Пищевые добавки в гелях
Будучи введенными в жидкую пищевую систему в процессе приготовления пищевого продукта, загустители и гелеобразователи связывают воду, в результате чего пищевая коллоидная система теряет свою подвижность и консистенция пищевого продукта изменяется. Эффект изменения консистенции (повышение вязкости или гелеобразование) будет определяться, в частности, особенностями химического строения введенной добавки.
В химическом отношении добавки этой труппы являются полимерными соединениями, в макромолекулах которых равномерно распределены гидрофильные группы, взаимодействующие с водой. Они могут участвовать также в обменном взаимодействии с ионами водорода и металлов (особенно кальция) и, кроме того, с органическими молекулами меньшей молекулярной массы.
Классификация загустителей и гелеобразователей
Эта группа пищевых добавок включает соединения двух функциональных классов:
- загустители ( функциональный класс 23) — вещества, используемые для повышения вязкости продукта;
- гелеобразователи (функциональный класс 15) — соединения придающие пищевому продукту свойства геля (структурированной высокодисперсной системы с жидкой дисперсионной средой, заполняющей каркас, который образован частицами дисперсной фазы).
Среди них натуральные природные вещества животного (желатин) и растительного пектин, агароиды, камеди) происхождения, а также вещества, получаемые искусственно (полусинтетическим путем), в том числе из природных источников (модифицированные целлюлозы, крахмалы и др.). Промежуточное положение между этими двумя группами занимают альгинат натрия и низкоэтерифицированный пектин. К синтетическим загустителям относятся водорастворимые поливиниловые спирты и их эфиры.
Перечень основных загустителей и гелеобразователей, разрешенных в соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 для применения в производстве пищевых продуктов, приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Пищевые загустители и гелеобразователи, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов
Свойства и функции загустителей и гелеобразователей
Главной технологической функцией добавок этой группы в пищевых системах является повышение вязкости или формирование гелевой структуры различной прочности. Одним из основных свойств, определяющих эффективность применения таких добавок в конкретной пищевой системе, является их полное растворение, которое зависит прежде всего от химической природы. Влияние особенностей структуры отдельных загустителей и гелеобразователей на их растворимость в воде иллюстрирует таблице 2.
Таблица 2 – Влияние структуры на растворимость
При анализе таблицы 2 можно констатировать, что добавки подиса-харидной природы, содержащие большое количество гидроксильных групп, являются гидрофильными и в основном растворимы в воде.
При контакте водорастворимых полисахаридов с водой молекулы растворителя сначала проникают с образованием связей в наименее организованные участки цепи макромолекул. Такая начальная гидратация ослабляет связи в оставшихся звеньях и способствует проникновению воды и сольватации наиболее организованных участков цепи Этот процесс проходит через переходную стадию гелеобразования, когда частицы набухают и увеличиваются в объеме благодаря силам когезии между макромолекулами. Если межмолекулярные связи относительно слабы, они могут быть достаточно легко разрушены при механическом воздействии или нагревании. При этом биополимер (полисахарид или белок) полностью растворяется С другой стороны, если связи между определенными сегментами макромолекул не разрушаются при механическом или тепловом воздействии, биополимер сохраняется в виде набухших частиц. Примерами могут служить альгинат и пектат кальция.
Растворимость повышается в присутствии ионизированных групп (сульфатные и карбоксильные), увеличивающих гидрофильность (каррагинаны, альгинаты), а также при наличии в молекулах полисахаридов боковых цепей, раздвигающих главные цепи, что улучшает гидратацию (ксантаны). Растворимость понижается при наличии факторов, способствующих образованию связей между полисахаридными цепями, к которым относятся наличие неразветвленных зон и участков без ионизированных групп (камедь рожкового дерева), а также присутствие ионов кальция или других поливалентных катионов, вызывающих поперечное сшивание полисахаридных цепей, что препятствует растворению макромолекул.
В зависимости от химической природы макромолекул и особенностей пищевой системы возможны различные механизмы гелеобразования, обобщенные в таблице 3.
Таблица 3 – Условия гелеобразования в растворах полисахаридов и желатина
Более подробно процессы гелеобразования описаны при рассмотрении отдельных представителей этой группы добавок.
В ряде случаев совместное введение двух различных добавок этой группы сопровождается синергическим эффектом. Некоторые комбинации добавок, проявляющие синергический эффект, приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Комбинации добавок с синергическим эффектом
Аналогичный синергический эффект повышения вязкости может быть достигнут при сочетании отдельных загустителей с некоторыми биополимерами белковой природы. К ним относятся, например, комбинации карбоксиметилцеллюлозы с казеином или соевым протеином.
