Пищевые добавки — Загустители и желеобразователи

Загустители и желеобразователи

Загустители — вещества, увеличивающие вязкость пищевых продуктов, загущающие их. Желеобразователями (гелеобразователями) называются вещества, в определенных условиях способные образовывать желе (гели), структурированные дисперсные системы. Загустители и желеобразователи позволяют получать пищевые продукты с нужной консистенцией, улучшают и сохраняют структуру продук­тов, оказывая при этом положительное влияние на их вкусовое восприятие. Благо­даря способности связывать воду загустители и желеобразователи стабилизируют дисперсные системы: суспензии, эмульсии, пены. Они почти всегда одновре­менно выполняют другие технологические функции: стабилизаторов и влагоудерживающих агентов. Кроме того, их классифицируют как пищевые волокна.

Четкое разграничение между желеобразователями и загустителями не всегда возможно.

Есть вещества, обладающие в разной степени свойствами и желеобразователя, и загустителя. Некоторые загустители в определенных условиях могут об­разовывать прочные, эластичные гели.

Загустители и желеобразователи по химической природе представляют собой линейные или разветвленные полимерные цепи с гидрофильными группами, кото­рые вступают в физическое взаимодействие с имеющейся в продукте водой . За исключением микробных полисахаридов ксантана Е415 и геллановой камеди Е418, а также желатина (животный белок), желеобразователи и загустители явля­ются углеводами (полисахаридами) растительного происхождения, растительны­ми гидроколлоидами. Их получают из наземных растений или водорослей. Из бу­рых водорослей получают альгиновую кислоту Е400 и ее соли Е401-404. Наиболее популярные желеобразователи агар (агар-агар) Е406 и каррагинан (в том числе фурцеллеран) Е407 получают из красных морских водорослей, а пектин Е440 — чаще всего из яблок и цитрусовых. Полисахариды, полученные из растений, подраз­деляют на защитные коллоиды, выделяемые растением при повреждениях (эксуда­ты, смолы), и муку семян (резервные полисахариды растений). К смолам относятся арабиногалактан Е409, трагакант Е413, гуммиарабик Е414, камедь карайи Е416, ка­медь гхатти Е419. К резервным полисахаридам — мука (камедь) плодов рожкового дерева Е410, овсяная камедь Е411, гуаровая камедь Е412, камедь тары Е417, конжаковая камедь Е425.

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 (Е413) и гуммиарабик (Е414) [110], а также нейтральные соединения, например, камедь плодов рожкового дерева (Е410) и гуар (Е412). Кислые полисаха­риды с остатками серной кислоты применяются в качестве желеобразователей, на­пример, агар (Е406) и каррагинан (Е407).

Молекулы загустителя свернуты в клубки. Попадая в воду или в среду, содер­жащую свободную воду, клубок молекулы загустителя благодаря сольватации рас­кручивается, подвижность молекул воды ограничивается, а вязкость раствора воз­растает (табл. 6).

Свойства загустителей, особенно нейтральных полисахаридов, можно менять путем физической обработки, например термической, или путем химической моди­фикации, например, введением в молекулу нейтральных или ионных заместителей. К модифицированным полисахаридам относят сложные эфиры целлюлозы Е461-Е467. Путем химической или физической модификации крахмала можно до­биться: понижения или повышения температуры его клейстеризации; понижения или повышения вязкости клейстера; повышения растворимости в холодной воде; появления эмульгирующих свойств; устойчивости к синерезису, кислотам, высо­ким температурам, циклам оттаивания — замораживания; снижения склонности к ретроградации. При этом получают разные виды модифицированных крахмалов (Е1400-Е1405, Е1410-Е1414, Е1420-Е1423, Е1440, Е1442, Е1443, Е1450, Е1451) [95].

Гели (желе) представляют собой дисперсные системы, по крайней мере двух- компонентные, состоящие из дисперсной фазы, распределенной в дисперсионной среде. Дисперсионной средой является жидкость. В пищевых системах это обычно вода, и гель поэтому носит название гидрогеля. Дисперсной фазой является желе- образователь, полимерные цепи которого образуют поперечно сшитую сетку и не обладают той подвижностью, которая есть у молекул загустителя в высоковязких растворах. Вода в такой системе физически связана и тоже теряет подвижность. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта. Структу­ра и прочность пищевых гелей, полученных с использованием разных желеобразо- вателей, могут сильно различаться.

Гель практически является закрепленной формой коллоидного раствора — золя. Для превращения золя в гель необходимо, чтобы между распределенными в жидкости молекулами начали действовать силы, вызывающие межмолекулярную сшивку. Это может происходить по-разному: снижением количества растворителя за счет испарения; понижением растворимости распределенного вещества за счет 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. Механизмы желирования желеобразователей также могут сильно различаться, в настоящее время выделяют три основных механизма желирования: сахарно-кис­лотный, модель «яичной упаковки» и модель двойных спиралей (табл. 7).

Рассмотрим более подробно желирование высоко- и низкоэтерифицированных пектинов.

Способность желировать у высокоэтерифицированных пектинов (степень этерификации от 50 до 75%, молекулярная масса от 10000 до 300000) основана на свойстве линейных молекул образовывать трехмерную полимерную сетку в при­сутствии воды, кислоты и сахара. Межмолекулярные связи представлены водород­ными мостиками, свободные сегменты молекул сильно гидратированы. Присутст­вие определенного количества кислоты необходимо для подавления диссоциации свободных карбоксильных групп. При этом общий отрицательный заряд молекул снижается и тем самым подавляется их взаимное отталкивание. Высокая концен­трация нейтральных Сахаров, например, сахарозы, в свою очередь, снижает водную активность системы с одновременной дегидратацией пектиновых молекул, что при­водит к более легкому сближению зон связывания.

Низкоэтерифицированные пектины (степень этерификации <50%), как и дру­гие ионные желеобразователи, желируют в присутствии определенных 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 (Са²⁺). Причем 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.