Рыбные стуктурообразователи

Агар-агар и агароид. Название этого полимера имеет малазийское происхождение и означает "желирующий продукт питания из водорослей" [25]. Основу агар-агара составляет агароза, молекула которой имеет чередующуюся структуру дисахарида, построенную из D- галактозы и 3,6-ангидро-L-галактозы, соединенных связями 1,4 и -1,3 [25].

Агар состоит из смеси агароз, различающихся по степени полимерности; в их состав могут входить разные металлы (калий, натрий, кальций, магний) и присоединяться по месту функциональных групп. В зависимости от соотношения полимеров, вида металла значительно меняются свойства агар-агара. Например, при наличии в агарах одновалентных металлов повышается или понижается прочность студня, что не отмечено в отношении двухвалентных металлов [14].

В мировой практике наиболее важными источниками сырья для  получения агара являются многочисленные виды красных водорослей - гелидиевых (Gelidium), грацилярии (Gracilaria verrucosa [Huds]), эухеумы (Euchevma) и анфельции (Ahnfeltia tobuchiensis). В отечественном производстве агар-агара в качестве сырья в основном используют дальневосточную и беломорскую анфельцию, в сухом остатке которых его содержится 12,6-32,6 и 20,2-28,05 соответственно. Содержание агар-агара в водоросли зависит от ее вида, района произрастания, сезона добычи и возраста. Получают агар-агар обычно тепловым методом по следующей технологической схеме:

 

 

Подготовка  анфельции

Варка Очистка водорослевого навара

Желирование

Резка студня

Очистка студня

Сушка

Хранение

Рис.1 Технологическая схема получения  агар-агар.

 

Чистые водоросли замачивают в 0,2-0,55% известковом молоке для облегчения извлечения из них агара и ослабления окраски получаемых наваров. Агар-агар извлекают из водорослей при варке их в Кипящем растворе окиси кальция (рН не ниже 8). В зависимости от свойств сырья, конструкции варильников устанавливают продолжительность и кратность повторных варок, количество и концентрацию раствора окиси кальция, температуру. Полученный после варки водорослевой навар освобождают от механических загрязнений отстаиванием в течение 4-5 ч при температуре 80-85ºС, а затем в горячем виде очищают на сепараторах или центрифугах с последующим охлаждением до образования студня в специальных аппаратах. Студень режут на пластины толщиной 5-6 мм или тонкие полоски и бруски, которые направляют на очистку от неагаровых и красящих веществ. Очистку студней осуществляют промывкой в воде или путем замораживания студня и оттаивания агарольда в естественных условиях. Промывают студень водой температурой 18-20°С 10-12-кратно, общая продолжительность промывки составляет 30-36 ч. По второму способу очистки при снижении температуры происходят вымораживание воды и концентрирование студня до образования коагеля и раствора, содержащего органические вещества и минеральные соли. При повышении температуры вода, образующаяся при таянии льда, вместе с неагаровыми веществами стекает с коагеля, в результате чего он становится чистым. Полученный коагель сушат в естественных условиях до содержания влаги не более 205.

Студень, полученный после  промывки пресной водой, нагревают  до полного растворения в воде, упаривают под вакуумом до содержания сухого агара 2,5-2,85 и сушат в распылительной или вальцовой сушилке до содержания влаги не более 18%. Выход агара из анфельции составляет в среднем 10% к массе сырья. Для получения агара особой очистки промытый студень плавят, охлаждают до температуры 55-6ОºС и при слабом перемешивании в него вводят суспензию карбоната кальция, массу дважды сепарируют и желируют. Студень измельчают и отжимают на прессе (при этом вместе с водой из него удаляются растворимые неагаровые примеси), сушат под вакуумом. При этом способе выход агара составляет 8% к массе анфельции [21].

Растворы агара и гели совместимы с белками, несовместимы с водорастворимыми спиртами и кетонами [25].

Основной характеристикой  агара является способность к гелеобразованию, определяемая прочностью студня. Согласно требованиям стандартов к отечественному пищевому агару прочность его 0,853% студня, определенная на приборе Валента (в г) должна быть не менее: для высшего сорта 300, первого - 200, агара особой очистки - 400. Добавление сахара увеличивает прочность агарового геля. Так, прочность 0,85%-ного студня при добавлении 70% сахара возрастает для высшего сорта до 1600, первого - 1000 г. При повышении концентрации агapa (от 1 до 5%) реологические параметры гелей возрастают [18].

Для всех видов агар-агаров характерна закономерность: с увеличением температуры плавления возрастает концентрация агар-агара [25].

С гигиенической точки  зрения агар-агар безвреден и во всех странax допускается его использование в пищевых целях.

Согласно кодексу питания  ФАО/ВОЗ агар-агар имеет статус пище-null добавки, для которой допустимая суточная доза не оговаривается, что означает отсутствие ограничений для его пищевого использования [15], При производстве разнообразных продуктов питания агар-агар применяется в количестве 0,07-1,40%.

Другим структурообразующим  биополимером, основу которого составляет агароза, является агароид.

И молекулу агароида входят сульфокислых групп 22-40%, а карбоксильных - 3-5% [14], а в молекулу агар-агара 2-5 и 20-25% соответственно. Различия в структуре полимеров определяют и разную гелеобразующую способность, которая у агароида выражена в 2-3 раза слабее. Агароид, кроме того, имеет более низкие температуры плавления и застудневания, меньшую химическую устойчивость [15]. Сырьем для получения агароида служит черноморская филлофора (Phyllophora nervosa), в состав которой он входит в количестве 20-25% [21].

Технологическая схема получения  агароида напоминает схему получения агар-агара. Однако режимы проведения технологических операций имеют существенные различия [15]. При подготовке филлофоры к варке ее замачивают в 0,05%-ном растворе гидроокиси калия в течение 1 ч при гидромодуле 1:9. Варят водоросль в воде с применением многократной экстракции по принципу противотока (гидромодуль 1:9). Общая продолжительность варки одной порции водоросли около 46 ч. Полученные водорослевые отвары очищают с помощью активированного угля и фильтруют на фильтр-прессах. Сушат агароид до влажности не более 18%. Согласно требованиям стандарта 2,5%-ный раствор агароида должен иметь температуру застудневания не ниже 20ºС, плавления студня - не ниже 50ºС, прочность студня по Валента не менее 180 г. Агароид используют в качестве загустителя и студнеобразователя.

Каррагенаны. Название этих полимеров происходит от названия ирландского приморского города Каррик. Иногда их также называют ирландским мхом. Они входят в состав красных водорослей и имеют некоторую гетерогенность структуры. Можно выделить различные типы идеальных каррагенанов, обозначаемых греческими буквами "лямбда", "кси", "каппа", "йота", "мю" и "ню" [14].

Вид водоросли влияет на тип  получаемого из нее каррагенана. Например, Gigartina adcularis содержит в основном сгущающую фракцию лямбда и немного кси, а такие водоросли, как Gigartina stellata и Chondrus crispus, растущие у скалистых берегов Северной Атлантики, содержат все фракции каррагенанов. В водорослях хондрус содержание каррагенана достигает 50% сухого вещества [14].

 

 

 

 

Мойка

Измельчение

Обработка раствором  щелочи

Фильтрование

Выделение каррагенанов из водных экстрактов

Очистка

Обезвоживание

Измельчение

Хранение

Рис. 2. Технологическая схема производства каррагенанов.

 

От водорослей, поступивших  на обработку, отделяют посторонние  примеси (ракушки), тщательно моют, измельчают и направляют на обработку щелочью. Температура и концентрация последней зависят от того, какой каррагенан необходимо получить. Например, для производства загустителей применяют умеренную температуру и небольшое количество щелочи, студнеобразующих - высокую температуру и большое количество щелочи, способствующих образованию фракций каппа и йота.

При щелочной обработке в раствор, помимо каррагенанов, переходят минеральные соли, некоторые пигменты. В нерастворимую фракцию входят гемицеллюлоза и большая часть протеинов, которые удаляют из раствора с помощью фильтрации. Чаще всего каррагенаны выделяют из экстрактов путем осаждения в растворе хлористого калия или спирта. По первому способу выделяют студнеобразующую фракцию каппа, которую потом с целью очистки замораживают в растворе хлористого кальция и прессуют с целью удаления солевого раствора. По второму способу экстракт выливают в изопропаноловый спирт, в котором каррагенан выпадает в осадок в виде волокон. После прессования осадок сушат в вакууме. Если осадок при прессовании хорошо удерживает воду, к нему добавляют небольшое количество хлористого кальция. Каррагенан сушат до содержания влаги не более 10%, затем измельчают до частичек диаметром 200-300 мк.

Гелеобразующие свойства каррагенанов можно регулировать, комбинируя их фракции или добавляя другие гидроколлоиды. Так, совместное применение каппа и йота-каррагенанов делает возможным получение прочных, но недостаточно эластичных гелей. Добавка к каррагенану камеди рожкового дерева увеличивает усилие деформации геля, не изменяя других его показателей [1].

Используют каррагенаны в качестве загустителей и студнеобразователей в количестве 0,01-3,00%.

