Лекция №5

· подложку и растущую пленку можно очищать ионной бомбардировкой до, в процессе и после окончания процесса нанесения.

Тема 3.2. Ароматобразующие (флеворообразующие) и вкусовые вещества

План

1. Оценка запаха и вкуса.

2. Пищевые ароматизаторы.

3. Вкусовые вещества.

1. Оценка запаха и вкуса. Основное место в органолептическом анализе занимает оценка запаха и вкуса.

Ощущение запаха возникает посредством органа обоняния, расположенного в носовой полости и возбуждаемого летучими веществами.

Запах – это впечатление, возникающее при возбуждении рецепторов обоняния, находящихся в полости носа.

Вкус продукта в ротовой полости возникает при возбуждении органов вкуса растворимыми веществами.

Поскольку носовая полость сообщается с ротовой, первоначальное обонятельное ощущение часто сливается со вкусовым или дополняется новыми оттенками при определении вкуса. Поэтому для многих продуктов запах и вкус оценивают как один общий показатель качества. Для характеристики комплексного ощущения запаха и вкуса применяют термины «вкусность» и «флевор» (более правильное звучание флейвор от английского слова, но реже употребляемое). Понятие флевора может включать и ощущение консистенции продукта, воспринимаемое в ротовой полости.

Для описания вкуса и запаха употребляют термины характерный или посторонний. Понятие «посторонний» включает не свойственные оцениваемому продукту запах или вкус.

Запах продукта может быть обусловлен композицией двух, трех, нескольких или многих низкомолекулярных компонентов (аромат шоколада, чая, кофе, копчения) либо присутствием ключевого вещества. Например, ключевые вещества, определяющие основной аромат: ванилин – в ванили, коричный альдегид – в корице, эвгенол – в гвоздике, карвон – в тмине, анетол – в анисе, цинеол – в листьях лавра благородного, ментол – в мяте, цитраль – в лимонах.

Многие продукты имеют композиционный аромат, который развивается при созревании плодов, ягод, овощей либо при технологической обработке (обжаривание какао-бобов и зерен кофе, выпечка хлеба, копчение рыбы и мяса, ферментация листьев чая, жарение мяса, чипсов, арахиса, выдержка коньяка и вина, созревание рыбных консервов, брожение пива, кисломолочных продуктов, сыров и другие процессы). Ароматобразующие композиции могут содержать несколько десятков или сотен веществ.

В помидорах, апельсинах, коньяке обнаружено от 110 до 160 летучих соединений, в пиве, мясе птицы, поджаренном арахисе – 180-190, изделиях из какао, хлебе, землянике – 200-250, кофе – от 370 до 500 (по разным источникам) ароматических веществ. По мере развития инструментальных методов исследования увеличивается число обнаруженных в пищевых продуктах и идентифицированных летучих веществ.

Изучение ароматобразующих веществ представляет большие трудности, поскольку их массовая доля в пище чрезвычайно мала, концентрирование летучих соединений может вызвать количественное и качественное изменение запаха. Кроме того, запах создают многие химические компоненты, относящиеся к разным классам, для каждого из них необходимы уникальные приемы выделения и подготовки к анализу. Концентраты запаха являются, как правило, сложными смесями, причем многие из ароматобразующих веществ легко вступают в различные реакции.

Сумма ароматобразующих веществ составляет очень малую часть массы продукта. Например, эфирорастворимые вещества, выделенные из конденсата консервов «Шпроты в масле», имеют суммарную массу 1 г в расчете на 1 кг продукта, а по мере старения консервов и ослабления аромата копчения их массовая доля уменьшается в несколько раз. Выделенные из мяса летучие вещества составляют несколько десятков миллиграммов, а доля их в хлебе, ягодах, фруктах, овощах обычно не превышает 10 мг/кг.

Для разделения и идентификации летучих веществ применяют хроматографические методы в сочетании со спектральными. Широкие возможности открывает газожидкостная хроматография с масс-спектрометрической (ГЖХ-МС) идентификацией компонентов. Современные зарубежные и отечественные исследования с помощью ГЖХ-МС дают новую научную информацию о природе запаха, которая необходима для решения проблемы управления качеством продуктов и разработки имитаторов запаха.

Сложные летучие композиции, выделенные из продуктов, содержат обычно соединения, относящиеся к 4-9 и более классам: карбонильные соединения, спирты, кислоты, сложные эфиры, углеводороды и гетероциклические углеводороды, азотистые и серосодержащие соединения, фенолы, лактоны, причем представители первых 4-х классов – наиболее постоянные ароматобразующие компоненты.

Летучие вещества служат источниками информации о качестве продуктов. Они имеют небольшую молекулярную массу, часто в пределах 100-200, как правило, не выше 300.

Раздражая обонятельные рецепторы, ароматобразующие соединения дают человеку сведения о свежести продукта, вызывают аппетит; слабый запах порчи говорит о недоброкачественности пищи. Продукты с высоким содержанием питательных веществ теряют свою ценность, если имеют неприятные вкус и запах. Отрицательная оценка запаха продукта служит сигналом для человека и часто спасает его от пищевых отравлений.

В связи с тем, что летучие вещества являются наиболее лабильной частью продукта, применяют приемы отделения и концентрирования ароматобразующих веществ. На заключительной стадии технологического процесса эти вещества вводят в продукт. Для ароматизации применяют искусственные вещества, чтобы придать или усилить натуральный запах. Дозировку устанавливают с точки зрения органолептики и гигиены.

2. Пищевые ароматизаторы. В результате исследований, которые проводят в области химии запаха, и интенсивной разработки ароматизаторов ароматизирующие (одорирующие) вещества разделены на три группы.

К первой группе относятся природные вещества, которые можно подразделить на два класса:

- одорирующие смеси – встречаются в природе в натуральном виде и представляют собой многокомпонентные смеси, в которых преобладает одно или несколько летучих веществ, обусловливающих их аромат (например, эфирные масла: лимонное, апельсиновое, укропное, лавровое, кориандровое и др.).

Получают из растительного сырья обычно дистилляцией (отгонкой с паром) или ректификацией, реже экстракцией спиртом или другими органическими растворителями, либо жирами, иногда прессованием (например, из кожуры цитрусовых). Применяют также комбинирование методов. Во избежание окисления эфирные масла, предназначенные для пищевых целей, как правило, переводят в спиртовые растворы.

В эфирных маслах обнаружено более 1000 индивидуальных соединений, относящихся к разным классам. Преобладают терпены и их кислородные производные, фенолы, спирты, альдегиды, кетоны, присутствуют также другие органические вещества.

- соединения или смеси, получаемые путем экстракции из натурального сырья (например, эвгенол, цитраль).

Вторую группу составляют синтетические вещества, идентичные природным: ванилин, коричный альдегид, кумарин и др.

К третьей группе относятся соединения, полученные искусственным путем, и соединения, до сих пор не обнаруженные в продуктах.

Для ароматизации пищи широко применяют ароматические эссенции, представляющие собой концентрированные растворы душистых веществ естественного или искусственного происхождения. Душистые вещества могут быть смешаны с твердыми носителями: поваренной солью, крахмалом, сахарозой, молочным сахаром и др.

Пищевые эссенции – сложные композиции, в состав которых может входить до 10-25 натуральных и синтетических компонентов, в том числе эфирные масла, настои трав, пряностей, соединения, полученные искусственным путем, с выраженным фруктовым, цветочным, пряным или другим ароматом.

Натуральные эссенции получают экстракцией или настаиванием растительного сырья: пряностей, фруктов, ягод, цветов, кожуры цитрусовых и т.д. Обычно такие эссенции содержат смесь ароматобразующих природных веществ, например эфирных масел, реже представлены одним веществом.

Искусственные эссенции содержат соединения, полученные путем синтеза, идентичные природным или не обнаруженные в продуктах.

Эссенции и душистые вещества с твердыми носителями имеют большую ароматизирующую силу, расходуются обычно в малых дозах. В большинстве стран их применение связано с определенными требованиями и ограничениями гигиенического характера. При токсикологической оценке учитываются не только ароматические вещества, но и характеристика растворителей, свойства сопутствующих веществ. По мере выявления токсических свойств отдельных душистых и вкусовых веществ вводятся соответствующие ограничения или запреты на их применение.

Синтетические душистые вещества используют в составе ароматических эссенций либо индивидуально.

При токсикологической оценке учитывают возможность взаимодействия ингредиентов эссенций и вкусовых добавок, вероятность вступления их в химические реакции с нутриентами пищи. Известны случаи аллергических заболеваний при употреблении ароматизированных продуктов. Особого внимания заслуживают вопросы ароматизации пищи детского назначения. В некоторых странах запрещено применять искусственные ароматизаторы в продуктах для детского питания.