Многие представители этой группы пищевых добавок имеют смежную технологическую функцию стабилизатора (см. раздел 6.3). Повышение вязкости дисперсной пищевой системы при введении в нее загустителя или превращение такой системы в слабый гель при низких концентрациях гелеобразователя предотвращает ее разделение на исходные компоненты, например, выпадение в осадок твердых частиц, диспергированных в жидкой дисперсионной среде.
Подавляющее большинство загустителей и гелеобразователей со статусом пищевых добавок относится к классу полисахаридов (гликанов). Исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу.
Источник
4.5.1. Общие сведения
Альгинаты образуют гели с кислотами и всеми многовалентными катионами (за исключением катионов магния). В пищевой промышленности основным катионом для гелеобразования альгинатных систем служит ион кальция. Дозируя количества ионов кальция или кислоты, процесс гелеобразования можно регулировать: и кислотные, и кальциевые альгинатные гели являются термонеобратимыми и образуются в широком диапазоне температур. Термообратимые гели можно получить в кислой среде (при рН < 4,0, оптимальное рН -около 3,4), используя сочетание альгината и высокометилированного пектина [44]. Наиболее важным свойством альгината как гелеобразователя является его способность образовывать термостабильные гели при низких температурах.
Для эффективного гелеобразования альгинат перед контактом с ионами кальция должен быть гидратирован. Механизмы гелеобразования альгинатов можно разделить на два типа: внутреннее диффузионное затвердевание и диффузионное затвердевание при охлаждении. Кальциевые соли и коплексообразователи, использующиеся при получении альгинатных гелей, перечислены соответственно в табл. 4.2 и 4.3.
Таблица 4.2
Таблица 4.3
Обозначения: знаком + обозначена степень эффективности, то есть препарат +++++ более эффективен, чем ++++ и т. д.
4.5.2. Диффузионное затвердевание в нейтральной среде
При диффузионном затвердевании пищевые материалы в смеси альгинатом входят в контакт с растворенными солями кальция – либо путем погружения в кальциевую ванну, либо путем орошения водным раствором кальциевой соли. Чаще всего используют хлорид кальция, хотя можно пользоваться и другими растворимыми кальциевыми солями. Ионы кальция диффундируют в пищевой матрикс, содержащий альгинат, с образованием кальциевого альгинатного геля. Сшивка альгината начинается с поверхности и затем распространяется вглубь пищевого материала.
Данный процесс наиболее эффективно протекает в относительно тонких или небольших порциях продуктов (например, в полосках перца пимиенто), а также при необходимости покрытия поверхности продуктов (например, колец репчатого лука) тонким слоем. Скорость диффузии возрастает при увеличении температуры, концентрации соли кальция в ванне или при орошении, а также при использовании альгината с высоким содержанием С-блоков.
4.5.3. Диффузионное затвердевание в кислой среде
В этом случае с альrинатом смешивается кальциевая соль, растворимая в кислоте, но нерастворимая в воде. При контакте кислоты с поверхностью смеси соль растворяется по мере того, как протоны диффундируют в альrинато-кальциевый матрикс, снижая значение рН. Выделяющиеся при этом ионы кальция реагируют с альгинатом с образованием геля. Механизм гелеобразования в ходе диффузионного затвердения в нейтральных и кислых средах показан на рис. 4.7. В качестве солей используют карбонат кальция или дикальций фосфат.
Рис. 4.7. Получение альгинатного геля методом диффузионного затвердения.
В этом случае с альгинатом смешивается кальциевая соль, растворимая в кислоте, но нерастворимая в воде. При контакте кислоты с поверхностью смеси соль растворяется по мере того, как протоны диффундируют в альгинато-кальциевый матрикс, снижая значение рН. Выделяющиеся при этом ионы кальция реагируют с альгинатом с образованием геля. Механизм гелеобразования в ходе диффузионного затвердения в нейтральных и кислых средах показан на рис. 4.7. В качестве солей используют карбонат кальция или дикальций фосфат.
4.5.4. Внутреннее затвердевание в нейтральной среде
При этом процессе ионы кальция гомогенно выделяются в контролируемых условиях внутри продукта. Используют обычно сочетание альгината, медленно растворимой кальциевой соли и кальциевого секвестранта (например, фосфата или цитрата). Обычно применяют сульфат кальция – недорогую соль с требуемой растворимостью. Секвестрант связывает свободные ионы кальция и препятствует слишком быстрому гелеобразованию в ходе смешивания продукта и альгината (рис. 4.8). Требуемое количество секвестранта зависит от времени, необходимого для переработки продукта: чем оно дольше, тем большей должна быть концентрация секвестранта.
Рис. 4.8. Гелеобразование методом внутреннего затвердевания
4.5.5. Внутреннее затвердевание в кислой среде
Внутреннее затвердевание может происходить как в нейтральной, так и в кислой среде. Выделение ионов кальция из наиболее часто применяемых солей (карбонатов и фосфатов) зависит от значения рН. Пищевой продукт смешивают с альгинатом и источником ионов кальция в нейтральной среде, а затем при ее подкислении лимонной, адипиновой или иной подходящей кислотой выделяются ионы Са2+. Иногда в качестве йодкислителя используют глюконо-дельта-лактон, обеспечивающий медленное контролируемое подкисление.
4.5.6. Комбинированное затвердевание
Системы диффузионного и внутреннего затвердевания можно совместить, что обеспечивает ускоренное гелеобразование на поверхности продукта или нанесение покрытия еще до внутреннего затвердевания продукта за счет медленного выделения ионов кальция. Такое покрытие поверхности до внутреннего затвердевания зачастую бывает необходимо для придания ей механической прочности перед последующей обработкой.
4.5.7. Затвердевание при охлаждении
В данном варианте альгинат, кальциевая соль и секвестрант растворяют в горячей жидкости. Повышенная температура препятствует гелеобразованию, поскольку сшивка и ассоциация альгинатных цепей затрудняется их тепловым движением. Затвердевание геля начинается при охлаждении раствора и заканчивается образованием термостабильного кальциево-альгинатного геля. Образованные таким способом гели менее склонны к синерезису, чем гели диффузионного или обычного внутреннего затвердевания [28]. Путем тщательного подбора состава пищевой системы можно получать гели при температурах от 0 до 50 °С, однако данный метод используют лишь для продуктов с относительно мягкой текстурой.
4.5.8. Альгинато-пектиновые гели
Высокометилированные пектины (ВМ-пектины) образуют гели в узком интервале рН только при высоком содержании сахара, а низкометилированные пектины (НМ-пектины) – при низком содержании сахара в присутствии двухвалентных катионов (например, Са2+). Путем внесения альгината натрия можно получить альгинато-пектиновые гели на основе НМ-пектина при низком содержании СВ в более широком диапазоне рН [43-45].
Богатые пектином фрукты (например, яблоки) образуют гели при добавлении альгината натрия после кулинарной обработки. Прочные гели могут образовываться при совместном внесении ВМ-пектина и альгината натрия, богатого гулуроновой кислотой (самые прочные гели получаются при равном соотношении компонентов [43,44]. При использовании альгината совместно с ВМ-пектином в гелях формируется более плотная полимерная сетка, чем в гелях с НМ-пектином [50]. В пектино-альгинатных смесях наблюдается синергизм – совместно они дают более прочные гели, чем при использовании в том же количестве по отдельности. В отличие от термостабильных кальциево-альгинатных гелей альгинато-пектиновые гели являются термообратимыми. Альгинато-пектиновый синергизм представляет собой один из немногих примеров взаимодействия альгината с другими гидроколлоидами и является до сих пор единственным примером его промышленного использования.
Источник
Содержание:
Без загустителей многие продукты просто невозможно сделать — например, всем известное желе не загустеет без желатина или агар-агара. Благодаря загустителям удается получить продукты с нужной консистенцией, сохранить и улучшить структуру продукта. Загустители используют при изготовлении мармелада, конфет, йогуртов, муссов, плавленых сырков, цукатов, мясных и рыбных консервов, и это далеко не полный список. Рассказываем, какие натуральные загустители используются в современной пищевой промышленности, какими свойствами они обладают и чем могут быть полезны.
Загустители в пищевой промышленности
При производстве пищевых продуктов загустители используют очень активно, ведь благодаря этим добавкам можно значительно улучшить потребительские свойства продукта. Загустители помогают увеличить и сохранить вязкость продукта, удержать влагу внутри, стабилизировать пенную структуру кондитерских изделий. Некоторые загустители обладают свойствами гелеобразователей. Самые востребованные пищевые загустители:
- ксантановая камедь,
- гуаровая камедь,
- агар-агар,
- альгинат натрия
- геллановая камедь.
Натуральные кондитерские загустители
Загустители вносят большой вклад в развитие кондитерской промышленности, ведь благодаря этим добавкам можно создавать разнообразные десерты, сохраняющие нужную консистенцию и структуру. Торты с желейными слоями, кондитерские глазури, конфеты «птичье молоко», мармелады и замороженные десерты — все эти продукты содержат загустители.
Гуаровая камедь (пищевая добавка Е412)
Гуаровую камедь получают из экстракта семян зернобобовых культур. Вещество представляет собой порошок кремового цвета без запаха и вкуса, хорошо растворимый в воде. Гуаровая камедь стабильна при замораживании и оттаивании, она повышает вязкость продуктов, выступает как загуститель, повышает устойчивость готовых продуктов к низким температурам.
Используется как: стабилизатор для желе и джемов, молочных продуктов и замороженных десертов, сиропов и пищевых концентратов; улучшитель в хлебопекарном производстве; уплотнитель для соусов.
Ксантановая камедь (пищевая добавка Е415)
Этот полисахарид получают путем ферментации из кукурузы. Представляет собой белый порошок без запаха и вкуса, хорошо растворимый в воде, молоке, а также сахарных и солевых растворах. Ксантановая камедь устойчива к высоким температурам и воздействию кислот, механическому воздействию. Применяется как влагоудерживающий агент, сильный и надежный загуститель, стабилизатор структуры готового продукта.
Используется при производстве напитков, соусов, молочных продуктов, рыбных и овощных консервов, хлебных изделий; ксантановую камедь добавляют в фарш для повышения его эластичности.
Пищевой желатин
Желатин — это белковый продукт, его изготавливают из хрящей, сухожилий и костей (эти ткани богаты коллагеном) путем долгого кипячения в воде. Полученный раствор выпаривают и охлаждают, получается желе — его разрезают на куски, а потом высушивают и измельчают в гранулы. Получается тот самый желатин, который мы привыкли видеть в упаковках. В состав желатина входит аминокислота глицин (в самом мясе ее мало), которая известна своими свойствами повышать умственную работоспособность и стрессоустойчивость, улучшать качество сна. Желатин также является поставщиком калорий в организм, это вещество 200 лет назад даже позиционировали как дешевый питательный продукт для нуждающихся.
Желатин используется при изготовлении фруктовых желе, мармелада, рыбного или мясного холодца. Его добавляют в кисломолочные продукты в качестве стабилизатора, а при производстве вина и пива он используется как осветлитель.
Загуститель агар-агар
Это вещество получают из морских водорослей путем вываривания, вымораживания и обезвоживания. Водоросли содержат белковые вещества, а также грубые волокна, углеводы и воду, они богаты кальцием, железом и йодом. Агар-агар не является источником калорий, эта смесь полисахаридов не усваивается в кишечнике, но зато способствует очищению организма и стимулирует перистальтику.
Агар-агар — сильный загуститель, в этом качестве он сильнее желатина в 4 раза, способен образовывать плотный студень в разных растворах. Представляет собой порошок белого или белого с оттенком цвета, растворяется только в горячей воде (от 90 °C), при температуре 35–40 °C застывает крепким гелем. Агар-агар устойчив к повторному нагреванию и охлаждению, не теряет своих свойств.
Используется при производстве зефира, мороженого, мармеладов, пудингов, студней, йогуртов, сыра, сгущенного молока, аналогов икры рыб.
Крахмал
Пищевой крахмал — натуральный загуститель, смесь природных полисахаридов, представляет собой порошок желтоватого цвета. Его получают из зерен кукурузы, клубней картофеля, зерен пшеницы и риса — крахмал накапливается в клетках растений.
Крахмал может быть картофельным, пшеничным, кукурузным, рисовым (в зависимости от того, из какого растения он извлечен), частично их свойства отличаются. Он повышает вязкость растворов, может создавать студенистость. В холодной воде крахмал не растворяется.
Используется как загуститель при производстве подлив, киселей, соусов, детских пюре, кондитерских глазурей и кремов; как связующее вещество в колбасных и мясных изделиях; часто применяется как влагоудерживающий агент.
Как сделать пищевой загуститель
Многие рецепты кондитерских изделий требуют использования специальных загустителей. И если в домашних условиях пакетика с нужным загустителем может просто не оказаться под рукой, можно заменить его другим, более доступным ингредиентом.
- Сметанный соус к мясу или овощам можно сделать гуще при помощи обычной муки. Для этого муку пассируют, потом добавляют сметану. Вкус соуса меняется незначительно. Вместо муки для загущения можно использовать крахмал, но только если у соуса ярко выраженные вкус и запах, так как крахмал влияет на естественный вкус сметаны.
- Загустить сливки для крема можно с помощью желатина, крахмала или яичного белка. В случае с крахмалом важно не переборщить — нельзя использовать больше 1 столовой ложки крахмала на 200 мл сливок, иначе можно испортить вкус продукта.
- Сметанный крем можно сделать гуще при помощи желатинового порошка, агар-агара или сливочного масла. Как пищевой загуститель для сметаны также используется крахмал, а некоторые кондитеры допускают использование муки.
Загустители натурального происхождения не вредят человеческому организму, а чаще даже приносят пользу — например, как питательный желатин. Благодаря загустителям в нашем мире есть множество вкусных и красивых продуктов: желе, мармелад, соусы, пастила, муссы, заливные блюда. При правильном использовании загустители делают готовый продукт лучше, улучшают его консистенцию и делают привлекательнее.
Для того, чтобы добавить коментарий, авторизируйтесь.
Источник