при низком разрешении экрана монитора
Loading
Главная   <<  Справочники  <<  Пищевые добавки энциклопедия (содержание)  <<  2. Вещества, регулирующие консистенцию продуктов

Классификация пищевых добавок.
Раздел 2. Вещества, регулирующие консистенцию продуктов

2.1. Эмульгаторы
2.2. Пенообразователи
2.3. Загустители
2.4. Гелеобразователи
2.5. Стабилизаторы
2.6. Наполнители

Одной из важных узнаваемых характеристик пищевого продукта наряду с цветом, ароматом и вкусом является его консистенция. Продукты часто представляют собой коллоидные системы: эмульсии, пены, суспензии, гели. Для их создания необходимы вещества с определёнными свойствами: поверхностно активными, загущающими, желирующими.

2.1. Эмульгаторы (emulsifiers, emulsifying agents)

Эмульгаторы — это вещества, делающие возможным или облегчающие получение эмульсий и стабилизирующие последние. Эмульсии представляют собой коллоидные системы из двух или более несмешивающихся фаз с развитой поверхностью раздела между ними. Одна из фаз (жидкость) образует непрерывную дисперсионную среду, по объёму которой распределена дисперсная фаза в виде мелких (< 10-4 см) твёрдых частиц, капель или пузырьков.

В пищевой промышленности часто встречаются эмульсии, состоящие из воды и масла. Если дисперсной фазой является масло, а дисперсионной средой вода, такая эмульсия относится к типу «масло в воде» (М/В) и называется прямой. Например, майонез. В противном случае эмульсия «вода в масле» (В/М) называется обратной. Типичный пример — маргарин.

Пищевые эмульгаторы представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ) — органические соединения, молекулы которых имеют дифильное строение, то есть содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) атомные группы. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде, гидрофобные (обычно углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению ПАВ в неполярных средах. На границе фаз дифильные молекулы ориентируются энергетически наиболее выгодным образом: гидрофильные группы — в сторону полярной (обычно водной) фазы, гидрофобные — в сторону неполярной (газовой или масляной) фазы. Таким образом формируется пограничный слой, благодаря которому снижается поверхностное натяжение, и становится возможным или облегчается образование эмульсий.

Действие эмульгаторов на этом не заканчивается. Благодаря образованию пространственных и электрических барьеров они дополнительно стабилизируют эмульсии, т. е. предотвращают повторное слипание уже сформировавшихся частичек дисперсной фазы и повторное расслоение.

Основные физико-химические и технологические свойства ПАВ определяются т. н. гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) их молекул. ГЛБ отражает соотношение молекулярных масс гидрофильных и липофильных групп. Величина ГЛБ может иметь значение от 1 до 20 (эмпирическая шкала Гриффита). Эмульгаторы, имеющие ГЛБ < 10, преимущественно липофильны, а имеющие ГЛБ > 10, преимущественно гидрофильны. Чем больше ГЛБ, тем ярче проявляется способность молекулы ПАВ к образованию и стабилизации прямых эмульсий (М/В), чем меньше ГЛБ — тем ярче проявляется способность к образованию и стабилизации обратных эмульсий (В/М). Эмульгаторы, характеризующиеся величиной ГЛБ от 7 до 9, могут применяться в качестве смачивателей. Гидрофильно-липофильный баланс — величина аддитивная, то есть ГЛБ смеси эмульгаторов можно вычислить, сложив ГЛБ компонентов пропорционально их содержанию в смеси.

Эмульгатор (или смесь эмульгаторов) ускоряет образование и стабилизирует тот тип эмульсии, в дисперсионной среде которой он лучше растворим. Например, для получения маргарина, представляющего собой эмульсию типа «вода в масле», применяют эмульгаторы с величиной ГЛБ 3-6, а для майонеза, представляющего собой эмульсию «масло в воде», используют эмульгаторы, имеющие ГЛБ 8-18.

Действие эмульгаторов многосторонне. Они ответственны за взаимное распределение двух несмешивающихся фаз, за консистенцию пищевого продукта, его пластичные свойства, вязкость и ощущение наполненности во рту («mouth-feeling»).

Намазываемость маргарина, пластичность теста, жевательной резинки, взбитость мороженого определяются диспергирующим действием эмульгаторов. Взаимодействие эмульгаторов с белками муки укрепляет клейковину, что при производстве хлебобулочных изделий приводит к увеличению удельного объёма, улучшению пористости, структуры мякиша, замедлению черствения. В маргарине стабилизирующее действие эмульгаторов на поверхность раздела фаз и влияние на процесс кристаллизации жира определяют срок годности, разбрызгиваемость при нагревании и органолептические свойства. В производстве шоколада, шоколадных глазурей и т.п. добавка эмульгатора снижает вязкость шоколадных масс, улучшает их текучесть за счёт влияния на кристаллизацию какао-масла. Добавка эмульгаторов в сухое молоко, сухие сливки, супы и т.п. позволяет уменьшить размер жировых шариков, что ускоряет и облегчает разведение сухих продуктов в воде.

Эмульгаторы применяют для равномерного распределения нерастворимых в воде ароматизаторов, эфирных масел, экстрактов пряностей в напитках и пищевых продуктах.

Области применения: маргарины, майонезы и другие эмульгированные соусы, жиры для выпечки, хлеб и хлебобулочные изделия, кондитерские изделия, жевательная резинка, растворимый кофе, сухое молоко, супы быстрого приготовления и другие сухие продукты, ароматизаторы.

Эмульгаторы, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

2.2. Пенообразователи (foaming agents, foamers)

Пенообразователи — это эмульгаторы, создающие условия для равномерной диффузии газообразной фазы в жидкие и твёрдые пищевые продукты.

Пена представляет собой тонкую дисперсию воздуха в жидкости или твёрдом теле. Для образования пены могут быть необходимы поверхностноактивные свойства пенообразователей. В жиросодержащих пенных массах они располагаются на поверхности жировых шариков. Пенообразователи обеспечивают лучшее распределение жира и одновременно снижают антагонизм жиров и белков благодаря «гидрофилизации» поверхности жира. Кроме того, они способствуют необходимой частичной агломерации жировых шариков (деэмульгированию).

Области применения: кондитерские изделия, мороженое и другие взбитые десерты, молочные коктейли, пиво.

Пенообразователи, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

2.3. Загустители (thickening agents)

Загустители — это вещества, увеличивающие вязкость пищевых продуктов, загущающие их. Загустители улучшают и сохраняют структуру пищевого продукта, позволяют получать продукты с нужной консистенцией, «телом», которое положительно влияет на вкусовое восприятие (так называемый эффект «mouthfeel»). Благодаря способности увеличивать вязкость водных сред загустители стабилизируют дисперсные системы: суспензии, эмульсии и пены.

Загустители являются гидроколлоидами. Их молекулы представляют собой линейные или разветвлённые полимерные цепи, свёрнутые в клубки.

Благодаря особенностям своей структуры и многочисленным полярным группам, особенно гидроксильным, загустители, добавленные к пищевому продукту, вступают во взаимодействие с имеющейся в нём водой. Полярные молекулы воды располагаются при этом вокруг полярных групп загустителя. Благодаря сольватации, которая часто сопровождается раскручиванием молекулы, подвижность молекул воды ограничивается, а вязкость раствора возрастает. Макромолекулы, которые при набухании частично или полностью переходят в вытянутое состояние, в наибольшей степени увеличивают вязкость, так как гидродинамическое сопротивление длинных вытянутых полимерных цепей является наибольшим. Вязкость возрастает экспоненциально с увеличением длины цепи.

Увеличение степени разветвления молекулы гидроколлоида приводит к уменьшению вязкости, если расположение боковых цепей мешает связыванию молекул воды. Если же полярные и неполярные группы расположены преимущественно на концах цепи, это благоприятствует связыванию воды и возрастанию вязкости. Для макромолекул с высокой степенью разветвления достижение высокой вязкости возможно только в концентрированных растворах. Свойства загустителей, особенно нейтральных полисахароидов, можно менять путём химической модификации: введением в молекулу нейтральных или ионных заместителей. Ярким примером этого служат крахмалы, нативные и модифицированные. Путем модификации можно добиться следующих свойств у крахмалов:

• понижения или повышения температуры клейстеризации;
• понижения или повышения вязкости;
• повышения растворимости в холодной воде;
• эмульгирующих;
• снижение склонности к ретроградации;
• устойчивости к синерезису;
• устойчивости к кислотам;
• устойчивости к высоким температурам;
• устойчивости к циклам оттаивания - замораживания.

Сами по себе загустители не могут образовывать эластичные прочные гели. Чёткое разграничение между желеобразователями и загустителями, однако, не всегда возможно. Есть вещества, обладающие в разной степени свойствами и желеобразователя, и загустителя. Некоторые загустители в определённых условиях, например при определённой концентрации сахара, ионов Са++ или значении рН, могут образовывать прочные эластичные гели.

Гидроколлоиды не являются эмульгаторами, так как в их молекулах отсутствует характерное сочетание гидрофильных и липофильных групп. Исключение составляют неионогенные эфиры целлюлозы, например метилцеллюлоза, переэтерйфицированная метилцеллюлоза, КМЦ, и пропиленгликольальгинат.

Гидроколлоиды, применяемые в качестве загустителей и принадлежащие к группе полисахаридов, имеют растительное или микробное происхождение. Применение находят как натуральные полисахариды, так и модифицированные. Полисахариды, полученные из растений, подразделяют на экссудаты, смолы (защитные коллоиды, выделяемые растением при повреждениях), например трагакант; и муку семян (резервные полисахариды растений), например муку семян рожкового дерева. К модифицированным полисахаридам относят сложные эфиры целлюлозы, например метилцеллюлозу и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), а к микробным — ксантан.

Растительные гидроколлоиды по химическому строению подразделяются на три группы: кислые полисахариды с остатками уроновой кислоты, кислые полисахариды с остатками серной кислоты и нейтральные полисахариды. В качестве загустителей применяются кислые гидроколлоиды с остатками уроновой кислоты, например трагакант и гуммиарабик, а также нейтральные соединения, например камедь бобов рожкового дерева и гуар. Поведение нейтральных полисахаридов, в отличие от полиэлектролитов, практически не зависит от изменения рН среды и концентрации соли. К кислым полисахаридам с остатками серной кислоты, применяемым в качестве желеобразователей, принадлежат, например, агар и каррагинан (см. раздел 2.4).

Эффективность действия гидроколлоидов определяется не только структурными особенностями их молекул (длина цепи, степень разветвления, природа мономерных звеньев и функциональных групп и их расположение в молекуле, наличие гликозидных связей), но и составом пищевого продукта, способом его получения и условиями хранения. На растворение и диспергирование гидроколлоидов влияют размер и форма их частиц, удельная поверхность, гранулометрический состав. Большое значение имеет способ приготовления раствора (дисперсии): интенсивность и время перемешивания, температура, значение рН, присутствие электролитов, минеральных веществ и гидратируемых веществ, например сахара, возможность образования комплексов с другими имеющимися в системе соединениями, процессы распада, вызываемые ферментами или микроорганизмами. Есть загустители, которые могут образовывать ассоциаты с другими высокомолекулярными компонентами пищевого продукта, что вызывает заметное возрастание вязкости.

При совместном использовании двух и более загустителей возможно проявление синергического эффекта: смеси загущают сильнее, чем можно было бы ожидать от суммарного действия компонентов. Например, ксантан с гуаровой камедью или с камедью рожкового дерева. В последнем случае возможно даже гелеобразование.

Области применения: супы и соусы быстрого приготовления, консервированные супы и соусы, продукты глубокой заморозки, инстантные продукты, фруктовые наполнители и другие продукты переработки фруктов, фруктовые и овощные консервы, напитки, сметана, йогурт, кефир и другие кисломолочные продукты, сухие молочные продукты, мороженое, десерты, кисели, майонезы и другие эмульгированные соусы, маргарины, сыры, плавленые сыры и сырные продукты, мучные кондитерские изделия, сахарные изделия, жевательная резинка, жевательные конфеты, кетчуп и аналогичные продукты, диетические низкокалорийные продукты.

Загустители, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

Загустители, не имеющие разрешения к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

2.4. Гелеобразователи (gelling agents)

Гелеобразователи (желеобразователи, желирующие вещества) — это вещества, в определённых условиях способные образовывать гели.

Гели (желе) представляют собой дисперсные системы, по крайней мере, двухкомпонентные. Дисперсионной средой является жидкость. В пищевых системах это обычно вода, и гель носит название гидрогеля. Дисперсной фазой является желеобразователь, полимерные цепи которого образуют поперечно сшитую сетку. Вода в такой системе физически связана и теряет подвижность. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта.

Молекулы гелеобразователя связаны в трёхмерную сетку и тоже не обладают той подвижностью, которая есть у молекул загустителя в высоковязких растворах. Чёткое разграничение между гелеобразователями и загустителями, однако, невозможно. Обе группы веществ представляют собой макромолекулы с гидрофильными группами, которые вступают в физическое взаимодействие с имеющейся в продукте водой.

Структура и прочность пищевых гелей могут сильно различаться, например «нежный» эластичный желатиновый гель совсем не похож на «короткий» ломкий непрочный каррагинановый.

За исключением желатина (животный белок), гелеобразователи являются углеводами (полисахаридами) растительного происхождения, растительными гидроколлоидами. Их получают из наземных растений или водорослей. По химической природе гелеобразователи являются кислыми полисахаридами с остатками серной кислоты.