Санитарными правилами обычно ограничивается суммарная добавка эфирных масел до 0,05%, других веществ до 0,1, эссенций не более 1,5%. Следует учитывать возможность употребления таких продуктов детьми. Отечественные санитарные правила для многих пищевых добавок более жесткие по сравнению с зарубежными нормами.

Экспертный комитет по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ определил приемлемое суточное потребление (ПСП) индивидуальных ароматических веществ (мг на 1 кг массы человека): ментол – до 0,2, цитраль – до 0,5, коричный альдегид – до 0,7, эвгенол – до 2,5, бензальдегид – до 5, ванилин – до 10.

3. Вкусовые вещества. Восприятие запаха пищи неразрывно связано с ощущением вкуса. Выделяют четыре основных вида вкуса:

- кислый (винная, молочная, лимонная, яблочная и другие кислоты);

- сладкий (сахара, сахарин, некоторые аминокислоты);

- соленый (поваренная соль);

- горький (хинин, кофеин, соли калия, магния, кальция).

Между химическим составом вещества и вкусовым ощущением отмечена взаимосвязь. Известно, что все сахара – сладкие, кислоты – кислые, соли – соленые или горькие.

Однако вещества разного строения могут вызывать одинаковые вкусовые ощущения и наоборот. Например, сладкий вкус имеют сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза) и вещества иной химической природы: соли некоторых кислот, отдельные аминокислоты, многоатомные спирты сорбит, ксилит и маннит. Многие из этих соединений используются в питании в качестве подслащивающих веществ. К разным классам относятся соединения с горьким вкусом: алкалоиды (хинин и кофеин), многие нитросоединения, некоторые аминокислоты, пептиды, фенолы, многие минеральные соли.

Вещества одинаковой химической природы могут иметь разный вкус. По вкусу различаются и соли: соленый – хлорид натрия (поваренная соль) и горький – йодид калия, солено-горький – бромид калия.

Неодинакова интенсивность сладкого вкуса сахаров. Если сладость сахарозы принять за 1, то для фруктозы этот показатель равен 1,73, глюкозы – 0,74, лактозы (молочного сахара) – 0,16.

Пороговая концентрация вкуса составляет обычно (%):

- для сахарозы 0,2-0,4;

- поваренной соли 0,1-0,2;

- винной кислоты – 0,010-0,015;

- кофеина – 0,004.

Пороговая концентрация зависит также от индивидуальных особенностей людей и температуры растворов веществ. Вкусовое ощущение от горячих растворов более слабое. При температуре ниже 30°С сладкий вкус проявляется быстрее, чем соленый или горький.

Сложный процесс восприятия вкусового ощущения не ограничивается сочетанием четырех основных элементов вкуса. В полости рта пища воздействует на разные рецепторы, вызывая смешанные ощущения вкуса, запаха, температуры и консистенции. Ощущение острого вкуса возникает при ожоге слизистой оболочки ротовой полости, а частичная денатурация белка под действием дубильных веществ создает восприятие вяжущего вкуса. Ощущения в полости рта, дополненные зрительными, слуховыми и восприятиями органов обоняния, определяют аппетит.

Вкусовые вещества широко применяют в пищевых производствах. Поваренная соль и пряности служат основными вкусовыми добавками в продуктах животного происхождения. Пряности способствуют лучшему выделению слюны, пищеварительных соков и благотворно влияют на усвоение пищи.

Вкусовые свойства кондитерских изделий могут быть обусловлены не только сырьем, но и добавлением подслащивающих веществи пищевых кислот.

Подслащивающие вещества. Различают искусственные подсластители, к которым относятся сахарин, цикламаты (натриевая, калиевая и кальциевая соли цикламовой кислоты), дипептид аспартам (метиловый эфир a-аспартил-a-фенилаланина), производное сахарозы сукралоза (трихлоргалак-тосахароза), ацесульфам калия (оксатиацинопдиоксид).

Натуральные безэнергетические подсластители менее известны, чем искусственные. К ним относятся туаматин и менее изученные миракулин, монелин, стевиозид, дигидрохалконы.

Характеристика подслащивающих веществ представлена в табл. 1.

 

Таблица 2 – Характеристика подслащивающих веществ

Название подслащивающих веществ	Приемлемое суточное потребление (ПСП), мг/кг	Где применяется	Примечание
Искусственные подслащивающие вещества
Сахарин	2,5		В 250-550 раз слаще сахарозы. При массовой доле более 0,035% сахарин приобретает горький привкус, что предупреждает опасность передозировки. Высказываются опасения, что сахарин участвует в метаболических процессах. Обычно употребляется в виде натриевой соли, сладость которой в 500 раз превосходит сахарозу. Сахарин не усваивается организмом, 98% его выводится с мочой. Ежедневное использование нежелательно.
Цикламаты		Используются для напитков и кондитерских изделий	Относительная сладость в 30 раз выше сахарозы. Соединения с приятным вкусом, без горечи, хорошо растворимы в воде, устойчивы при термической обработке изделий. Применение цикламатов в большинстве стран допускается с ограничением.
Аспартам		Применяется для подслащивания кремов, мороженого и других изделий, не требующих тепловой обработки.	В 160-200 раз слаще сахарозы. Многие фирмы выпускают аспартам под названием Нутра Свит. Известен синоним Сладекс. Распространены подсластители Свитли (в 75 раз слаще сахарозы) и Сусли. В связи с широким применением аспартама проводятся дополнительные фармакологические исследования аспартама и обсуждается вопрос о его безвредности.
Ацесульфам К	не более 15		Слаще сахарозы в 200 раз, термо- и кислотоустойчив. Одна из распространенных торговых марок Sunett.
Трихлоргалактосахароза (ГХГС) (сукралоза)	0-15		Является низкокалорийным подсластителем
Натуральные подслащивающие вещества
Туаматин			Сладость в 80-100 тыс. раз превышает сахарозу. Вещество белковой природы. Стабилен в кислой среде (рН 2,5-5,5) и при повышении температуры. Выпускается в виде производного под названием Falune (Англия).
Миракулин			Является высокомолекулярным гликопротеидом, в состав которого входят 373 аминокислоты, а углеводная составляющая представлена остатками глюкозы, фруктозы, арабинозы, ксилозы и других моноз. Получают из плодов тропического растения, произрастающего в Африке. Термостабилен при рН 3-12.
Монелин			В 1500-3000 раз слаще сахарозы. Высокомолекулярный белок, состоящий из двух полипептидных цепей, получают из ягод африканского растения, стабилен при рН 2-10, но при повышении температуры и особенно при других значениях рН исчезает его сладкий вкус.
Стевиозид			В 300 раз слаще сахарозы. Смесь гликозидов, выделенных из растительного сырья африканского происхождения, стабилен в кислой среде.
Дигидрохалконы			Имеют сладость, в 30-3000 раз превышающую сахарозу. Производные флавон-7-глюкозидов, выделены из цитрусовых. Санитарным надзором России разрешен к применению неогесперидин дигидрохалкон.
Многоатомные спирты (полиолы): сорбит, ксилит, маннит, мальтит и лактит		Используют в качестве сахарозаменителей в изделиях, предназначенных для больных диабетом и для уменьшения потребления рафинированных сахаров, которые способствуют нарушению баланса витамина В1 а также для предупреждения кариеса зубов и некоторых других заболеваний.	Сладость ксилита составляет 0,85 сладости сахарозы, для сорбита этот показатель 0,6. Практически полностью усваиваются организмом. Ксилит выполняет также функцию влагоудерживающего вещества, стабилизатора и эмульгатора

 

В пищевой промышленности расширяется производство и применение сладких продуктов, получаемых в результате частичного или полного гидролиза крахмала с последующей модификацией некоторых продуктов гидролиза. При неполном гидролизе крахмала выпускают следующие патоки: низкоосахаренную, карамельную, мальтодекстрины, мальтозную, высокоосахаренную, глюкозно-мальтозную и др. К продуктам полного гидролиза крахмала относятся моногидратная и ангидридная глюкоза, или декстроза, фруктоза, или левулеза, глюкозные и глюкозно-фруктозные сиропы. Из зернового сырья получают зерновые сиропы и другие углеводные добавки без предварительного выделения крахмала.

В кондитерском производстве и для продуктов детского питания применяют солодовый экстракт, представляющий собой водную вытяжку из ячменного солода и содержащий моно- и алигосахариды (глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу), белки, минеральные вещества, ферменты. Массовая доля сахарозы в нем составляет 5%.

Лактозу, или молочный сахар, используют для продуктов детского питания и кондитерских изделий специального назначения.

