2. Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов загустители

Загустители образуют с водой высоковязкие растворы, а студнеобразователи и желирующие агенты — гели. При этом одни и те же вещества в зависимости от их концентрации в пищевом продукте могут выполнять роль как загустителя, так и желе- или студнеобразователя.

Различают загустители натуральные, полусинтетические и синтетические. Натуральные и полусинтетические добавки этой группы применяют при производстве пищевых продуктов, синтетические — только при производстве косметических изделий.

Перечень основных загустителей, разрешенных в соответствии с СанПиН 2.3.2.560 — 96 для применения в производстве пищевых продуктов в Российской Федерации, приведен в таблице 2.1.

В качестве загустителей применяют агар-агар (Е 406), нативные и модифицированные крахмалы (Е 1402), целлюлозу и ее производные, желатин, полисахариды микробиологического происхождения (ксантан, геллан). Они рассмотрены выше в разделе "Гелеобразователи".

Крахмал, его отдельные фракции (амилопектин и амилоза) и продукты частичного гидролиза находят применение в качестве загустителей при производстве кондитерских и хлебобулочных изделий, а также мороженого.

Таблица 2.1 - Пищевые загустители, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов

Микрокристаллическую целлюлозу (Е 460), метилцеллюлозу (Е 461), карбоксиметилцеллюлозу (Е 466), гидроксипропилцеллюлозу (Е 463), гидроксипропилметилцеллюлозу (Е 464), метилэтилцеллюлозу (Е 465) используют в производстве мороженого, кондитерских изделий и соусов в качестве диетических волокон как эффективные загустители. Среди них наибольшее значение имеют метил- и карбоксиметилцеллюлоза.

Из растительных структурообразователей полисахаридной природы промышленное значение имеют камедь из бобов рожкового дерева, гуаровая камедь, камедь таро и др.

ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ

Одним из способов изменения консистенции и структуры пищевых продуктов в целях удовлетворения вкусов потребителей является введение в пищевое сырье диспергированного воздуха или другого газа. Для многих продуктов питания пенообразная структура оказывает решающее влияние на их отличительные свойства (например, в хлебобулочных и некоторых кондитерских изделиях, мороженом, напитках и десертных изделиях).

В этот функциональный класс входят вещества, обеспечивающие равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты. В результате образуются пены и газовые эмульсии.

Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек — пузырьков газа (пара), разделенных пленками жидкости (или твердого вещества). Обычно газ (пар) рассматривается как дисперсная фаза, а жидкость (или твердое вещество) — как непрерывная дисперсионная среда. Пены, в которых дисперсионной средой является твердое вещество, образуются при отверждении растворов или расплавов, насыщенных каким-либо газом. Жидкие или твердые пленки, разделяющие пузырьки газа, образуют в совокупности пленочный каркас, являющийся основой пены.

Структура пен определяется соотношением объемов газовой и жидкой фаз и в зависимости от него ячейки пены могут иметь сферическую или многогранную (полиэдрическую) форму.

Получить пены, как и другие дисперсные системы, можно диспергационным и конденсационным способами.

При диспергационном способе пена образуется в результате интенсивного совместного диспергирования пенообразующего раствора и воздуха. Диспергирование осуществляется следующими методами:

при прохождении струи газа через слой жидкости в барботаж-ных или аэрационных установках, в аппаратах с "пенным слоем", применяемых для очистки отходящих газов, в пеногенераторах некоторых типов, имеющих сетку, которая орошается пенообразующим раствором;

при действии движущихся устройств на жидкость в атмосфере газа или при действии движущейся жидкости на преграду в технологических аппаратах при перемешивании мешалками, встряхивании, взбивании, переливании растворов.

Получение пен может быть обусловлено действием нескольких источников пенообразования одновременно. Так, некоторые технологические процессы осуществляют с аэрацией и перемешиванием.

Для получения пен необходимой устойчивости в систему вводят пенообразователи, которые подразделяют на два типа (рода):

истинно растворимые (низкомолекулярные) ПАВ;

коллоидные ПАВ, белки и ряд других природных высокомолекулярных соединений.

В общем случае при образовании пены в присутствии ПАВ происходит адсорбция их молекул в тонком слое пленки жидкой дисперсионной среды на границе с газовой дисперсной фазой, что вызывает изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз.

В результате 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 ее механическую прочность.

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

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.

В соответствии с СанПиН 2.3.2.560 — 96 технологические функции пенообразователя имеют четыре пищевые добавки (таблица 2.3).

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.

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. Такая способность связана с поверхностно-активными свойствами, поэтому применительно к данной группе пищевых добавок термины "эмульгатор", "эмульгирующий агент" и "поверхностно-активное вещество" могут рассматриваться как синонимы.

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.

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 коротко цепочечных ПАВ преобладает гидрофильное взаимодействие, в результате которого молекулы втягиваются в воду. Противоположный эффект обнаруживается в случае длинноцепочеч-ных ПАВ. Гидрофобное взаимодействие по отношению к воде и лиофильное — к маслу обусловливает нахождение этих молекул в масле. Уравновешивание гидрофильного и лиофильного взаимодействий, так называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ), т.е. определенное оптимальное соотношение действия воды и масла на молекулы ПАВ, определяет условия образования адсорбционного слоя на границе раздела двух жидкостей.

По типу гидрофильных групп различают ионные и неионные ПАВ. Ионные поверхностно-активные вещества диссоциируют в водных растворах на ионы, одни из которых поверхностно-активны, другие — наоборот (противоионы). В свою очередь, в зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона они делятся на анионные, катионные и амфотерные. Молекулы неионных ПАВ, естественно, не диссоциируют в растворе.

