Речовини, які змінюють структуру і фізико-хімічні властивості харчових продуктів

До них належать добавки різних функціональних класів – згущувачі, гелеутворювачі, стабілізатори фізичного стану харчових продуктів: ПАР (емульгатори і піноутворювачі).

Стабілізаційні системи включають декілька компонентів: емульгатор, стабілізатор, згущувач. Якісний склад цих систем, співвідношення компонентів можуть бути різними залежно від характеру, консистенції, технології одержання харчового продукту, а також умов зберігання та способу реалізації даного продукту. Застосування в харчовій промисловості таких добавок дозволяє створити асортимент продуктів емульсійної і гелевої природи (маргарини, майонези, соуси, пастила, зефір, суфле, мармелад), і структурованих продуктів. Стабілізаційні системи використовуються при виробництві супів (сухі, консервовані, заморожені), соусів (майонези, томатні соуси), бульйонних і консервованих продуктів.

Згущувачі та гелеутворювачі.

Згущувачі – речовини, які використовують для підвищення в’язкості продукту.

Гелеутворювачі – сполуки, які надають харчовому продукту властивості гелю. Згущувачі та гелеутворювачі, що введені в рідку харчову систему в процесі виготовлення харчового продукту, зв’язують воду, харчова колоїдна система втрачає рухомість, змінюється консистенція харчового продукту – підвищується в’язкість або утворюється гель. За хімічною будовою добавки цієї групи є полімерними сполуками, в макромолекулах яких рівномірно розподілені гідрофільні групи, які взаємодіють з водою, тому вони, як правило, розчинні в воді. Також вони можуть брати участь в реакціях обміну з іонами водню і металів (кальцій), а крім того, з органічними молекулами меншої молекулярної маси.

Розчинність підвищується:

• у присутності іонізованих груп ‑ сульфатних і карбоксильних, (зростає гідрофільність) ‑ карагінани, альгінати;

• при наявності в молекулах полісахаридів бічних розгалужень, що покращує гідратацію (ксантани);

• при механічній дії (перемішування);

• при нагріванні.

Розчинність знижується при наявності нерозгалужених зон і ділянок без іонізованих груп (камедь ріжкового дерева), іонів кальцію або інших полівалентних іонів, які викликають повздовжнє зшивання полісахаридних ланцюгів (пектини).

Додатково ці добавки можуть виконувати функцію стабілізатора так як збільшення в’язкості дисперсної харчової системи при введенні в неї згущувача або перетворення такої системи на слабкий гель при низьких концентраціях гелеутворювача сприяє запобіганню розшарування її на вихідні компоненти (випадіння в осад твердих часточок диспергованих в рідкому дисперсійному середовищі).

Класифікація харчових добавок полісахаридної природи залежно від структури

Модифіковані крохмалі (Е1400-Е1451). Є продуктами фракціонування, деструкції різних модифікацій нативних рослинних крохмалів. Представляють собою переважно суміш двох фракцій полімерів глюкози лі будови – амілози і амілопектину.

Основна технологічна властивість нативного крохмалю – здатність розчинятися при нагріванні у воді з утворенням в’язких колоїдних розчинів (клейстерів). Однак властивості таких клейстерів часто не відповідають необхідним вимогам; зокрема, нативні кукурудзяні крохмалі утворюють слабкі, гумоподібні клейстери і небажані гелі в процесі термічної обробки. Також типовою властивістю для клейстерів, утворених нативними крохмалями, є синерезис.

Різні способи обробки нативних крохмалів дозволяють суттєво змінити їх будову, розчинність у воді та інші властивості: стійкість до нагрівання і дії кислот.

Крохмаль широко застосовується у харчових виробництвах і кулінарії. З нього виробляють крупу саго, патоку, кристалічну глюкозу. Крохмальні гелі різної в’язкості використовуються як основа для киселів, пудингів, супів-пюре і соусів. Для ягідних киселів застосовують картопляний крохмаль, який утворює прозорий, майже безбарвний гель. Для молочних киселів можна використовувати маїсовий крохмаль, що утворює непрозорий, молочно-білий гель. При нагріванні до 110  крохмальний клейстер розжирується, а при 120 – 130 С стає рідким. При охолодженні до 55 – 65 С крохмальний розчин перетворюється на драглі. У виробництві ковбас крохмаль вводять у м’ясний фарш: він зв’язує його і надає вареній ковбасі соковитості та пружності. В кондитерському виробництві крохмаль додають до пшеничного борошна для послаблення впливу клейковини при виготовленні бісквітів і пирожних; використовують як формувальний матеріал при відливанні помадних і лікерних цукерок

Основні види модифікованих крохмалів

Целюлоза та її похідні (Е460 в двох модифікаціях).

Основні технологічні функції целюлози – емульгатор і текстуратор, добавка, що запобігає злежуванню і грудкуванню.

• Е460i – мікрокристалічна целюлоза (частково гідролізована кислотою за аморфними ділянками, поті подрібнена; має укорочені молекули);

• Е460ii – порошкоподібна целюлоза, виділена з рослинної сировини (деревини, хлопка) звільнена від попутних речовин (геміцелюлоз і лігніну), потім подрібнена.

Модифіковані целюлози та їх технологічні функції:

• Е461 метилцелюлоза – згущувач, стабілізатор, емульгатор;

• Е462 етилцелюлоза ‑ наповнювач, звязуючий агент;

• Е463 гідроксипропілцелюлоза – згущувач, стабілізатор, емульгатор;

• Е464 гідроксипропілметилцелюлоза – згущувач, стабілізатор, емульгатор;

• Е465 метилетилцелюлоза – згущувач, стабілізатор, емульгатор, піноутворювач;

• Е466 карбоксиметилцелюлоза (натрєва сіль) – згущувач, стабілізатор;

• Е467 етилгідроксиетилцелюлоза – емульгатор, стабілізатор, згущувач.

Харчові добавки целюлозної природи є нешкідливими, так як не підлягають деструкції в кишково-шлунковому тракті і виділяються без змін. Добовий вміст їжі всіх похідних целюлози може складати 0 – 25 мг на кг маси тіла людини. Їх дозування в харчових продуктах визначається конкретними технологічними задачами.

Пектины (Е440) – група ВМС гетерогліканів, які входять до складу клітинних стінок та міжклітинних утворень вищих рослин, і через бічні ланцюги сполучені з геміцелюлозами (галактаном), а потім волокнами целюлози. В такій зв’язаній формі (протопектини) вони нерозчинні у воді.

У промисловості пектини получають кислотним або ферментативним гідролізом пектиновмісних речовин. Використовують розчини мінеральних кислот при рН 2 і температурі близько 85⁰С протягом 2-2,5 ч. Потім з розчину після очищення і концентрування видаляють пектин осадженням з етанолу. Осаджений пектин висушують, подрібнюють і стандартизують добавлянням глюкози (декстрози) і солі одновалентного катіона і харчової кислоти (молочної, винної, лимонної), які уповільнюють процес гелеутворення.

Види пектинів:

• Високоетерифіковані пектини (СЭ більше 50%) – яблучний, цитрусовий. Утворюють високо еластичні гелі.

• Низькоетерифіковані пектини (СЭ менше 50%) – буряковий, соняшниковий (з корзинок). Використовують при виготовленні сухих киселів, діабетичних кондитерських виробів. Утворюють різні за консистенцією гелі від високов’язких (не відновлюють початкову форму після деформації) до високо еластичних.

• Комбіновані пектини з змішаної сировини з різним ступенем етерифікації.

Розчинність пектинів у воді підвищується зі збільшенням ступеня етерифікації їх молекул і зменшенням молекулярної маси. Пектова кислота (не містить етерифікованих карбоксильних груп) у воді не розчиняється.

Пектини (розчинні харчові волокна) ‑ фізіологічно цінні харчові добавки (функціональні інгредієнти). Специфічна фізіологічна пектинів пов’язана зі здатністю знижувати рівень холестерину в крові, нормалізувати діяльність шлунково-кишкового тракту, зв’язувати і виводити з організму окремі токсини і важкі метали. Рекомендована норма вживання пектинових речовин в раціоні людини складає 5-6 г.