Регуляторы кислотности. Для того чтобы придать определенные вкусовые свойства фруктово-ягодным кондитерским изделиям и безалкогольным напиткам, при их производстве применяют пищевые кислоты: адипиновую, винную (виннокаменную), лимонную, молочную, триоксиглутаровую, о -фосфорную, яблочную, угольную. Для маринадов широко используют уксусную кислоту, которая выполняет одновременно функцию консерванта.

Характеристика отдельных пищевых кислот представлена в табл. 2.

Таблица 2 – Характеристика пищевых кислот

Название кислоты	Приемлемое суточное потребление (ПСП), мг/кг	Характеристика сырья и процесса получения	Примечание
Лимонная кислота	0-60	Получают ее из сахаров в процессе лимоннокислого брожения либо из махорки. Из 1 т лимонов можно получить 25 кг лимонной кислоты.	Обладает приятным кислым вкусом, не раздражает слизистую оболочку пищеварительного тракта
Винная (виннокаменная) кислота	0-6	Вырабатывают из отходов виноделия	Иногда применяют вместо лимонной или винной, но она хуже растворяется в воде и имеет менее выраженный кислый вкус
Адипиновая кислота		Получают из фенола
О -фосфорная (фосфорная) кислота и ее соли	0-5
Угольная кислота		Представляет собой сжиженный углекислый газ (диоксид углерода)	Применяется для газирования напитков
Молочная кислота Е 270		Образуется при молочнокислом брожении сахаров	Применяется в кондитерском и безалкогольном производстве, а также в производстве некоторых сортов пива и для подкисления сливочного масла
Яблочная кислота		Получают в результате синтеза фенола	Промежуточным продуктом является малеиновая кислота, которая имеет токсические свойства, поэтому ее примеси ограничены. Не рекомендуется использовать в производстве продуктов для детского питания
Фумаровая кислота	до 6 мг/кг		Обладает токсическими свойствами

 

Регуляторами кислотности являются также фумараты натрия, калия, кальция, аммония, соли лимонной и других пищевых кислот, янтарная кислота. Наиболее широко распространено применение в пищевых производствах уксусной кислоты.

Подщелачивающие вещества вносят при производстве сухих шипучих напитков, печенья (в качестве разрыхлителя), для снижения кислотности некоторых продуктов, в частности сгущенного молока. Подщелачивающими веществами служат карбонаты натрия и аммония.

Интенсификаторы (усилители) вкуса и аромата. Создано большое количество синтетических усилителей флевора, часть из которых находит широкое применение. Гигиенические исследования для таких веществ должны быть очень тщательными, так как в ряде случаев они не содержатся в естественных продуктах.

Одним из наиболее простых примеров усиления аромата и вкуса является поваренная соль. Прибавленная в небольших количествах, сенсорно не ощущаемых, к апельсиновому прохладительному напитку соль увеличивает интенсивность характерных вкусоароматических свойств апельсина. Незначительные добавки поваренной соли при приготовлении натурального кофе усиливают аромат напитка. В качестве усилителя вкуса и аромата продуктов, особенно мясных, широко используется L-глутаминовая кислота и ее аммонийные, кальциевые, калиевые и натриевые соли; ПСП кислоты на 1 кг массы тела человека составляет до 120 мг. Глутаминовую кислоту и ее соли применяют в рецептурах мясных консервов, пищевых концентратов первых и вторых блюд. В странах Юго-Восточной Азии эта вкусовая приправа распространена наравне с поваренной солью. Глутаминовая кислота присутствует в пище, которую мы едим ежедневно, имеет слабый вкус, но при добавлении усиливает аромат и вкус других веществ. Излишнее употребление глутаминовой кислоты и ее солей может вызвать, например, головную боль, рвоту, другие симптомы, названные синдромом китайского ресторана. По-видимому, большое количество мононатриевой соли глутаминовой кислоты, используемой в китайских супах, которые поглощаются, как правило, на голодный желудок, оказывает максимальное действие. Эксперты считают, что глутаминовую кислоту и ее соли не следует вводить в продукты для детского питания.

За рубежом в качестве улучшителей вкуса применяют изомеры рибонуклеиновых кислот и их динатриевые соли. Интенсивность усиления вкуса в 45-200 раз выше, чем a-глутамината натрия.

Разработка новых приемов в пищевой технологии должна предусматривать максимальное сохранение природных вкусовых и ароматических веществ.