. Самой стабильной и широко распространенной в природе является хитин γ-формы.

Полисахариды микробиологического происхождения. Многие виды микроорганизмов в процессе жизнедеятельности выделяют камеди, состоящие в основном из полисахаридов. К ним относятся ксантан и геллан.

Желатин. Это практически единственный гелеобразователь белковой природы, который широко используется в пищевой промышленности. Желатин — белковый продукт, представляющий собой смесь линейных полипептидов с различной молекулярной массой (от 50 до 70 тыс.) и их агрегатов с молекулярной массой до 300 тыс.

Желатин не имеет вкуса и запаха, хорошо растворяется в горячей воде, а при охлаждении водные растворы образуют гели. Физические свойства гелей различны и зависят от концентрации белка, молекулярной массы полипептидных цепей, температуры, присутствия солей и других реагентов. Прочность и жесткость гелей из желатина пропорциональны концентрации белков и увеличиваются с ростом молекулярной массы полипептидов. Максимальная прочность геля проявляется в основном при рН 5—10 или в присутствии сульфата натрия. Желатин чувствителен к гидролизу протеолитическими ферментами. По этой причине его нельзя применять в сочетании с такими продуктами, как ананасы или папайя, содержащими протеазы бромелин и папаин.

Для отечественной пищевой промышленности желатин выпускают трех марок (13, 11, 10), различающихся по качеству. Лучшим является желатин марки 13. Наличие в желатине солей тяжелых металлов, посторонних примесей не допускается.

Наиболее интересным свойством желатина является образование термически обратимых гелей. В противоположность полисахаридам преобразование желатина не зависит от рН и не требует присутствия других реагентов, например Сахаров, солей или двухвалентных катионов.

В пищевой промышленности желатин используют как загуститель, добавляя его в различные композиции в количестве 1,5 — 2,2 %. В частности, желатин используют для стабилизации структуры мясных и рыбных продуктов. В производстве мороженого применяют 0,2 —0,5%-ные растворы желатина для придания гладкости и регулирования размеров кристаллов льда. загуститель гелеобразователь подсластитель антиокислитель

Желатин — естественный компонент пищевых продуктов, поэтому ограничений по его применению нет. Однако следует учитывать, что продукты, содержащие желатин, могут иметь посторонний, не свойственный им привкус. Кроме того, они в большей степени подвержены микробиологической порче.

Казеин. Известно, что белки молока представлены в основном казеином (80 — 83 %) и сывороточными белками. Казеин получают путем осаждения из обезжиренного молока при изоэлектрической точке (рН 4,6) и температуре 20 °С. В зависимости от вида осадителей выпускают солянокислый, молочнокислый, хлорокаль-циевый и другие виды казеина, различающиеся функциональными свойствами. Однако все виды казеина способны образовывать гели. В пищевой технологии казеин используют как эмульгатор и загуститель для производства майонезных соусов и кондитерских желейных изделий.