Возможные источники образования, тип и форма некоторых пен в пищевой промышленности и продуктов питания

Если пенообразующим веществом служит яичный белок, то вследствие развертывания молекул белка на межфазной поверхности 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.

Пенообразные пищевые продукты содержат значительные количества влаги.Так, пастила и зефир содержат влаги до 14-18%. При производстве пенообразных продуктов питания важным моментом является такой подбор пищевых ве­ществ, которые способствовали бы повышению устойчивости пены. Пищевые продукты в виде пен изготавливают также в аэрозольных упаковках.

В соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 технологические функции пенообразователя имеют четыре пищевые добавки (табл. 19).

Таблица 19

Пищевые пенообразователи

Конденсационный способ получения пен основан на пересыщении раствора газом. К этому способу относится получение пен в результате химических реакций и микробиологических процессов, которые сопровождаются выделением газа. Так, в процессе брожения теста, которое идет по схеме молочнокислого брожения, из глюкозы помимо молочной и янтарной кислот образуются газы (СО₂ + Н₂), которые вызывают пенообразование.

При снижении давления и повышении температуры растворимость газа в жидкости снижается. Жидкость вспенивается, из нее может выделяться газ. Подобный процесс происходит при откры­тии бутылок с игристыми винами, пивом и другими напитками, отлично от шампанского, лимонада и боржоми пиво содержит пенообразователи - хмелевые смолы, белки, декстрины и др.

Пенообразователи (Geling agent)

Чтобы придать пищевым продуктам требуемую консистенцию и улучшить ее, применяют пищевые добавки, изменяющие их реологические свойства. Ассортимент веществ, улучшающих консистенцию, достаточно широк - это загустители, гелеобразователи, пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также стабилизато­ры физического состояния.

Загустители и гелеобразователи, введенные в жидкую пищевую систе­му в процессе приготовления пищевого продукта, 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.

Улучшители консистенции применяют преимущественно в про­изводстве пищевых продуктов, имеющих неустойчивую консистенцию и гомогенную структуру. Такие продукты, как, например, мороженое или мармелад, сыры или колбасы, при использовании и ки­нологии их производства указанных пищевых добавок приобретают качественно более высокие показатели.

Перечень загустителей и гелеобразователей, разрешенных к применению в производстве пищевых продуктов в России, включает свыше 50, добавок (табл.20).

Таблица 20

Пищевые загустители и гелеобразователи, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации

В химическом отношении эти пищевые добавки очень сходны. Это макромолекулы, в которых равномерно распределены гидро­фильные группы, с которыми вступает во взаимодействие вода. У гелеобразователей возможно обменное взаимодействие с неоргани­ческими ионами, в особенности с ионами водорода и кальция, с меньшими органическими молекулами, например олигосахаридами. В обоих случаях вода оказывается связанной, что приводит к потере ею подвижности в коллоидной системе и изменению кон­систенции пищевого продукта. Загустители образуют с водой высоко­вязкие растворы, а гелеобразователи — гели. При этом одни и те же вещества в зависимости от их концентрации в пищевом продукте могут выполнять роль как загустителя, так и гелеобразоватсля.

Различают загустителе и гелеобразователи натуральные, полусинтетические и синтетические. Натуральные и полусинтетические добавки этой группы применяют при производстве пищевых про­дуктов, синтетические - только при производстве косметических изделий. К натуральным загустителям и гелеобразователям относят растительные камеди и слизи из семян льна и айвы, рожкового де­рева, астрагала, аравийской акации; агар, агароид, пектин, желатин, альгинат натрия. К полусинтетическим - производные натуральных веществ, физико-химические свойства которых изменены в требуемом направлении введением определенных функциональных групп: метил целлюлоза, этил целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, амилопектин, модифицированные крахмалы.

Подавляющее большинство загустителей и гелеобразователей со ста­тусом пищевых добавок относится к классу полисахаридов (гликанов). Исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу.

В группу пищевых добавок целлюлозной природы (Е460-Е467) вхо­дят продукты механической и химической модификации и деполимери­зации натуральной целлюлозы, представляющей собой линейный поли­мер, который состоит из соединенных β-1,4-гликозидными связями ос­татков D-глюкопиранозы.

Наличие β-гликозидной связи приводит на уровне вторичных и тре­тичных структур (конформации полимерных цепей, упаковки цепей в фибриллы) к формированию линейных молекул с зонами кристаллич­ности (высокоориентированными участками), включающими отдельные аморфные (неориентированные) участки. Такое строение обуславливает большую механическую прочность волокон целлюлозы и их инертность по отношению к большинству растворителей и реагентов.

ЦЕЛЛЮЛОЗА. В пищевой технологии находят применение целлю­лоза и ее производные: микрокристаллическая целлюлоза (Е 460), метил целлюлоза (Е 461), карбоксиметилцеллюлоза (Е 466), гидрооксипропилцеллюлоза (Е 463), гидроксипропилметилцеллюлоза (Е 464), метилэтилцеллюлоза (Е 465). Эти пищевые добавки исполь­зуют в производстве мороженого, кондитерских изделий и соусов. Про­изводные целлюлозы применяют в качестве диетических волокон при создании сбалансированных продуктов питания. Они являются также эффективными загустителями, стабилизаторами и эмульгаторами.

