Пищевые добавки - Пищевые эмульгаторы.

 Пищевые добавки - Пищевые эмульгаторы.Вещества, регулирующие консистенцию.

Пищевые эмульгаторы

Эмульгаторы добавляются в пищевые продукты с целью создания и стабилиза­ции эмульсий и других дисперсных систем. Действие эмульгаторов многосторонне. Они ответственны за взаимное распределение двух несмешивающихся фаз, за кон­систенцию изделия, его пластичные свойства, вязкость и ощущение «наполненно­сти» во рту. Эмульгаторы, создающие условия для равномерной диффузии газообразной фазы в жидкие и твердые среды, носят название пенообразователей. Эмульгаторы, добавляемые в жидкие взбитые продукты для предотвращения осе­дания пены, называются стабилизаторами пены.

Эмульгаторы обладают поверхностно-активными свойствами, то есть, концен­трируясь на поверхности раздела несмешивающихся фаз, они могут снижать меж­фазное поверхностное натяжение. Тем самым термины «эмульгатор» и «поверхностно-активное вещество (ПАВ)» в применении к пищевым ингредиентам можно считать синонимами.

Пищевые дисперсные системы (дисперсии) представляют собой гетерогенные системы из двух или более несмешивающихся фаз с развитой поверхностью раздела между ними. Одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, по объему которой распределена дисперсная фаза в виде мелких твердых частиц, капель или пузырьков. Дисперсные системы с частицами крупнее 10-4 см обычно называют грубодисперсными, с частицами от 10-5 до 10-7 см — высокодисперсными, или кол­лоидными. Системы с газовой дисперсионной средой называют аэрозолями и аэрогелями, с жидкой — эмульсиями и суспензиями. Системы с газовой дисперсной фазой — пенами.

В пищевой промышленности чаще всего встречаются эмульсии, состоящие из воды и масла: прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде» — М/В), и обратные, или инвертные (типа «вода в масле» — В/М). Типичный пример прямой пищевой эмульсии — сливочный крем, обратной — мар­гарин. Изменение состава эмульсии или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную, или наоборот. Этот процесс называют «инверсией (обращением) фаз».

Пена представляет собой тонкую дисперсию воздуха в жидкости или твердом теле. Чтобы пена образовалась и могла существовать, необходимо присутствие в системе поверхностно-активных веществ — пенообразователей. Эти же вещества чаще всего выполняют и роль стабилизаторов пены.

Пищевые эмульгаторы, пенообразователи и стабилизаторы пены представляют собой органические соединения, обладающие поверхностно-активными свойства­ми. Их молекулы имеют дифильное строение, т. е. 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 межфазный 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. Пено­образователи и стабилизаторы пены преимущественно располагаются на поверхно­сти пузырьков воздуха, образуя там прочную пленку, которая усиливает сопротив­ляемость пузырьков к слипанию. В жиросодержащих пенных массах, например, во взбитых сливках, эмульгаторы располагаются на поверхности жировых шари­ков [58]. Они 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).

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 (смачивающих агентов), характеризую- юй I      щиеся величиной ГЛБ от 15 до 18 — в качестве солюбилизаторов (веществ, способ­ствующих образованию коллоидных растворов). Гидрофильно-липофильный баланс — величина аддитивная, т.е. 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,   маргарин представляет собой эмульсию типа «вода в масле», поэтому для его полу­чения применяют эмульгаторы с величиной ГЛБ 3-6. Сливочный крем представля­ет собой эмульсию «масло в воде», для него используют эмульгаторы, имеющие ГЛБ 8-18.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества. Типичными и старейшими эмульгаторами являются белок и желток куриного яйца, природный лецитин, сапонины (например, отвар мыльного корня). Все они в большей или меньшей степени сохранили свою популярность в производстве кондитерских изделий, однако в промышленности широко используются и синтетические эмульгаторы, или продукты химической модификации природных веществ, промышленное производство которых начало развиваться в 20-е гг. прошлого столетия. Целью химической модификации натуральных эмульгаторов является изменение их гидрофильно-липофильного баланса, например, ГЛБ лецитинов можно менять от 2 до 10 (табл. 5). Соответственно меняется и их поведение в пищевых системах. Поскольку ГЛБ является величиной аддитивной, смешиванием нескольких эмульгаторов можно получать эмульгирующие системы, поведение которых сильно отличается от поведения компонентов [58]. Например, гидролизованные лецитины (ГЛБ 8) в смесях с другими эмульгаторами могут иметь величину ГЛБ 12. Величина ГЛБ может зависеть от рН среды: например, в нейтральной и щелочной среде ГЛБ аммонийных солей фосфатидиловой кислоты (Е442) заметно выше, чем в кислой, е I Наиболее популярными пищевыми эмульгаторами являются моно-и диглицериды жирных кислот (Е471), эфиры глицерина, жирных и органических кислот (Е472),

Лецитины, фосфатиды (Е322), аммонийные соли фосфатидиловой кислоты (Е442), полисорбаты, Твины (TWEEN) (Е432-Е436), эфиры сорбитана, Спэны (SPAN) (Е491-Е496), эфиры полиглицерина и взаимоэтерифицированных рициноловых ки­слот (Е476), эфиры сахарозы и жирных кислот (Е473), стеароиллактаты натрия (Е481), стеароиллактаты кальция (Е482). Величины их ГЛБ представлены в табл. 5.

Лецитины являются классическими «природными» эмульгаторами и антиокис­лителями в яйце, сливках и сливочном масле.

Лецитин представляет собой смесь фракций фосфолипидов. В состав обычного очищенного (обезжиренного) лецитина входят фосфатидилхолины (23%), фосфати- дилинозиты (19%), фосфатидилэтаноамины (21%), фосфатидилсерины (15%). Кроме того, есть торговые марки с повышенным содержанием отдельных фракций, в том чис­ле фосфатидилхолина. Поэтому лецитины могут выполнять эмульгирующую функ­цию яичного желтка, что позволяет снижать расход яйцепродуктов в рецептурах кон­дитерских изделий. В количестве 2-10 г/кг лецитины могут выполнять все функ­ции эмульгаторов, описанные выше. Малая термостойкость (покоричневение) и склонность к гидратации (образование мути) не создают больших помех для примене­ния немодифицированнош лецитина в кондитерском производстве.

3

 * В кислой среде. В нейтральной и щелочной намного выше. ** ГЛБ меняется от 4 в кислой среде до 12 в нейтральной.

Несмотря на то что яичный желток исключительно богат лецитином, особенно фосфатидилхолином, основным источником промышленного производства леци­тинов являются соевые бобы.

Существуют различные способы модификации лецитинов, в результате которых величина ГЛБ может быть существенно изменена. Спектр применения модифициро­ванных лецитинов шире спектра применения «нативных». Так, например, введение ацетогрупп повышает термостойкость лецитина, сложные эфиры лимонной и молоч­ной кислот изменяют его эмульгирующую силу и повышают способность к растека­нию и комплексообразованию, усиливая таким образом антиокислительное действие. Технологический и коммерческий успех ферментативно-гидролизованных лецитинов в пищевой промышленности обусловлен их исключительными эмульгирующими свойствами в системах масло — вода.

Часто используемыми соэмульгаторами лецитинов являются моно- и диглицериды жирных кислот. Обычно их смешивают в соотношениях 1: 1, 1: 2,1:3, 2 :3.

Моно- и диглицериды являются относительно инертными веществами и в боль­шинстве случаев применяются только в активированной форме, например, в форме порошка, полученного распылительной сушкой на подходящем носителе или гид­ратацией. В большинстве случаев действуют только моноглицериды. Твердые (на­сыщенные) моноглицериды улучшают взбитость и стабильность пены, в то время как моноглицериды ненасыщенных жирных кислот действуют, скорее, как анти- вспенивающие средства.

Практически единственной областью применения фосфатидов аммония (Е442) является шоколадное производство.

Конденсированные полиоксиэтиленовые цепи придают сложным эфирам сорбитана и жирных кислот высокую термостойкость, высокую устойчи­вость к гидролизу, водорастворимость (при высоком содержании полиоксиэтиле- нов), гидрофильный характер, хорошую смачиваемость, независимое от рН дейст­вие, высокую активность на границе раздела фаз, диспергирующее действие. Таким образом, полисорбаты становятся сильными эмульгаторами в системах масло — во­да, малозависимыми от свойств диспергируемых фаз.

Ацетожирами являются и глицериды натуральных жирных кислот с четным чис­лом атомов углерода от С2 до С18 и уксусной кислоты. Поскольку ацетожиры содер­жат только насыщенные жирные кислоты, они устойчивы к кислороду и свету, а так­же осмолению и прогорканию, но легко отщепляют уксусную кислоту. Они вряд ли обладают эмульгирующим действием, но могут влиять на кристаллическую структу­ру и пластичность жиров, выполнять роль смазки, разделяющего агента, образовы­вать твердые, крепко держащиеся и устойчивые к разрушению покрытия и пленки.

Молочно-кислые глицериды являются прекрасными эмульгаторами при взби­вании трехфазных систем и облегчают взбивание теста, маргаринов для выпечки, десертов. Но их применение ограничивается пенными продуктами с коротким вре­менем жизни. Из-за склонности к гидролизу они могут использоваться только в по­рошкообразных продуктах длительного хранения.

Глицериды лимонной кислоты делают возможным одноэтапное приготовление кондитерских изделий, улучшают взбитость и снижают опасность плесневения.

Эмульгаторы, обозначаемые как Е472е и Е472£ (ДВК-эфиры, БАТЕМ), невоз­можно различить ни при анализе, ни при использовании. Они представляют собой смесь сложных эфиров глицерина с молекулами жирных, винной и уксусной ки­слот, причем винная кислота может быть этерифицирована еще 2 молекулами глицерида. Область их использования — практически исключительно хлебопечение.

Эфиры сахарозы и жирных кислот и сахароглицериды состоят из обычных пище­вых продуктов: сахара и жира или жирных кислот — и были бы идеальными пищевы­ми эмульгаторами, если бы не два недостатка. Во-первых, их производство очень сложное; необходима дорогостоящая очистка от побочных продуктов, катализато­ров и растворителей, что сильно удорожает продукт. Во-вторых, эфиры сахарозы очень труднорастворимы; их использование требует присутствия растворителей.

Моноэфиры сильно снижают поверхностное натяжение на границе фаз мас­ло — вода, они являются хорошими эмульгаторами систем «масло в воде». Ди- и триэфиры менее гидрофильны и не растворяются ни в воде, ни в жире.

Эфиры сахарозы и жирных кислот и содержащие их сахароглицериды можно применять в качестве соэмульгаторов для стабилизации активной формы моногли- церидов при их использовании в различных областях. Эфиры сахарозы И сахаро­глицериды используются в качестве компонента воскожировых составов для по­крытий.

Сложные эфиры жирных кислот и сорбита (SPANны) не создают таких про­блем при растворении и производстве, как сложные эфиры сахарозы и жирных ки­слот Е473. Эфиры сорбитана с 1-3 жирными кислотами имеют достаточную рас­творимость (диспергируемость) в пищевых системах. SPANны с 2-3 жирными кислотами действуют как эмульгаторы в системах вода — масло, моноэфиры, на­против, стабилизируют эмульсии «масло — вода», причем в обоих случаях воз­можно обращение фаз. Устойчивость SPANов к гидролизу достаточна для пище­вых систем. Термостабильность также хорошая. Основные области использова­ния: печенье, кексы, взбитые сливки и другие взбитые продукты, жиры для выпечки, шоколад и глазури.

Эфиры полиглицерина и жирных кислот обладают достаточной для использо­вания в водных системах устойчивостью к гидролизу и температурным воздействи­ям, которые позволяют подвергать их кипячению и стерилизации, но эфиры поли­глицерина нестойки в отношении липофильных ферментов.

Раздельная полимеризация жирных кислот и глицерина с последующей этерификацией ведет к образованию неионогенных, относительно высокомолекулярных эмульгаторов Е476 — эфиров полиглицерина — и взаимоэтерифицированных ри- циноловых кислот (РОР11). Они поразительно сильно влияют на поверхностное натяжение в системах масло — вода и масло — жировой кристалл.

Для Е476 есть две различных области применения:

1)  в качестве эмульгатора и разделителя в разделяющих эмульсиях, спреях и восках для смазывания пекарских форм, противней, а также формующих и штампующих машин для кондитерских изделий;

2)  для снижения вязкости темперируемых шоколадных масс при размалыва­нии, вальцевании и коншировании, а также для лучшего формования. РвР11 также хорошо подходит для получения тонких, но плотных и прочных шоко­ладных глазурей (покрытий).

Сложные эфиры пропиленгликоля и жирных кислот (Е477) имеют величины ГЛБ ниже, чем у моноглицеридов, однако кристаллизуются всегда в а-форме и пе­реводят жиры и другие эмульгаторы, в особенности моноглицериды, в активную и легкогидратируемую а-форму. Поэтому они чаще всего используются в качестве соэмульгаторов, повышая взбитость пен в десертах и стабилизируя другие препара­ты эмульгаторов.

Термически окисленное соевое масло (Е479) применяют в разделительных вос­ках и эмульсиях. Поскольку оно содержит оксистеарин, масло может использовать­ся также в качестве антивспенивателя.

Свободная стеароилмолочная кислота трудно поддается механической обра­ботке из-за большого температурного интервала плавления. Лактилаты (Е481, Е482), наоборот, хорошо мелются до стабильных порошков.

Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий