Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов

Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов

К этой группе пищевых добавок отнесены вещества, меняющие ре-ологические свойства пищевых продуктов (консистенцию): загустители, желе- и студнеобразователи, пищевые ПАВ, ста-билизаторы физического состояния пище-вых продуктов, разрыхлители. Химичес-кая природа пищевых добавок, отнесен-ных к этой группе, достаточно разно-образна. Среди них имеются продукты природного происхождения и полученные искусственным путем, в том числе химическим синтезом. Они включают как смеси, так и индивидуальные соединения.

Загустители,  желе- и студнеобразо-ватели. Эта большая группа пищевых добавок используется в пищевой промыш-ленности для получения коллоидных растворов повышенной вязкости (загусти-тели), студней - поликомпонентных нете-кущих систем, включающих высокомоле-кулярный компонент и низкомолекуляр-ный растворитель (студнеобразователи), и гелей - структурированных коллоидных систем. Среди них необходимо отметить натуральные пищевые добавки: желатин, пектин, альгинат натрия, агароиды, крах-мал, растительные камеди и вещества, получаемые искусственно, в том числе из природных объектов: метилцеллюлоза, амилопектин, модифицированные крахмалы.

Желатин (Е 441) - белковый продукт, представляющий смесь полипептидов с различной (50-70 тыс.) молекулярной массой и их агрегатов, не имеет вкуса и запаха. Желатин получают из костей, хрящей, сухожилий животных. Он растворяется в горячей воде, при охлаждении водные растворы образуют студни. Желатин применяют при изготовлении зельца, желе (фруктовых и рыбных), мороженого, в кулинарии.

Крахмал и  модифицированные крахмалы. Крахмал, его фракции (амилопектин), продукты частичного гидролиза - декстрины и модифицированные крахмалы (Е 1400 - Е 1405), при воздействии на крахмал окисляющими реагентами (перманганат калия, гипохлорид кальция) гидролизуются гликозидные связи, в результате ОН^– группы окисляются в карбонильные группы, в дальнейшем они превращаются в карбоксильные группы. Они применяются в качестве загустителей, студнеобразователей и желирующих веществ в кондитерской, хлебопекарной промышленности, при производстве мороженого. Из модифицированных крахмалов добавляют в пшеничный хлеб только окисленный и диальдегидный.

Пектиновые  вещества (Е 440). Студнеобразующая способность пектина зависит от его молекулярной массы (степени полимеризации), количества метильных групп, входящих в состав его молекул (степень метоксилирования), и содержания свободных карбоксильных групп, замещения их металлами. В зависимости от степени этерификации карбоксильных групп различают высоко- и низкоэтерифицированные пектины, которые получают из исходного сырья кислотной, щелочной экстракцией или ферментативным расщеплением. Пектины различной природы значительно отличаются по студнеобразующей способности. Пектины лучшего качества получают из корок цитрусовых и яблок, более низкого - из свекловичного жома - отходов сахарного производства. Пектин образует прочный студень только в присутствии сахара и кислоты. Их соотношения могут быть разными. В водных растворах происходит диссоциация карбоксильных групп, содержащихся в его молекуле, и она превращается в макроанион. Кислая среда препятствует диссоциации карбоксильных групп в пектине, снижает электростатическое отталкивание его молекул. Присутствие сахара уменьшает гидратацию пектина и способствует соединению его молекул друг с другом при образовании структуры студня. В образовании структурного каркаса студня, а следовательно, геля значительная роль принадлежит водородным связям.

Высокоэтерифицированные пектины применяют в кондитерской промышленности (мармелад, желе), в производстве фруктовых соков, мороженого, рыбных консервов, майонеза. Низкоэтерифицированные - в производстве овощных желе, паштетах, студнях.

Агар-агар и другие агароиды (Е 406) получают из морских водорослей, произрастающих в Белом море и в морях Тихого океана. Они различаются по свойствам в зависимости от происхож-дения, плохо растворяются в холодной воде, но набухают в ней. В горячей воде образуют коллоидный раствор, который при остывании дает хороший прочный студень, обладающий стекловидным изло-мом. Агар-агар применяют в кондитер-ской промышленности при производстве желейного мармелада, пастилы, зефира, при получении мясных и рыбных студней, желе, пудингов, при приготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристаллов льда.

Агароид (черноморский агар) получают из водорослей филлофоры, растущих в Черном море. Студнеобразующая способ-ность в 2-3 раза ниже, чем у агар-агара.

По  химической природе к агару и агар-оиду близок фурцеларан - полисахарид, получаемый из морской водоросли фурцелларии. По способности к студне-образованию он занимает промежуточное  положение между рассмотренными ран-нее агарами и агароидами. Применяют при производстве мармелада и желейных конфет.

