Лекции по "Пищевым добавкам, используемым в молочной промышленности"

Агар-агар получают из красных морских водорослей (Gracilaria, Gelidium,Ahnfeltia),произрастающих в  Белом море, Тихом и Атлантическом океанах. В зависимости от вида водорослей состав выделенных полисахаридов может изменяться. Агар незначительно растворяется в холодной воде, но набухает в ней. В горячей воде он образует коллоидный раствор, который при охлаждении дает хороший прочный гель, обладающий стекловидным изломом. У агара этот процесс осуществляется за счет образования двойных спиралей и их ассоциации независимо от содержания катионов, сахара или кислоты. Гелеобразующая способность агара в 10 раз выше, чем у желатина. При нагревании в присутствии кислоты способность к гелеобразованию снижается. Гели стабильны при рН более 4,5 и термообратимы.

Каррагинаны (Е407) объединяют семейство полисахаридов (известное также под названием ирландский мох), содержащихся, наряду с агаром в красных морских водорослях Chondrus Crispis, Eucheuma Species, Gigartina Species и др. По химической природе каррагинаны близки к агароидам и представляют собой неразветвленные сульфатированные гетерогликаны, молекулы которых построены из остатков производных D-галактопиранозы со строгим чередованием α-(1,3)- и β-(1,4)-связей между ними, т. е. из повторяющихся дисахаридных звеньев, включающих остатки (β-D-галактопиранозы и 3,6-ангидро-α-D-галактопиранозы. В зависимости от особенностей строения дисахаридных повторяющихся звеньев различают три основных типа каррагинанов, для обозначения которых используют буквы греческого алфавита [1,2,3].

Технологический процесс получения каррагинанов основан на их экстракции горячей водой с последующим выделением из раствора. В промышленности используют два способа выделения:

а) через  гелеобразование в среде с  хлоридом калия - для выделения гелеобразующих каррагинанов;

б) осаждением из спирта — при выделении смеси  всех трех типов.

Основные свойства каррагинанов представлены в таблице 9.

Таблица 9

Свойства  каррагинатов

Среда	Тип каррагинатов
	каппа	иота	лямда
1	2	3	4
Растворимость
Вода, 80 оС	Да	Да	Да
Вода, 20 оС	Na – соль K-, Ca- и NH4-соли набухают	Na – соль Ca- соль набухает с образованием тиксотропной дисперсии	Да Да
Молоко, 80 оС	Да	Да	Да
Молоко, 20 оС	Нет	нет	Загущает
50%-ный раствор сахара	При нагревании	Нет	Да
50%-ный раствор соли           горячий           холодный	Набухает  Нет	Набухает  Нет	Да  Да
Гелеобразование
Прочные гели	С ионами К	С ионами Са	Нет
Текстура геля	Хрупкий	Эластичный	-
Синерезис	Да	Нет	Нет
Стабильность при замораживании/оттаивании	Нет	Да	Да

 

Окончание табл. 9

 

1	2	3	4
Взаимодействие с белками молока	Хрупкий гель	Эластичный гель	Слабый гель
Стабильность гелей в кислой среде	Устойчив выше рН 3,8	Устойчив выше рН 3,8	Не применяется

 

 Из  таблицы видно, что все три  вида каррагинанов растворимы  в горячей воде, а в виде  натриевых солей они растворимы  и в холодной воде с образованием вязких растворов. κ- и τ-каррагинаны являются гелеобразователями, а λ-тип - загустителем. Растворы гелеобразующих каррагинанов становятся твердыми и образуют гели при температуре ниже 49 – 55^оС. Эти гели устойчивы при комнатной температуре, но могут быть вновь расплавлены при нагревании до температуры, превышающей температуру гелеобразования на 5 – 10 ^оС . При охлаждении такого расплава вновь образуется гель.

Ксантановая камедь или камедь кукурузного сахара (Е415) представляет собой смесь полисахаридов, образующихся как вторичные метаболиты при аэробной ферментации сахаров (например, кукурузного сиропа) бактериями Xanthomonas campestris. По химической природе это гетерополисахарид с молекулярной массой от одного до нескольких миллионов, молекулы которого формируются из трех типов моносахаридов: (β-D-глюкозы, α-D-маннозы и α-D-глюкуроновой кислоты при их соотношении 2:2:1.

 

 

3.1.6. Желатин

Желатин является практически единственным гелеобразователем белковой природы, который широко используется в пищевой промышленности. Желатин - белковый продукт, представляющий смесь линейных полипептидов с различной молекулярной массой (50000 - 70000) и их агрегатов с молекулярной массой до 300000, не имеет вкуса и запаха. Аминокислотный состав желатина включает до 18 аминокислот, в том числе глицин (26 -31%), пролин (15 - 18%), гидроксипролин (13 - 15%), глутаминовую кислоту (11 - 12%), аспарагиновую кислоту (6 - 7%), аланин (8 - 11%) и аргинин (8 - 9%).

Электрокинетические свойства желатина в растворе, в  том числе изоэлектрическая точка, определяются пятью электроактивными аминокислотами. В молекулах желатина основными функциональными группами, несущими заряд, являются:

-СООН-группы  аспарагиновой и глутаминовой  кислот;

-NH₂ -группы лизина и гидроксилизина;

-NH-C- NH₂,-группы аргинина.

         ﺍﺍ

          NH

На их долю приходится более 95% всех ионизированных групп желатина.

Желатин получают из коллагена, содержащегося  в костях, хрящах и сухожилиях животных. Технологический процесс основан на кислотной или щелочной экстракции, в процессе которой нерастворимый коллаген превращается в растворимый желатин, с последующим выделением продукта известными технологическими приемами, предусматриваюми его очистку, высушивание и стандартизацию. В коллагене 35% кислотных групп находится в амидированной форме, которая преобразуется в кислотную в процессе щелочной обработки. Поэтому изоэлектрическая точка желатина варьирует между 9,4 (для амидированной формы) и 4,8 (для карбоксильной формы).