Гель практически является закреплённой формой коллоидного раствора, золя. Для превращения золя в гель необходимо, чтобы между распределёнными в жидкости молекулами начали действовать силы, вызывающие межмолекулярную сшивку. Это может происходить по-разному: снижением количества растворителя за счёт испарения; понижением растворимости распределённого вещества за счёт химического взаимодействия; добавкой веществ, способствующих образованию связей и поперечной сшивке; изменением температуры и регулированием величины рН.

Начало желирования сопровождается замедлением броуновского движения частиц дисперсной фазы (возрастанием вязкости), их гидратацией и образованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать гели зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стерические затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Для протекания процесса поперечной сшивки необходимо наличие активных или активированных групп (ОН, СООН) в определённых положениях.

Механизмы желирования различных гелеобразователей также могут сильно различаться. Сравним механизмы желирования высоко- и низкоэтерифицированных пектинов.

Способность желировать у высокоэтерифицированных пектинов (степень этерификации > 50 и < 75%, молекулярная масса > 10 ООО и < 300 ООО) основана на свойстве линейных молекул образовывать трёхмерную полимерную сетку в присутствии воды, кислоты и сахара. Межмолекулярные связи представлены водородными мостиками, свободные сегменты молекул сильно гидратированы. Присутствие определённого количества кислоты необходимо для подавления диссоциации свободных карбоксильных групп. Таким образом, общий отрицательный заряд молекул снижается и тем самым подавляется их взаимное отталкивание. Высокая концентрация нейтральныхcахаров, например сахарозы, в свою очередь снижает водную активность системы с одновременной дегидратацией пектиновых молекул, что приводит к более лёгкому сближению зон связывания. Низкоэтерифицированные пектины (степень этерификации < 50%), как и другие ионные гелеобразователи, желируют в присутствии определённых катионов, обычно кальция. Способность желировать для низкоэтерифицированных пектинов практически не зависит от содержания сухих веществ и значения рН. Так, молочные гели имеют рН около 6.5, а желированные фруктовые и овощные соки — около 2.5. Связывание полимерных цепочек низкоэтерифицированных пектинов происходит посредством поливалентных катионов (Са++). При чём концентрация ионов кальция очень важна для свойств геля, например при их недостатке гель не образуется, а при избытке образуется гель, склонный к синерезису; кроме того, в осадок выпадает соль — пектинат кальция.

Гелеобразователи не являются эмульгаторами. В их молекулах отсутствуют липофильные и гидрофильные группы, однако некоторые гелеобразователи стабилизируют эмульсии. В первую очередь это относится к альгинатам, поэтому их обычно используют в кисломолочных продуктах, подвергаемых пастеризации.

При совместном использовании различных гелеобразователей возможно проявление эффекта синергизма, взаимного усиления.

Гелеобразователи могут выполнять функции стабилизаторов пены и средств для обработки виноматериалов.

Области применения: мармелады, желе, варенья, фруктовые наполнители, жевательные конфеты, жевательная резинка, пралиновые и другие кондитерские массы, низкокалорийные продукты, кисломолочные продукты, низкокалорийные масла, какао и шоколадные напитки, молочно-фруктовые напитки, молоко, сливки и сгущённое молоко и сливки, мороженое и другие молочные десерты, пудинги, сыры, плавленые сыры и продукты их переработки, быстрозамороженные продукты, особенно рыба, заливки для овощей, мяса или рыбы, студень, фаршевые мясо- и рыбопродукты, новые продукты на основе эмульсий.

Гелеобразователи, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

Гелеобразователи, не имеющие разрешения к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

2.5. Стабилизаторы (stabilizers)

К стабилизаторам относятся :

2.6. Наполнители (bulking agents)

Наполнители — это инертные вещества, необходимые в производстве низкокалорийных продуктов. Они не имеют или практически не имеют пищевой ценности и используются для компенсации потери массы и объёма продукта при снижении содержания в нём жира, сахара и других углеводов. Кроме того, наполнители вызывают чувство насыщения, не привнося дополнительных калорий в рацион. Наполнители также являются основой таблеток, например таблеток быстрорастворимых напитков или подсластителей.

Простейшими «наполнителями» являются вода и воздух. Их использование в пищевых продуктах требует дополнительного внесения эмульгаторов и загустителей. Важнейшими наполнителями являются крахмалы, сахар, различные виды целлюлозы.

Области применения: кондитерская, масложировая и хлебопекарная промышленность, производство соусов, майонезов, кетчупов, напитков и т.д.

Наполнители, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ:

*****