Альгиновые кислоты и альгинаты (натрия, калия, кальция) (Е 400-405) - полисахариды, состоящие из остатков D-маннуроновых и L-гулуроновой кислот, связанных по положениям 1-4, и их соли. Получают их из бурых водорослей. Альгиновые кислоты в воде не растворяются, но связывают ее, алгинаты хорошо растворимы в воде. Используют в качестве загустителей, желирующих веществ и эмульгаторов. Применяют для изготовления мармелада, фруктовых желе и конфет. Ниже приведена структурная формула альгиновой кислоты:

Простые эфиры  целлюлозы (Е 461-Е 465) - метиловые (метилцеллюлоза) и этиловые (этилцеллюлоза) - применяют при изготовлении мороженого, в производстве кондитерских изделий, соусов.

В качестве желирующих веществ могут быть использованы и другие продукты, в том числе фосфолипиды, например, лецитины яиц.

Пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ), к ним относятся группы веществ, которые снижают поверхностное натяжение. Это позволяет использовать их для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. Обычно молекулы ПАВ имеют дифильное строение, т.е. содержат гидрофильные и гидрофобные группы. Гидрофильные обеспечивают растворимость в воде, гидрофобные - в неполярных растворителях. Соответствующим образом они располагаются на поверхности раздела фаз. Их основные физико-химические, а отсюда и технологические свойства зависят от химического строения и соотношения молекулярных масс гидрофильных и гидрофобных групп. По типу гидрофильных групп различают ионные и неионные поверхностно-активные вещества. Первые диссоциируют на ионы, одни из которых поверхностно-активны, другие (противоионы) - нет. В зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона их делят на ионные, катионные и амфотерные. Молекулы неионных ПАВ не диссоциируют в растворе.

С помощью ПАВ можно регулировать свойства гетерогенных систем, которыми являются пищевое сырье, полупродукты и готовые продукты.

В настоящее время во многих странах  производят тысячи тонн пищевых ПАВ. Основные пищевые ПАВ - это произ-водные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, струк-турными компонентами которых явля-ются остатки кислот различного строения. Обычно ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, не являются индиви-дуальными веществами, это многокомпо-нентные смеси. Название препарата соответствует лишь основному продукту. ПАВ нашли применение практически во всех отраслях пищевой промышленности. Рассмотрим основные группы пищевых ПАВ.

Моно-, диацилглицерины (моно-, диглицериды) и их производные полу-чают гидролизом ацилглицеринов или этерификацией глицерина высокомо-лекулярными жирными кислотами; к ним может быть отнесен и эмульгатор Т-1, являющийся смесью из двух ацилгли-церинов. Применение моно- и диглице-ринов в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс очерствения, в макаронной промышленности позволяет механизировать процесс, повышает качес-тво, снижает клейкость макаронных изде-лий, в маргарине повышает пластические свойства. Нашли применение и произ-водные моноглицеридов, этерифициро-ванные карбоновыми кислотами. Эти продукты используют в хлебопечении, кондитерской и сахарной отраслях промышленности, при производстве мороженого.

Фосфолипиды как природного, так и синтетического происхождения применяют в хлебопекарной, кондитерской, маргариновой отраслях промышленности. Природные фосфолипиды (фосфатиды, фосфатидный концентрат) получают из растительных масел при их гидратации. Они содержат до 60 % фосфолипидов, в состав которых входят до 25 % фосфатидилхолинов (лецитины), до 25 % фосфатидилэтаноламинов (кефалин), 16-17 % дифосфатидилглицеринов, а также 5-10 % фосфатидных кислот, до 15 % фосфатидилсеринов, токоферолы, пигменты и т. д., а также до 40 % триацилглицеринов. Их применяют при производстве хлеба, мучных кондитерских изделий, шоколада, напитков, мороженого. Синтетические фосфолипиды, применяемые в пищевой промышленности, по своему составу отличаются от природных отсутствием в их молекулах азотистых оснований, они представляют собой сложную смесь аммониевых или натриевых солей различных фосфатидных кислот с триглицеридами. Их применение в шоколадном производстве позволяет экономить масло-какао, в маргариновой - получать низкожирные маргарины с содержанием жировой фазы до 40-50 %. В производстве маргарина применяют эмульгатор Т-Ф - смесь эмульгатора Т-1 и фосфатидных концентратов (3:1).

Эфиры полиглицерина (Е 476) - соединения, представляющие собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином. Кроме того, эти продукты содержат свободные полиглицерины, некоторое количество моно-, ди-, триглицеридов. Применяют в хлебопекарной, кондитерской и маргариновой отраслях промышленности.

 Полиглицерин или полиглицерол

 

Эфиры сахарозы (Е 473) по составу представляют собой сложные эфиры органических природных кислот с сахарозой. Спектр применения этих соединений очень широкий - кондитерские изделия, хлебопечение, производство мороженого.

 

Здесь , Х₁, Х₂, Х₃ – природные органические кислоты

 

Эфиры сорбита (Е 491) - это соединения, представляющие собой сложные эфиры шестиатомного спирта сорбита и природных кислот. Эти эфиры и многие другие нашли применение почти во всех отраслях пищевой промышленности.