Желатин растворяется в воде, молоке, растворах  солей и сахара при температуре выше 40°С. Растворы желатина имеют низкую вязкость, которая зависит от рН и минимальна в изоэлектрической точке. При охлаждении водного раствора желатина происходит повышение вязкости с переходом в состояние геля. Это так называемый золь-гель-переход. Условиями образования геля являются достаточно высокая концентрация желатина и соответствующая температура, которая должна быть ниже точки затвердевания (примерно 30°С).

При охлаждении сегменты, богатые аминокислотами различных  полипептидных цепей, принимают спиральную конфигурацию. Водородные связи с участием или без участия молекул воды стабилизируют образовавшуюся структуру. Эти связи распределены по всей длине цепи, что объясняет уникальные свойства желатиновых гелей.

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

 

 

3.2. ЭМУЛЬГАТОРЫ

В эту  группу пищевых добавок входят вещества, которые, будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более несмешивающихся веществ.

Строго  говоря, термины «эмульгатор» или  «эмульгирующий агент» подразумевают химическое вещество, способное (при растворении или диспергировании в жидкости) образовывать и стабилизировать эмульсию, что достигается благодаря его способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение. Такая способность связана с поверхностно-активными свойствами, поэтому применительно к рассматриваемой группе пищевых добавок термины эмульгатор, эмульгирующий агент и поверхностно-активное вещество (ПАВ) могут рассматриваться как синонимы.

Хотя  основными функциями эмульгаторов являются образование и поддержание в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз, таких как масло и вода, в других пищевых системах применение этих добавок может быть связано не столько с эмульгированием, сколько с их взаимодействием с такими пищевыми ингредиентами, как белки, крахмал и др.

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

Некоторые из них сохранили свою популярность, однако наиболее широко в промышленности используются сегодня синтетические эмульгаторы или продукты химической модификации природных веществ, промышленное производство которых начало развиваться в 20-е гг. XX в.

По химической природе молекулы классических эмульгаторов, являющихся поверхностно-активными веществами, имеют дифильное строение, то есть содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, которые, будучи связанными с неполярным соединительным звеном (основанием), 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 обусловливает их склонность к формированию ассоциатов в объемной фазе растворителя, называемых мицеллами.

В зависимости  от особенностей строения молекулы эмульгатора, которые будут проявляться в  соотношении между гидрофильными  свойствами полярной группы и липофильными свойствами неполярной части молекулы ПАВ, могут образовываться как классические мицеллы в воде, так и обращенные мицеллы в неполярных растворителях (маслах и жирах).

 

 

3.2.1. Классификация эмульгаторов 

Известно  несколько способов классификации  эмульгаторов по различным признакам.

В анионных (анионактивных) эмульгаторах гидрофильными  группами могут являться ионные формы карбоксильных и сульфонильных групп, в катионактивных  -  ионные формы соединений аммония с третичным или четвертичным атомом азота (третичные или четвертичные аммониевые основания и соли), в неионогенных эмульгаторах - гидроксильные и кетогруппы, эфирные группировки и др. В цвиттер-ионных эмульгаторах роль гидрофильных групп выполняют ионные группировки, имеющие одновременно и положительный, и отрицательный заряды. Например, в молекуле лецитина гидрофильная группировка состоит из отрицательно заряженного остатка фосфорной кислоты и катионной группы четвертичного аммониевого основания холина.

Основные  виды пищевых эмульгаторов - неионогенные ПАВ. К. исключениям относится цвиттерионный лецитин и анионактивные лактилаты.

По химической природе это производные одноатомных  и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения.

Обычно  ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, являются не индивидуальными веществами, а многокомпонентными смесями и выпускаются под фирменными наименованиями. Химическое название препарата при этом соответствует лишь основной части продукта.

В зависимости  от особенностей химической природы  эмульгатора, а также специфики пищевой системы, в которую он вводится, некоторые из представителей этого функционального класса пищевых добавок могут иметь смежные технологические функции, например, функции стабилизаторов или антиоксидантов.

Общим свойством, объединяющим эмульгаторы и отличающим их от пищевых добавок других классов, является поверхностная активность. В зависимости от особенностей состава и свойств пищевой системы, в которую преднамеренно вводится эмульгатор, 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;

- солюбилизация;

-комплексообразование  с крахмалом;

-взаимодействие  с белками;

-изменение  вязкости; 

-модификация  кристаллов;

-смачивание  и смазывание.

 

3.2.2. Основные группы пищевых  ПАВ

Моно-, диацилглицерины  и их производные (Е471, Е472а - g). Они являются наиболее известной группой эмульгаторов, промышленное производство которых началось в 20-е гг. XX в. Сегодня их доля в общем потреблении пищевых эмульгаторов составляет около 60%

В группу пищевых добавок глицеридной  природы входят неполные ацилглицерины (глицериды), получаемые в промышленности глицеролизом жиров и масел или  этерификацией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами, а также продукты их этерификации по первичной гидроксильной группе пищевыми низкомолекулярными кислотами -  уксусной, молочной, винной, диацетилвинной, лимонной.

Известны  различные типы моноглицеридов, которые, в зависимости от вида исходного  жирового сырья и технологии получения, могут содержать от 40 до 60% фракции моноэфира в смеси с ди- (34-50%) и триглицеридами (3,5-10%) со значениями йодного числа от 1 до 100% йода и температурой плавления от 40 до 70 ^оС.

В качестве пищевых добавок разрешены 7 сложноэфирных  модификаций неполных ациллглицеридов: