Пищевые волокна в продуктах питания

     Начало  желирования сопровождается замедлением  броуновского движения частиц дисперсной фазы (возрастанием вязкости), их гидратацией и образованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать полимерную сетку зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стерические затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Механизмы образования гелей могут сильно различаться, в настоящее время выделяют три основных механизма; сахарокислотный (высокоэтерифицированные пектины), модель "яичной упаковки" (например, низкоэтерифицированные пектины) и модель двойных спиралей (например, агар). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ГИДРОКОЛЛОИДЫ В СОСТАВЕ ПРОДУКТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОХРАНЯЕМОСТЬ 

     Применение  гидроколлоидов очень выгодно и  удобно производителям, поскольку, таким  образом, уменьшается калорийность продукции, снижается ее себестоимость, улучшаются структурно-механические и реологические свойства готовой продукции.

     Несмотря  на то, что их концентрации составляют обычно не более 1%, они оказывают  сильное влияние на текстурные и  органолептические свойства пищевых  продуктов.

     Большинство гидроколлоидов обладают синергизмом по отношению друг к другу , т.е. при комплексном использовании способны усиливать индивидуально проявляемые свойства. Ксантановая камедь обладает синергизмом по отношению к большинству загустителей и структурообразователей. Так, добавление ксантана к гуаровой камеди способствует повышению вязкости. Сочетание ксантана и камеди рожкового дерева способствует формированию гелеобразной структуры, тогда как при индивидуальном использовании желирования не происходит. При использовании препаратов каппа-каррагинана и ксантановой камеди получается пластичный, упругий и более прочный гель в сравнении с гелем, образуемым собственно каррагинаном и отличающимся хрупкостью. Ксантан также увеличивает устойчивость геля каппа-каррагенана при хранении, замораживании и последующем размораживании. Поэтому в пищевой промышленности всего мира такое широкое применение находят смеси загустителей и гелеобразователей. Чаще всего их называют стабилизаторами, стабилизационными системами или стабилизаторами-загустителями. Если же в их состав входят эмульгаторы, то смеси носят название стабилизаторов-эмульгаторов. До сих пор эти виды комплексных пищевых добавок были представлены только зарубежными торговыми марками (Grindsted, Palsgaard, Cremodan и др.), однако сейчас появились стабилизаторы и стабилизаторы-эмульгаторы отечественного производства (например, Стабилан).

     Загустители и гелеобразователи, как правило, являются достаточно эффективными стабилизаторами  замутнения, сохраняя во взвешенном состоянии мелкодисперсные частицы замутнённых жидкостей: соков, шоколадного молока, замутнённых прохладительных напитков. Стабилизирующее действие гидроколлоидов на замутнённые жидкости может быть различным. Большинство гидроколлоидов увеличивают вязкость жидкой фазы, тем самым затрудняя перемещение по ней частичек мути. Растительные камеди (например, гуммиарабик) предотвращают осаждение и всплывание на поверхность частичек мути, не увеличивая заметно вязкость напитка. Стабилизирующее действие кислого полисахарида карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) на фруктовый сок с мякотью основано на нейтрализации образующимися при диссоциации отрицательно заряженными молекулами КМЦ положительного заряда поверхности замутняющих частиц. Таким образом, сокращается возможное взаимодействие между заряженными частицами замутнителя, способное вызвать флокуляцию. Пектин, подобно другим загустителям, увеличивет вязкость замутнённых напитков (например, овощных соков), а также, обладая собственным отрицательным зарядом, нейтрализует, подобно КМ1Д, положительный заряд на поверхности замутняющих частиц. Всё это вместе очень эффективно предотвращает распад суспензии.

     Гидроколлоиды используются для повышения пеностойкости  ряда продуктов, например, аналогов взбитых  сливок, пива, низкожирных пен. Чем больше пена содержит свободной воды, тем меньше её стойкость. Снизить количество свободной воды можно, добавив загустители или гелеобразователи. Если в процессе производства работают с горячей водой, используют преимущественно гелеобразователи, желирующие при нагревании (агар, каррагинан или желатин). Если же используется холодная вода, следует применять растворимые в холодной воде вещества (например, карбоксиметилцеллюлозу). Добавка гидроколлоидов составляет, как правило, 0,1..0,6%.

     Гидроколлоиды (например, КМЦ) благодаря своей способности связывать воду могут регулировать её активность в пищевых продуктах, то есть, выполнять функцию влагоудерживающих агентов, предохраняя продукты от высыхания, а также ухудшая условия существования микроорганизмов. И то и другое способствует увеличению сроков годности пищевых продуктов.

Несмотря на такое многообразие технологических  функций основное действие загустителей и гелеобразователей - загущение  и образование гелей.

Желатины образуют легкоплавкие гели, которые плавятся уже во рту. Варьируя марку и количество желатина, можно получить пастообразный, мягкий желированный или резиноподобный продукт. Образование геля начинается при температуре ниже 30°С, а уже при 32..35°С гель обратимо плавится. Прочность его зависит от pH среды, достигая максимума в интервале pH от 5,5 до 11,0. Добавка солей может полностью предотвратить образование геля. Желатин используется в производстве мясных и рыбных продуктов (студни, консервы), глазурей, десертов, кондитерских изделий (мармеладо-пастильных). Как правило, желатин сначала замачивают в воде в течение 35-40 минут для набухания, затем разогревают до температуры 65...70°С. Приготовленный таким образом желатиновый раствор используется в пищевом производстве. Обычная дозировка желатина составляет 2... 10%.

     Высокоэтерифицированный пектин (0,3...0,5%-ный раствор) в кислых растворах при определённом содержании сухих веществ (табл. 14) и охлаждении медленно (20... 120 мин) образует прозрачный неплавкий гель с блестящим изломом. Высокоэтерифицированный пектин применяется в производстве кондитерских желейных и пастильных изделий, для стабилизации кисломолочных напитков. Растворимость высокоэтерифицированного пектина возрастает с увеличением степени этерификации и уменьшением длины цепи. Прочность пектинового геля, независимо от вида пектина, возрастает с увеличением концентрации пектина и степени полимеризации.

В зависимости  от скорости и температуры начала желирования высокоэтерифицированные пектины делятся на две группы - быстро и медленно желирующие. Быстро желирующие пектины имеют более высокую степень этерификации и желируют при более высоких значениях рН. Наиболее благоприятная область pH для быстро желирующих пектинов от 3,0 до 3,4, для медленно желирующих - от 2,8 до 3,2. Полностью этерифицированный пектин может желировать без добавления кислоты, только с сахаром.

Быстро желирующие пектины применяются в производстве варенья, особенно при температуре  разлива выше 85°С. Они гарантируют  равномерное распределение фруктов  по всему объёму варенья. Медленно желирующие пектины преимущественно используются в производстве фруктовых желе, мармеладов или варенья, если температура разлива ниже 70°С, и заботиться о равномерном распределении фруктов нет необходимости. Изменением количества сахара и величины pH можно добиться ускорения процесса желирования. Наоборот, замедлить желирование позволяет использование буферных солей-ретардаторов. Ретардаторами являются, как правило, соли одновалентных катионов (например, ионов К+) и молочной, винной, лимонной или фосфорной кислот. Катионы мешают пектиновым цепочкам сблизиться для образования геля. Результатом является увеличение времени желирования и понижение его температуры. Кроме того, буферные соли повышают pH перед дозировкой кислоты, что помогает предотвратить преждевременное желирование. Степень этих изменений можно регулировать концентрацией буферных солей, хотя слишком высокая дозировка солей может отрицательно сказаться на вкусе и прочности геля.

     Низкоэтерифицированный, т. е. сильно ионогенный, пектин (0,5...1,5%-ный  раствор) в Са2+-содержащих растворах  при охлаждении образует почти прозрачный, плавящийся гель. Скорость желирования и прочность геля зависят от ионов, образующих комплексы с Са2+ (цитраты, фосфаты), от значения pH и концентрации сахара. Низкоэтерифицированные и амидированные пектины применяются обычно в качестве загустителя и стабилизатора консистенции в производстве кисломолочных продуктов, фруктовых консервов, йогуртов, молочных десертов, напитков, кетчупов. Пектин позволяет получать термостабильные фруктовые начинки, не растекающиеся при выпечке, а также нап-паж (глянец для выпечных изделий).

     Агар  является эффективным гелеобразователем. Его геле-образующая способность примерно в 10 раз выше, чем у желатина. Уже 0,85%-ный водный раствор агара образует при охлаждении стабильный, стойкий к надрезу гель, обладающий стекловидным изломом. Этот гель плавится лишь при 80°С, что даёт ему преимущество по сравнению с желатином при использовании для покрытий и заливок в консервах, особенно мясных. Зефир, пастила, мармелад, фрукты в желе, жевательная резинка благодаря 1...2% агара приобретают свои специфические свойства. Здесь агар часто комбинируют с другими гелеобразователями и загустителями. Агар нерастворим в холодной воде, поэтому для получения водного раствора агара его кипятят с водой.

     Причиной  широкого применения каррагинана является его способность загущать практически  любые пищевые продукты и образовывать прозрачный плавящийся гель. Качество этого геля можно существенно менять с помощью других полисахаридов, в особенности, добавлением камеди рожкового дерева.

     В зависимости от особенностей химического  строения различают i- (йота), к- (каппа) и Х- (лямбда) каррагинаны. При применении очень важно соотношение этих трёх типов каррагинана, количество других типов незначительно. Они по-разному ведут себя в различных растворителях (табл. 15). к-Каррагинан желирует только в присутствии ионов К+, образуя хрупкие неустойчивые гели. Х-Каррагинан самостоятельно не желирует. i-Каррагинан в присутствии ионов Са2+ образует прочные эластичные гели, не склонные к синерезису и устойчивые к циклам замораживания-оттаивания (см. табл. 14). Каррагинаны проявляют эффект синергического усиления казеинового геля: одна и та же прочность геля достигается в молочной среде при концентрации каррагинана в 10 раз меньшей, чем в водной. к-Каррагинан и i-каррагинан образуют гели с молоком при концентрации 0,02...О,2%. Даже Х-каррагинан образует с молоком слабые гели.

     Каррагинан  и фурцеллеран используют для  формирования консистенции овощных  и фруктовых консервов, плавленых  сыров, творожных изделий, сливок, мороженого, соусов, кисломолочных и мясных продуктов, концентрированного молока, маргаринов. Обычная дозировка - 5-10 г/кг продукта.

     В молочных продуктах предпочтительнее использовать каппа- и иота-каррагинан, в соусах - лямбда-каррагинан.

     Альгиновая  кислота и её соли используются в  качестве загустителей и гелеобразователеи в плавленом сыре, твороге, мясо- и рыбопродуктах, майонезах, соусах, мороженом и других десертах в количестве 2... 10 г/кг; в кондитерских изделиях в количестве 5...30 г/кг.

       Пропиленгликольальгинат применяется  в качестве загустителя и эмульгатора в производстве десертов, начинок, мороженого, сахарных кондитерских изделий, сдобы, соусов, жевательной резинки в количестве нескольких грамм на 1 кг. В количестве нескольких десятых грамма на литр напитка пропиленгликольальгинат не только загущает, но и стабилизирует пену. Например, добавление пропиленгликольальгината в пиво за 2...3 дня до фильтрации в количестве 50...500 мг/л резко улучшает пенообразующую способность пива.

     Камедь  рожкового дерева (Е 410) широко используется в качестве загустителя благодаря тому, что на неё не влияют кислоты, соли и нагревание (как и на гуаран). При смешении с ксантаном, каррагинаном, гелланом, агаром или альгинатом камедь бобов рожкового дерева усиливает желирующее действие последних. Основной областью использования камеди рожкового дерева является производство плавленых сыров (4-6 г/кг), мороженого и молочных продуктов (5... 10 г/кг), фруктовых и овощных консервов (3-10 г/кг). Она может добавляться в тесто для сохранения свежести хлебобулочных изделий в количестве 1...5 г/кг.

     Высокая степень разветвления молекулы обеспечивает хорошую растворимость гуаровой камеди (Е 412) даже в холодной воде. Однопроцентный раствор камеди обладает псевдопластическими  и тиксотропными свойствами, имеет  вязкость 3000...7000 сПз, которая почти не изменяется при добавлении солей и кислот. Гуаровая камедь используется для загущения и стабилизации соусов, майонезов, кетчупов, мороженого (в количестве до 1,0%), может использоваться для сохранения свежести хлебобулочных изделий в (количестве 0,2...0,5%). Вместо гуара и камеди рожкового дерева может использоваться камедь тары.

     Ксантановая камедь (Е 415) является очень сильным  загустителем, чьё действие совершенно не зависит от кислот, солей, нагрева  и механического воздействия. При  взаимодействии с другими загустителями, особенно с камедью рожкового дерева, ксантан образует тиксотропные, плавящиеся при 80...90°С, гели. Благодаря химической стабильности и независимости от внешних воздействий ксантан особенно пригоден для загущения и/или желирования сильнокислых и соле-содержащих продуктов. Он оказывает хорошее стабилизирующее действие на эмульсии, суспензии и пены. В майонезах, соусах, молочных продуктах, фруктовых и овощных консервах ксантан используется обычно в количестве 1...4 г/кг, в напитках - 0,2...0,5 г/кг.

     Геллановая  камедь (Е 418) легко диспергируема  в холодной воде, растворяется при  нагревании и желирует при охлаждении. Уже начиная с концентрации 0,05% гели устойчивы к разрезу, но очень  склонны к синерезису. Прочность, твёрдость гелей из геллановой камеди и их плавление зависят от присутствия ионов кальция и других солей. Поэтому геллановая камедь часто применяется в комбинации с другими гелеобразователями - ксантаном, камедью рожкового дерева, модифицированными крахмалами и др. Такие свойства гелей, как прозрачность, стабильность, высвобождение аромата, улучшаются с помощью геллана.