Целлюлоза является основным веществом растительных клеток и составляет от 50 до 70% древесины, 98% хлопка, волокна льна и конопли.

Чистая целлюлоза не растворяется в воде. Чтобы сделать целлю­лозу растворимой, ее подвергают химической модификации путем введения реакционноспособных групп в гидроксильные группы молекулы полисахарида (метил-, карбоксиметил-, гидроксипропил и др.). Благодаря этому получают продукты разрыхленной структу­ры. Среди производных целлюлозы наибольшее значение имеют метил целлюлоза и карбоксиметил целлюлоза, которые получают, воздействуя адкилирующими реактивами, например галоидными алкилами или диалкилсульфатами, на алкал ил целлюлозу.

Метилцеллюлоза имеет вид волокнистого порошка от белого до серо-белого цвета. При содержании менее двух метильных остатков на один остаток глюкозы она растворима в холодной воде, а в теп­лой - переходит в гель. Растворимость метилцеллюлозы уменьша­ется с повышением температуры. Она практически не растворяется в воде при температуре, близкой к температуре кипения.

Гелеобразование в растворах метил целлюлозы вызвано главным образом гидрофобным взаимодействием неполярных группировок макромолекул.

Карбоксиметилцеллюлоза имеет вид белого волокнистого порош­ка, растворимого в воде. Ее получают из чистой целлюлозы хлопка. Она адсорбирует воду в 50-кратном количестве, образуя коллоид­ные системы.

Микрокристаллическая целлюлоза — это частично гидролизованная кислотой целлюлоза. Поэтому она отличается от натуральной целлюлозы укороченной молекулярной цепью, отсутствием ассоци­ативных связей. Водные дисперсии микрокристаллической целлю­лозы гелеподобны при концентрации около 1%. Причем с увеличе­нием концентрации дисперсионных систем (около 1,2...1,5%) их псевдопластичность становится более заметной. Кроме того, вяз­кость систем возрастает во времени, особенно через 18 ч хранения.

Использование микрокристаллической целлюлозы в качестве за­густителя в эмульсии типа вода-масло позволяет снизить содержа­ние в ней масла до 20%.

Объединенным комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым до­бавкам установлены ДСД производных целлюлозы для человека в ко­личестве до 30 мг на 1 кг массы тела.

Традиционно эти добавки используются при изготовлении хлебобу­лочных и кондитерских изделий, молочных и низкожирных эмульсион­ных продуктов, а также безалкогольных напитков, где выступают в каче­стве эмульгаторов и стабилизаторов многокомпонентных дисперсных си­стем, суспензий и эмульсий, обеспечивают необходимые консистенцию и вкусовые свойства.

Пектины, наряду с галактоманнанами (гуаровой камедью и камедью
рожкового дерева), являются основными представителями группы гетерогликанов высших растений.

ПЕКТИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА (Е 440) - улучшители консистенции: загустители, уплотнители, гелеобразователи, стабилизаторы и эмуль­гаторы.

Пектиновые вещества представляют собой высокомолекулярные полисахариды, входящие в состав клеточных стенок и межклеточ­ных образований совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой и лиг­нином. В понятие «пектиновые вещества» входят гидратопектин (рас­творимый пектин), протопектин (нерастворимый в воде пектин), пектиновые кислоты и пектинаты, пектовые кислоты и пектаты. Ос­новным структурным признаком пектиновых веществ являются ли­нейные молекулы полигалактуроновой кислоты, в которой моно­мерные звенья связаны α-1,4 гликозидной связью.

Основ­ными свойствами пектиновых веществ, которые определяют области их применения в пищевой промышленности, являются студнеобразующая и комплексообразующая способности.

Студнеобразующая способность пектина зависит от ряда факто­ров: молекулярной массы, степени этерификации, количества бал­ластных по отношению к пектину веществ, температуры и рН сре­ды, содержания функциональных групп.

Высокоэтерифированные пектины применяют в качестве студнеобразователя при производстве кондитерских (мармелад, пас­тила, зефир, желейные конфеты) и консервных (желе, джем, конфитюр, фрукты в желе) изделий; в качестве стабилизаторов при про­изводстве молочных напитков, майонеза, маргарина, аналогов сли­вочного масла, соусов, мороженого, рыбных консервов; в качестве средства, замедляющего черствление в производстве хлебобулочных изделий; в качестве загустителей при производстве фруктовых со­ков и киселей. Низкоэтерифированные пектины применяют при изготовлении овощных желе, паштетов, студней, сыров и пищевых продуктов детского, лечебного и профилактического питания.

Для АМИДИРОВАННОГО ПЕКТИНА, у которого часть свободных карбоксильных групп превращена в амиды, установлена вели­чина ДСП - 25 мг/кг массы тела.