Пектины. Пектиновые вещества - это природные компоненты, содержащиеся во всех фруктах и овощах. Главное место их нахождения - клеточные оболочки и серединные пластинки растений, в которых они исполняют функцию структурообразующего материала, а также являются регуляторами водного баланса. Выполняя роль цементирующего материала, они оказывают тем самым влияние на консистенцию пищевых продуктов.

В плодах пектиновые вещества присутствуют в растворимой и нерастворимой формах. В свежих яблоках протопектин преобладает над растворимым пектином и составляет 52-97% общего их количества. Содержание пектина в яблоках в зависимости от сорта находится в пределах 0,42-1,08%. При хранении яблок соотношение фракции пектиновых веществ изменяется, а общее содержание их уменьшается. Содержание пектиновых веществ в яблоках в зависимости от сорта составляет 0,50-1,36%, алыче - 0,68-1,41, сливе - 0,61-1,44, абрикосах -0,56-0,77%. Высоким содержанием пектиновых веществ отличается черная смородина - 0,84-1,68%. Технологическая обработка (замораживание, измельчение и др.) ведет к уменьшению содержания пектинов в плодах и овощах [11].

В промышленности пектины  выделяют из сырья, экстрагируя их кислотами или щелочами, а также методом ферментативного расщепления. Традиционные виды сырья для производства пектина – это кожура цитрусовых, яблочные выжимки, свекловичный жом. Для Средней Азии перспективным сырьем может служить створка хлопковой коробочки [4].

Традиционная технология получения пектина включает следующие  операции:

 

Заготовка сырья

Промывка  Гидролиз-экстракция пектина

Выделение экстракта

Выделение пектина

Очистка

Сушка

Рис.3 Технологическая схема получения  пектина

 

Получение пектина из створки  хлопковой коробочки предусматривает дополнительные операции по очистке створки от полифенолов и утилизации отходов производства путем превращения органических примесей в удобрение (биогумус), а хлопкового жома - в белково-витаминизированный корм.

Физико-химические показатели пектина хлопковой створки следующие: влажность 10-12%, количество ацетильных групп 0,25%, степень этерификации 50-56%, молекулярная масса 40000-50000, прочность 2% - ного стандартного студня по Валента 450-600 Г, рН 1%-ного раствора пектина 3,0-3,6.

Свекловичный пектин быстро набухает (13 мин) в подогретом растворе уксусной кислоты и мясо-костном бульоне. При 20°С время набухания пектина в этих же средах составляет 45 мин [12].

Пектины растворимы в воде (холодной и горячей), молоке, растворах сахара в пределах 30-80% и нерастворимы в солевых растворах.

Кроме того, они термообратимы. Прочность гелей возрастает с увеличением концентрации и молекулярной массы полимеров, а в случае низкометоксилированного пектина - ионов кальция [12].

Известно совместное использование  метилцеллюлозы и пектина для придания требуемых структурных свойств продукту (рыбное суфле) [20].

Отрицательного воздействия  на организм человека пектины не оказывают, расщепляясь и перевариваясь на 90% [19].

Ограничения в отношении  допустимых дозировок при использовании пектинов в пищевых целях отсутствуют.

Пектин может образовывать желе с кальцием молока, а значит, применяться при приготовлении десертов; кроме того, его используют в производстве джемов, желе, начинок, сладостей. Пектин из хлопковой створки рекомендовано использовать для производства мармеладно-пастильных кондитерских изделий, глазурования овощных и фруктовых цукатов, а также стабилизации (в отношении расслаивания) безалкогольных напитков [5].

Благодаря наличию ценных питательных и лечебных свойств  пектин используется главным образом в качестве загустителя и студнеобразователя. Добавление пектина при хлебопечении ведет к замедлению процесса "старения" хлеба, а при производстве соусов и десертов пектин играет роль эмульгатора.

Альгинаты. Для придания продуктам структуры, которая соответствовала бы требуемым реологическим характеристикам и консистенции применяют часто альгинат натрия - производное альгиновой кислоты. Также в пищевой технологии находят применение альгинаты калия, кальция и аммония.

Альгиновые кислоты - это смеси линейных полимеров, состоящие из 1,4-р-D-маннуроновой кислоты и 1,4-а-L-галуроновой кислоты, Которые содержат гомополимерные последовательности D-маннуроната и L-галуроната вместе с областями, в которых эти два сахара чередуются. Альгиновые кислоты входят в состав бурых водорослей в количестве от 8 до 37%. Например, в сухом веществе японской ламинарии их содержится от 18,2 до 28,7% в зависимости от района и стадии развития водорослей [21]. Больше всего альгиновых кислот в слоевищах двухлетней водоросли.

Альгиновые кислоты из водорослей извлекают либо осаждением из щелочных растворов альгинатов, либо выделением из альгината кальция.