Галактоманани: камедь ріжкового дерева, гуарова камедь

Галактоманани ‑ гетерогліканы, що містяться в насінні стручкових рослин, і виконують функцію запобігання зневодненню насіння. Комерційні препарати рослинних галактомананів називають камеді. Технологія одержання комерційних препаратів галактомананів основана на водній екстракції полісахаридів з подрібненої рослинної сировини з наступним відокремленням і очищенням екстракту. Екстракт потім обробляють спиртом для видалення цільового продукту, який відфільтровують, высушують і подрібнюють.

Розчинність галактомананів у воді різна, пов’язана з особливостями їх будови. Так, гуарові камеді практично повністю розчиняються у холодній воді ( мають високий ступінь заміщення первинних гідроксильних груп в залишках D-манози (гуаран)), а камеді ріжкового дерева розчиняються тільки в гарячій воді (мають обмежений ступінь заміщення). Процес розчинення є тривалим і прискорюється інтенсивним перемішуванням і нагріванням (причому температура не повинна перевищувати 80⁰С для запобігання потенціально можливої деструкції полімерних молекул).

В’язкість розчинів галактомананів залежить від їх концентрації.

Комерційні препарати харчових добавок, що належать до групи харчових добавок полісахаридів морських рослин, включають полісахариди, які одержують з червоних і бурих морських водоростей. В харчовій промисловості широко використовують альгінати, карагінани і агароїди.

Агар (агар-агар) Е406 – суміш полісахаридів агарози і агаропектину. Основна фракція агарози – лінійний полісахарид, побудований із залишків галактопіранози і лактопіранози , що чергуються. Агаропектин – суміш полісахаридів складної будови, що містить глюкуронову кислоту та ефірнозв’язану сульфатну кислоту.

Агар – агар одержують з червоних морських водоростей, які ростуть у Білому морі, Тихому і Атлантичному океанах. Залежно від виду водоростей склад виділених полісахаридів може змінюватися.

Агар погано розчиняється в холодній воді, але набухає в ній. В гарячій воді він утворює колоїдний розчин, який при охолодженні утворює міцний гель, що має скловидний злом. У агару цей процес відбувається за рахунок утворення подвійних спіралей та їх асоціації незалежно від вмісту катіонів, цукру або кислоти. Гелеутворююча здатність агару в 10 разів вища, ніж у желатину. При нагріванні у присутності кислоти здатність до Гелеутворення знижується. Гелі стабільні при рН вище 4,5 і термооборотні.

Желатин – білковий продукт, є сумішшю лінійних поліпептидів з різною молекулярною масою (50000-70000) та їх агрегатів з молекулярною масою до 300000, не має смаку і запаху. Амінокислотний склад желатину включає до 18 амінокислот.

Желатин одержують з колагену, який міститься в костях, хрящах і сухожиллях тварин. Технологічно процес оснований на кислотній або лужній екстракції, в процесі якої нерозчинний колаген перетворюється в розчинний желатин. Потім його виділяють, очищують, висушують і стандартизують.

Желатин розчиняється у воді, молоці, розчинах солей і цукру при температурі вище 40⁰С. Розчини желатину мають низьку в’язкість, яка залежить від рН, і мінімальна в ізоелектричній точці (ІЗТ рН 4,8 (для карбоксильної форми), 9,4 (для амідированої форми)). При охолодженні водного розчину желатину відбувається збільшення в’язкості з переходом в стан гелю (золь-гель-перехід). Умовами утворення гелю є достатньо висока концентрація желатину і відповідно низька температура, яка повинна бути нижче точки твердіння.

При охолодженні сегменти, багаті амінокислотами різних поліпептидних ланцюгів, набувають спіральної конфігурації. Водневі зв’язки за участю або без участі молекул води стабілізують утворену структуру. Ці зв’язки розподілені по всій довжині ланцюга, що пояснює унікальні властивості желатинових гелів. Для желатину характерно утворення термічно зворотних гелів. Гелеутворення желатину не залежить від рН і не потребує наявності інших реагентів (сахаридів, солей або двохвалентних катіонів).

264