Амидированный пектин проверен Объединенным комитетом экс­пертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам. Результаты долгосрочных исследований на крысах не содержат никаких доказательств канцеро­генной активности этого вещества; исследования тератогенного дей­ствия также показали отсутствие неблагоприятных последствий.

Молекулы высокоэтерифицированных пектинов могут образовывать пектин-протеиновые комплексы. При рН 4,0-4,2 они вступают во взаимодействие с молекулами казеина молока, что приводит к изменению общего заряда белковых молекул и обеспечивает их физическую стабиль­ность в кислой среде.

Кроме того, пектины как растворимые пищевые волокна являются физиологически ценными пищевыми добавками (функциональными ин­гредиентами), присутствие которых в пищевых продуктах традиционно­го рациона способствует улучшению состояния здоровья человека. Спе­цифическое физиологическое воздействие растворимых пищевых воло­кон связано с их способностью снижать уровень холестерина в крови, нормализовать деятельность желудочно-кишечного тракта, связывать и выводить из организма некоторые токсины и тяжелые металлы. Реко­мендуемое суточное потребление пектиновых веществ в рационе здоро­вого человека составляет 5-6 г.

Галактоманнаны представляют собой гетерогликаны, содержащиеся в семенах стручковых растений и выполняющие функцию предотвраще­ния обезвоживания семян. Коммерческие препараты растительных галактоманнанов получили название камедей. Наиболее распространен­ными в качестве пищевых добавок в этой группе являются галактоманнаны семян двух видов растений — ryapa (Cyamopsistetragonolobus), про­израстающего в Индии и Пакистане, и рожкового дерева (Ceratonia siligua), произрастающего на побережье Средиземного моря.

Камедь рожкового дерева (цареградского стручка, цератонии) - Е 410 получают, используя плоды дерева Caratonia siligua.

Полисахаридная структура образована из длинных линейных цепей, состоящих из молекул D-маннозы с боковой цепью D-галактозы. Распределение боковых цепей галактозы не упорядочено. Соотношение маннозы и галакто­зы 4:2. Камедь рожкового дерева плохо растворяется и набухает в холодной воде. Для интенсификации процесса гидратации раствор полисахарида нагревают до 63...65°С. При концентрации 2...3% об­разуется густая пастообразная масса, но не гель. В пищевой промыш­ленности камедь рожкового дерева применяется в основном в каче­стве загустителя..

Гуаровая камедь (Е412), используемая в пищевой промышленности, содержит (в %): полисахарида - 85,0; протеина - 4,0; сырой клетчатки - 1,5; золы - 0,5; воды - 9,0. Ее получают из семян циамонсиса. После крахмала и гуммиарабика гуаровая камедь является наи­более распространенным гидроколлоидом в производстве пищевых и кормовых продуктов. Гуаровая камедь имеет нейтральные вкус и запах, растворяется в холодной воде, образуя вязкие растворы в об­ласти рН 2,5...7,0. Она хорошо совместима с другими гидроколлои­дами - ксантаном, каррагинаном. При этом их совместное приме­нение взаимно усиливает структурообразующие свойства, проявля­емые каждым полимером в отдельности. Гуаровую камедь применя­ют как загуститель при производстве мороженого, соусов, низкокалорийных продуктов.

Камеди вырабатываются также некоторыми видами деревьев, рас­тущих в тропиках и субтропиках. В пищевой промышленности используют камеди гуммиарабика (Gum Acacia) - Е 414, трагаканта (Gum Tragacanth) - Е 413, карайя (Gum Саrауа) - Е 416.

Трагакант - по химическому составу это смесь нейтральных и кис­лых полисахаридов, состоящая в основном из L-арабинозы, D-ксилозы, D-галактозы и галактуроновой кислоты. Трагакант медленно набухает в холодной воде, образуя вязкие коллоидные суспензии или полугели, растворяется в теплой воде. Реологические свойства раство­ров трагаканта стабильны во времени, но изменяются в зависимости от происхождения и степени очистки камеди.

Гуммиарабик (аравийская камедь) - это полисахарид, в состав ко­торого входит D-галактоза, L-арабиноза и D-глюкуроновая кисло­та. Гуммиарабик выделяется только двумя видами африканской ака­ции: Acacia Senegal и Acacia seual. Существуют химические различия между этими двумя типами камедей из рода Acacia, которыми и обус­ловлены их различные свойства. Гуммиарабик из акации сенегаль­ской имеет большую молекулярную массу, высокоразветвленную хи­мическую структуру. Водные растворы этой камеди не обладают высокой вязкостью при концентрации менее 30%.

Камедь карайя (индийский трагакант) - по химическому составу
это частично ацетилированный полисахарид, содержащий L-рамнозу, D-галактозу и D-остатки галактуроновой кислоты. Она набухает в холодной воде в течение нескольких часов, образуя неоднородный густой гель. Добавление щелочи вызывает деацетилирование камеди и модификацию ее функциональных свойств. Она не
является нейтральным веществом и иногда имеет запах уксусной кислоты. Камедь карайя применяется в качестве эмульгируюшего, вяжущего компонента.