Загустители и гелеобразователи

ЗАГУСТИТЕЛИ И ГЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛИ

 

Будучи  введенными в жидкую пищевую систему  в процессе приготовления пищевого продукта, загустители и гелеобразователи 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.

В химическом отношении добавки этой труппы являются полимерными соединениями, в макромолекулах которых равномерно распределены гидрофильные группы, взаимодействующие с водой. Они могут участвовать также  в обменном взаимодействии с ионами водорода и металлов (особенно кальция) и, кроме того, с органическими  молекулами меньшей молекулярной массы.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГУСТИТЕЛЕЙ И ГЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

Эта группа пищевых добавок включает соединения двух функциональных классов:

загустители (см. табл. 1.1, функциональный класс 23) —  вещества, используемые для повышения  вязкости продукта;

гелеобразователи (см. табл. 1.1, функциональный класс 15) — соединения придающие пищевому продукту свойства геля (структурированной высокодисперсной системы с жидкой дисперсионной средой, заполняющей каркас, который образован частицами дисперсной фазы).

Среди них  натуральные природные вещества животного (желатин) и растительного (пектин, агароиды, камеди) происхождения, а также вещества, получаемые искусственно (полусинтетическим путем), в том числе из природных источников (модифицированные целлюлозы, крахмалы и др.). Промежуточное положение между этими двумя группами занимают альгинат натрия и низкоэтерифицированный пектин. К синтетическим загустителям относятся водорастворимые поливиниловые спирты и их эфиры.

Перечень  основных загустителей и гелеобразователей, разрешенных в соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 для применения в производстве пищевых продуктов в России, приведен в табл. 3.1.

Таблица   3.1

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

Е-номер	Пищевая добавка	Технологическая функция
Е400	Альгиновая кислота	Загуститель, стабилизатор
Соли альгиновой кислоты (альгинаты)
Е401 Е402 Е403 Е404 Е405	Альгинат натрия  Альгинат калия  Альгинат аммония Альгинат кальция Пропиленгликольальгинат (ПГА)	Загуститель, стабилизатор То же » Загуститель, стабилизатор, пеногаситель Загуститель,   эмульгатор
Е406	Агар-агар	Гелеобразователь, загуститель, стабилизатор
Е407	Каррагинан и соли аммония, калия и натрия	То же
Е409	Арабиногалактан	Загуститель, стабилизатор, гелеобразователь
Е410	Камедь рожкового дерева	Загуститель, стабилизатор
E411	Овсяная камедь	То же
Е412	Гуаровая камедь	»
Е413	Трагакант	Загуститель, стабилизатор, эмульгатор
Е414	Гуммиарабик	Загуститель, стабилизатор
Е415	Ксантановая камедь	То же
Е416	Камедь карайи	»
Е417	Камедь тары	»
Е418	Геллановая камедь	Гелеобразователь, загуститель, стабилизатор
E4I9	Камедь гхатти	То же
Е440а	Пектины	»
Е440b	Амидированные пектины	»
E460i	Целлюлоза микрокристаллическая	Эмульгатор, текстуратор
E460ii	Целлюлоза порошкообразная	Эмульгатор, текстуратор, диспергатор
Модифицированные целлюлозы
Е461	Метилцеллюлоза	Загуститель, стабилизатор, эмульгатор
Е462	Зтилцеллюлоза	Стабилизатор
Е463	Гидроксипропилцеллюлоза	Стабилизатор, загуститель
Е464	Гидроксипропилметилцеллю- лоза	Загуститель, стабилизатор, эмульгатор
Е465	Метилэтилцеллюлоза	Стабилизатор, загуститель, эмульгатор, пенообразователь
Е466	Карбоксиметилцеллюлоза (натриевая соль)	Загуститель, стабилизатор
Е467	Этилгидроксиэтилцеллюлоза	Стабилизатор, загуститель, эмульгатор
Е469	Карбоксиметилцеллюлоза ферментированная	Стабилизатор
Модифицированные крахмалы
Е1400	Декстрины, крахмал, обработанный термически, белый и желтый	Загуститель, стабилизатор
Е1401	Крахмал, обработанный кислотой	То же
Е1402	Крахмал, обработанный щелочью	»
Е1403	Отбеленный крахмал	»
Е1404	Окисленный крахмал	Загуститель,   эмульгатор
Е1405	Крахмал, обработанный ферментными препаратами	Загуститель
Е1410	Монокрахмалфосфат	Загуститель, стабилизатор
Е1411	Дикрахмалглицерин сшитый	То же
Е1412	Дикрахмалфосфат, этерифици-рованный тринатрийфосфа-том; этерифицированный хлор-окисью фосфора	»
Е1413	Фосфатированный дикрахмал-фосфат сшитый	»
Е1414	Ацетилированный дикрахмал-фосфат сшитый	Загуститель
Е1420	Ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом	Загуститель, стабилизатор
E142I	Ацетатный крахмал, этерифицированный винилацетатом	То же
Е1422	Ацетилированный дикрахмал-адипат	»
Е1423	Ацетилированный дикрахмал-глицерин	»
El 440	Оксипропилированный крахмал	Загуститель,   эмульгатор
Е1442	Оксипропилированный ди-крахмалфосфат сшитый	Загуститель, стабилизатор
Е1443	Оксипропилированный ди-крахмалглицерин	То же
Е1450	Эфир крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты	»
EI451	Ацетилированный окисленный крахмал	»
Гелеобразователи белковой природы
	Желатин	Гелеобразователь

 

 

СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ЗАГУСТИТЕЛЕЙ И ГЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

Главной технологической функцией добавок  этой группы в пищевых системах является повышение вязкости или формирование гелевой структуры различной прочности. Одним из основных свойств, определяющих эффективность применения таких добавок в конкретной пищевой системе, является их полное растворение, которое зависит прежде всего от химической природы. Влияние особенностей структуры отдельных загустителей и гелеобразователей на их растворимость в воде иллюстрирует табл. 3.2.

Таблица   3.2

Влияние структуры на раствооимость

Добавка	Особенности структуры	Растворимость
Гуар	Высокозамещенный полисахарид	Растворим при комнатной температуре
Камедь рожкового дерева	Незамешенные зоны в полисахаридных цепях	Растворима только при нагревании
Пектины	Ответвления и метоксильные группы, кислотные группы ионизированы, электростатическое отталкивание между цепями	Растворимы при комнатной температуре
Альгинаты	Электростатическое отталкивание между  цепями	То же
Каррагинаны
λ.-Каррагинан	3 сульфата на 2 галактозы (не образует гета)	»
ι-Каррагинан	2 сульфата на 2 галактозы (образует  слабый гель)	Частично растворим при комнатной  температуре
κ-Каррагинан	1 сульфат на 2 галактозы (образует  сильный гель)	Растворим только при нагревании
Ксантан	Частые боковые цепи, электростатическое отталкивание из-за наличия кислотных групп	Растворим при комнатной температуре
Желатин	Изменение зарядов цепи в зависимости  от рН геля	Частично набухает в холодной воде в зависимости от рН, растворим  только при температуре выше 40 °С

 

При контакте водорастворимых полисахаридов  с водой молекулы растворителя сначала  проникают с образованием связей в наименее организованные участки  цепи макромолекул. Такая начальная  гидратация ослабляет связи в  оставшихся звеньях и способствует проникновению воды и сольватации  наиболее организованных участков цепи. Этот процесс проходит через переходную стадию гелеобразования, когда частицы набухают и увеличиваются в объеме благодаря силам когезии между макромолекулами. Если межмолекулярные связи относительно слабы, они могут быть достаточно легко разрушены при механическом воздействии или нагревании. При этом биополимер (полисахарид или белок) полностью растворяется. С другой стороны, если связи между определенными сегментами макромолекул не разрушаются при механическом или тепловом воздействии, биополимер сохраняется в виде набухших частиц Примерами могут служить альгинат и пектат кальция.

Растворимость повышается в присутствии ионизированных групп (сульфатные и карбоксильные), увеличивающих гидрофильность (каррагинаны, альгинаты), а также при наличии в молекулах полисахаридов боковых цепей, раздвигающих главные цепи, что улучшает гидратацию (ксантаны). Растворимость понижается при наличии факторов, способствующих образованию связей между полисахаридными цепями, к которым относятся наличие неразветвленных зон и участков без ионизированных групп (камедь рожкового дерева), а также присутствие ионов кальция или других поливалентных катионов, вызывающих поперечное сшивание полисахаридных цепей, что препятствует растворению макромолекул.

В зависимости  от химической природы макромолекул и особенностей пищевой системы  возможны различные механизмы гелеобразования, обобщенные в табл. 3.3.

Таблица   3.3

Условия гелеобразования в растворах  полисахаридов и желатина

Полисарид	Оптимальный диапазон рН	Условия гелеобразования	Механизм гелеобразования
Высокоэтерифициро- ванный пектин	2,5-4,0	рН менее 4; СВ = 55-80 %	Сахарно -кислотный
Низкоэтерифицирован-ный пектин	2,5-5,5	В присутствии Са3+	Модель «яичной упаковки»
Альгинат	2,8-10,0	рН менее 4 или в присутствии  Са2+	То же
к-Каррагинан	4,0-10,0	В присутствии К+, Na+ или Са2+	Модель двойных спиралей
i-Каррагинан	4,0-10,0	В присутствии К+, Na+ или Са+	То же
Агар	2,5-10,0	При температуре ниже 32—39 °С	»
Желатин	4,5-10,0	Ниже температуры застывания	»

Более подробно процессы гелеобразования описаны  при рассмотрении отдельных представителей этой группы добавок.

В ряде случаев  совместное введение двух различных  добавок этой группы сопровождается синергическим эффектом. Некоторые комбинации добавок, проявляющие синергический эффект, приведены в табл. 3.4.

Таблица   3.4

Комбинации добавок с синергическим  эффектом

Комбинации, повышающие вязкость	Комбинации, вызывающие гелеобразование
Карбоксиметилцеллюлоза + Гуаровая камедь	Камедь рожкового дерева + к-Каррагинан
Ксантан + к-Каррагинан Ксантан + Гуаровая камедь Карбоксиметилцеллюлоза + Гидроксипропилцеллюлоза	Камедь рожкового дерева + Ксантан

 

Аналогичный синергический эффект повышения  вязкости может быть достигнут при  сочетании отдельных загустителей с некоторыми биополимерами белковой природы. К ним относятся, например, комбинации карбоксиметилцеллюлозы с казеином или соевым протеином.

Многие  представители этой группы пищевых  добавок имеют смежную технологическую  функцию стабилизатора. Повышение вязкости дисперсной пищевой системы при введении в нее загустителя или превращение такой системы в слабый гель при низких концентрациях гелеобразователя предотвращает ее разделение на исходные компоненты, например, выпадение в осадок твердых частиц, диспергированных в жидкой дисперсионной среде.

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

 

ЗАГУСТИТЕЛИ И ГЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОЛИСАХАРИДНОЙ ПРИРОДЫ

 

Классификация пищевых добавок  полисахарндной природы в зависимости от источников получения

Источник получения	Форма выделения, тип продукта	Основные представители
Высшие растения	Нерастворимая основа Семена Экстракты Экссудаты	Целлюлоза Крахмалы, камеди гуаровая и рожкового дерева Пектины Гуммиарабик, камедь карайи, трагакант
Морские водоросли	Экстракты	Агар, альгинаты, каррагина- ны, фурцеллеран
Микроорганизмы	Продукты ферментации	Ксантаны
Производные растительных полисахаридов	Продукты модификации целлюлозы  Продукты модификации крахмалов	Е461-Е469 (см табл. 3.1) Е1400-Е1451 (см. табл. 3 1)

В зависимости  от особенностей химического строения загустители и гелеобразователи полисахаридной природы могут быть разделены по различным классификационным признакам (табл. 3.6).

Таблица 3.6

Классификация пищевых добавок  полисахаридной природы в зависимости  от структуры

Классификационный признак	Характеристика	Основные представители
Строение полимерной цепи	Линейное	Альгинаты, каррагинаны, модифицированные целлюлозы, фурцеллеран, пектины, геллановая камедь
	Разветвленное	Ксантаны, галактоманнаны, гуммиарабик, камеди гхатти, карайи, трагаканта
Природа мономерных остатков	Гомогликаны	Модифицированные целлюлозы и  крахмалы
	Гетерогликаны	Альгинаты, каррагинаны, галактоманнаны, фурцеллеран, пектины
	Тригетерогликаны	Ксантаны, камедь карайи, геллановая камедь
	Тетрагетерогликаны	Гуммиарабик
	Пентагетерогликаны	Камеди гхатти, трагаканта
Заряд	Нейтральный	Производные целлюлозы, амилопектины, галактоманнаны
	Анионный (кислотный)	Альгинаты, каррагинаны, пектины, ксантаны, камеди карайи, гхатти и трагаканта, гуммиарабик, фурцеллеран, геллановая камедь

 

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРАХМАЛЫ

 

В отличие  от нативных растительных крахмалов, считающихся пищевыми продуктами, модифицированные крахмалы относятся к пищевым добавкам. В эту группу пищевых добавок входят продукты фракционирования, деструкции и различных модификаций нативных растительных крахмалов, представляющих собой преимущественно смесь двух фракций гомоглюканов (полимеров глюкозы) линейного и разветвленного строения:

Фрагмент  молекулы амилозы

Фрагмент  молекулы амилопектина

Краткая характеристика основных фракций крахмала приведена в табл. 3.7.

Таблица   3.7

Краткая характеристика основных фракций  крахмала