 Сорбит

Производные молочной кислоты с высшими жирными  кислотами. К ним относится стероилмолочная кислота и её соли (натрийстелат и кальцийстелат) (Е481-482).

Натрийстелат

Кроме перечисленных веществ имеются  еще и стабилизаторы, разрыхлители, вещества, препятствующие слеживанию, комкованию и другие. Иногда одна пищевая добавка одновременно служит разрыхлителем, стабилизатором, загустителем или выполняет какую-либо другую функцию.

 

Вещества, усиливающие аромат (ароматизаторы)

  Ароматизаторы - вещества, усиливающие вкус и аромат, вносятся в пищевые продукты с целью улучшения их органолептических свойств. Их условно можно разделить на природные и вещества, имитирующие природные. Первые выделяют из фруктов, овощей и растений в виде соков, эссенций или концентратов, вторые получают синтетическим и нетрадиционным путем. Химическая природа ароматизаторов также различна. Они могут включать большое число компонентов. Среди них эфирные масла, альдегиды, спирты, сложные эфиры и т. д.

Механизм приема запаха

Органы  обоняния всех животных, даже человека, гораздо чувствительнее, чем вкусовые органы. Поэтому запах является определяющей характеристикой вкусовых качеств  пищи. Любое вещество обладает тем  или иным запахом только в том  случае, если оно способно возбуждать обонятельные нервные окончания  в носу. У человека эти нервные  окончания расположены в желто-коричневом эпителии на площади около 5 см². Молекулы переносятся к нервным окончаниям вихревыми (не направленными) потоками воздуха; исключением из этого правила может быть только намеренное дыхание через нос.

В восприятии запаха участвует около 50 млн. рецепторов обонятельного эпителия, которые представляют собой оголенные  нервные окончания. Этим обоняние отличается от всех других чувств (за исключением  ощущения боли), в которых в качестве буфера между внешним миром и нервной системой используется тот или иной механизм преобразования сигнала. При обонянии, напротив, нервная система находится в непосредственном контакте с внешним миром; в сущности, головной мозг имеет прямой выход в органы обоняния, т.е. в нос. Этот факт говорит о том, что обоняние является одним из самых древних и примитивных чувств. Кроме того, обоняние тесно связано (по меньшей мере в смысле пространственной близости центров переработки сигналов) с одним из наиболее примитивных отделов мозга - лимбической (limbus – лат. крайный) системой, центром управления эмоциями. Этим можно объяснить мощное, часто подсознательное влияние запахов на состояние человека.

Молекулы, обладающие запахом, называют одоривекторами, одорифорами или осмофорами (от английского или греческого слова, означающего "запах"). Однако взаимосвязь между их молекулярной структурой и вызываемым ими ощущением не вполне ясна. Понятно, что осмофор должен быть летучим, иначе он просто никогда не доберется до носа. Вторым требованием, предъявляемым к осмофору, является хотя бы небольшая растворимость в воде; в противном случае он не будет растворяться в слизи, которая представляет собой водный раствор белков и углеводов, выделяемый клетками обонятельного эпителия, и которая покрывает нервные окончания. Это требование, однако, не столь очевидно, потому что органические молекулы слизи могут обладать поверхностно-активными свойствами и переносить нерастворимые молекулы через водный раствор к рецепторам. Осмофор должен также, вероятно, взаимодействовать с белковой молекулой, находящейся в обонятельных нервных окончаниях, изменять ее форму и таким образом стимулировать подачу сигнала от нервной клетки в головной мозг.

По-видимому, механизм взаимодей-ствия осмофора с белком нервного окончания основан на модели замка и ключа, т. е. к данному белку может присоединиться только молекула опреде-ленной формы, причем эта форма в некоторых отношениях должна соответ-ствовать форме белкового рецептора. Проверка и дальнейшее развитие этой гипотезы затруднены тем обстоятель-ством, что существует очень много различных запахов и соответствующих белковых замков-рецепторов. Известно 30 различных типов аносмии - частичной потери обоняния; отсюда следует, что в обонятельном эпителии существует не менее 30 различных рецепторов. Для инициирования соответствующего сигнала достаточно, чтобы форме рецептора отвечала только часть молекулы осмофора; более того, если молекула осмофора достаточно гибка, она может взаимодействовать с несколькими рецепторами, вызывая ощущение смешанного запаха.

Едкий и гнилостный запахи менее специфичны, чем другие; ощущение этих запахов может передаваться с помощью клеток, отличных от описанных выше. Дело в том, что в обонятельном эпителии среди выделяющих слизь находятся и другие клетки, которые являются частью системы, отвечающей за иннервацию лица (тройничный нерв). Высказывалось предположение, что молекулы, ответ-ственные за едкий и гнилостный запахи, проникают в эти клетки, взаимодействуют с их белками и стимулируют передачу соответствующего сигнала. Таким образом, не исключено, что существуют два типа обоняния, первое из которых реагирует на обычные специфические запахи, а второе - на неспецифические (едкий и гнилостный) запахи.

Ароматизаторы, запах плодов и других пищевых продуктов