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 таблице 2.4.

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 (таблица 2.5).

Фосфолипиды синтезируются в организме животных и человека. Установлено, что введение лецитина в рацион питания человека в течение длительного времени не сопровождается какими-либо неблагоприятными последствиями. Объединенным комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установлено, что безусловно допустимая доза для человека составляет до 50 мг (в дополнение к ежедневному приему при обычном рационе) и условно допустимая — 50 — 100 мг на 1 кг массы тела. Принято считать, что средний пищевой рацион взрослого человека содержит 1—5 г лецитина.

Лецитин применяется при производстве хлеба, мучных кондитерских изделий, конфет, шоколада, напитков, мороженого, сухого молока.

Жирные кислоты и их соли (Е 481—Е 482) 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.

Алифатические спирты жирного ряда, получаемые в результате гидрирования соответствующих жирных кислот, отчасти являются естественными компонентами жиров. В большинстве случаев это стеариловые и олеиловые спирты. Они применяются непосредственно или в виде сложных эфиров уксусной, молочной, фумаровой, яблочной, лимонной и других кислот в качестве стабилизаторов при изготовлении печенья. К таким пищевым добавкам относятся, например, ацилированный моноацилглицерол (Е 4721), малат-эфир (Е 472с), стеароилмолочная кислота (Е 48П), Стеароиллактилат натрия (Е 481ii), олеиллактилат кальция (Е 482Н) и др. Области применения добавок этой группы различны. Ацилированный моноацилглицерол (эфир моноглицерола и уксусной кислоты) и малат-эфир (эфир моноглицерида и яблочной кислоты) используются в хлебопечении, сахарной промышленности и при производстве мороженого. Стеароилмолочная кислота (производное молочной кислоты с высшими жирными кислотами) и ее натриевая соль (Стеароиллактилат натрия) используются в качестве поверхностно-активного вещества для маргаринов и других продуктов. Применение этих пищевых добавок разрешено без ограничения.

Сложные эфиры жирных кислот сахара и сорбита также входят в класс эмульгаторов. Этерификация Сахаров (сахарозы, глюкозы) и сорбитов (сорбитангидрида) жирными кислотами дает группу эмульгаторов с широким диапазоном поверхностно-активных свойств. Их можно комбинировать с полиоксиэтиленами (полиэтиленгликолиевые эфиры), в результате чего получают эмульгаторы с измененными эмульгирующими свойствами. Наиболее известные из них так называемые СПЭНы и Твины. СПЭНы — это сложные эфиры жирных кислот с сорбитами, а Твины — СПЭН-эмульгаторы с гидроксильными группами, полностью или частично замещенными группами О—(СН2—СН2—О)n—Н, т. е. представляют собой продукты полиоксиэтиленов со СПЭНами.

Эфиры сахарозы и жирных кислот (Е 473) применяются в производстве кондитерских изделий, мороженого и хлебопечении. Сорбитанмоностеарат, или СПЭН 60 (Е 491), сорбитантристеарат (Е 492), сорбитанмонолаурат, или СПЭН 20 (Е 493), сорбитан-моноолеат, или СПЭН80 (Е 494), сорбитантриолеат, или СПЭН 85 (Е 496), Твин 20, Твин 40, Теин 60, Твин 80 (Е 432- Е 435) применяют при изготовлении жировых эмульсий, шоколада, печенья, кондитерских изделий, мороженого из сухого молока, яичного и какао-порошков, а также для улучшения растворимости кофе.

Сложные эфиры сахара, сорбита и жирных кислот не представляют опасности в токсикологическом отношении, но они не должны содержать растворителей. Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам для сложных эфиров сорбита и жирных кислот, а также для сложных эфиров полиоксиэти-ленсорбатов и жирных кислот установил допустимое суточное потребление, составляющее 0 — 25 мг, для сложных эфиров сахарозы и жирных кислот — 2,5 мг на 1 кг массы тела. При этом допустимое содержание диметилформамида как остатка растворителя ограничивается 50 мг на 1 кг вещества.

Добавка сложных эфиров сахарозы, сорбита и жирных кислот в пищевые жиры ограничена количеством до 20 г на 1 кг продукта, а сложных эфиров сахарозы в маргарине — 10 г/кг. В России применение пищевых добавок Е 491 —Е 496 запрещено. Эфиры сахарозы и жирных кислот разрешены в России и странах Европейского Сообщества, за исключением Германии.

ЭМУЛЬГИРУЮЩИЕ СОЛИ

В отдельный функциональный класс выделены эмульгирующие in — пищевые добавки, основная технологическая функция коих также связана с образованием и стабилизацией дисперсных тем, состоящих из двух или более несмешивающихся фаз. Эффект достигается путем снижения межфазного поверхностного на-кения. К этому функциональному классу относятся соли-плавители 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 (Таблица 2.6).

Добавки этой функциональной группы делают или сохраняют ткани фруктов или овощей плотными и свежими, взаимодействуют с агентами желирования — для образования или укрепления геля. В качестве уплотнителей используют карбонаты кальция (Е 170), ацетат кальция (Е263), цитраты кальция (E33J), фосфаты натрия (Е339) и фосфаты кальция (Е341), глицерофосфат кальция (Е383), полифосфаты (Е 452), сульфаты магния (Е 518) и глюконат кальция (Е 578).