Крахмал и модифицированные крахмалы.

Крахмал, его фракции (амилопектин, декстрины) и модифицированные крахмалы приме­няются в качестве загустителей, студнеобразователей и желирующих веществ в кондитерской, хлебопекарной промышленности, при про­изводстве мороженого.

Модифицированные крахмалы по строению и свойствам в ре­зультате разнообразных воздействий (физического, химичес­кого, биологического) отличаются от обычных крахмалов. Моди­фикация позволяет существенно изменить их строение и свойства (гидрофильность, способность к клейстеризации, студнеобразование), а следовательно, и направление использования.

Окисленные крахмалы образуют клейстеры с пониженной вязкостью и повышен­ной прозрачностью, их используют для стабилизации мороженого, при производстве мармеладов и лукума. Набухающие крахмалы спо­собны набухать и растворяться в холодной воде. Они позволяют бы­стро приготовлять желеобразные десерты, кремовые смеси, пудин­ги, соусы, используются при производстве мясных полуфабрикатов. Крахмалофосфаты образуют клейстеры повышенной прозрачности и вязкости, они устойчивы к нагреванию, воздействию пищевых кис­лот, перемешиванию. Применяются при производстве майонезов, продуктов детского питания и группы здоровья, соусов, приправ. Клейстеры крахмалофосфатов устойчивы к действию низких темпе­ратур (замораживание), с их использованием готовят продукты, со­храняемые в замороженном виде (паштеты, замороженные обеды, кремы и т.д.).

Особенно широкое применение модифицированные крахмалы нашли в хлебопечении и кондитерской промышленности, в том чис­ле, для получения безбелковых продуктов питания.

Целлюлоза, простые эфиры целлюлозы. В качестве пищевых до­бавок широко применяются модифицированная целлюлоза и ее про­стые эфиры. Целлюлоза (Е460) используется в качестве эмульгатора, добавки, препятствующей слепливанию и комкованию пищевых продуктов, в двух модификациях: микрокристаллическая (частично гидролизованная, пластифицированная) целлюлоза и порошкообразная целлюлоза. Из эфиров целлюлозы применяют метилцелюлозу (Е463), гидроксипропил-метилцеллюлозу (Е464), метилэтилцеллюло­зу (Е465) и натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Е466).

[С6Н7 О2 (О-СН3)2ОН] диметилцеллюлоза (метилцеллюлоза)	[С6Н7 -О2 (--С2Н5)(ОН)2] этилцеллюлоза
[С6Н7 О2 (ОСН2-СООNа(ОН)2] карбоксиметилцеллюлоза

Эфиры целлюлозы используют при изготовлении соусов, паш­тетов, мороженого, в кондитерской промышленности как ускоритель кристаллизации сахарозы, при производстве напитков.

Пектиновые вещества - (Е440, pektos - свернувшийся, замерзший) группа высокомолекулярных гетерополисахаридов, входящих, совмес­тно с целлюлозой, гемицеллюлозой, лигнином, в состав клеточных сте­нок и межклеточных образований высших растений, а также присут­ствующих в растительных соках некоторых из них. Пектины локализованы в первичной клеточной стенке и через боковые цепочки соединены с волокнами целлюлозы и с гемицеллюлозами. Основною цепь полимерной молекулы пектиновых веществ составляют производ­ные полигалактуроновой (пектовой) кислоты (полиурониды со связью 1-4-α). В цепь полигалактуроновых кислот включаются звенья L-рамнозы (6-дезокси-L-маннопиранозы), связанные α-1,2-гликоиднон свя­зью. Распределение остатков рамнозы в пектиновой цепи неравномерное. Гомогенная структура пектиновой цепи, кроме рамнозы, наруша­ется также боковыми цепочками нейтральных Сахаров, в построении которых участвуют галактоза, арабиноза, ксилоза. Часть карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты этерифицирована метанолом (пектиновая кислота), а часть вторичных спиртовых групп (при С₂ и С₃) может быть ацетилирована. Молекулярная масса пектиновых веществ 25-300 тыс. Молекулы рамнозы, включенные в цепь пектиновых кис­лот, придают полимерной цепи зигзагообразный характер.

 

Основная цепочка полигалактуроновой кислоты в растворе имеет вид спирали, содержащей 3 молекулы галактуроновой кисло­ты в одном витке. Соли пектовой кислоты получили название пектаты, а пектиновой - пекптинаты. Разнообразие пектиновых веществ обусловлено разветвленностью полимерной цепи, содержанием в ней полигалактуроновой кислоты, разнообразием моносахаридного со­става боковых цепей, состоянием карбоксильных групп (часть из них метилирована, часть находится в свободном состоянии и способна взаимодействовать с металлами), а также вторичных спиртовых групп, которые частично ацетилированы. Указанные выше особен­ности строения пектиновых веществ позволяют им образовывать гели, связывать воду и взаимодействовать с катионами. Они играю г важную роль в физиологических процессах, участвуя в водном и ион­ном обмене. Эти же свойства обусловливают широкое применение пектина в пищевой промышленности. В клетках растений пектиновые вещества прочно связаны с другими соединениями, уча­ствующими в их построении (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) и не могут быть извлечены водной экстракцией. Такая нерастворимая в воде форма получила название протопектин.

При созревании или термической обработке фруктов и овощей протопектин превращается в растворимый пектин. В промышлен­ности пектин получают гидролизом пектиносодержащего материа­ла в кислой среде. В настоящее время выпускается несколько видом пектинов, выделяемых из различных источников -сырья и отличаю­щихся по составу и функциональным свойствам: яблочный, цитру­совый, свекловичный, пектин из корзинок подсолнечника, а также комбинированные пектины из смешанного сырья. Строение моле­кул пектинов, выделяемых из различных растительных объектов, имеет свои отличительные особенности, к которым относятся моле­кулярная масса, степень этерификации, наличие ацилированных гидроксильных групп, характер распределения карбоксильных групп по длине полимерной цепи. Пектины, выделенные из яблочных выжи­мок и корзин подсолнечника, являются высокомолекулярными, свек­ловичный и цитрусовый пектины - низкомолекулярными. В молеку­лах свекловичных и подсолнечных пектинов часть гидроксильных групп у второго и треть его атомов углерода в остатках галактуроновой кислоты замещена на ацетильные группы. По степени этерификации (Е) свекловичный и подсолнечный пектины относятся к низкоэтерифицированным (Е менее 50%), а яблочный и цитрусовый - к высокоэтерифнцированным (Е более 50%). В яблочных пектинах наблюдается равномерное распределение карбоксильных групп по всей длине пектиновой молекулы, в цитрусовых - неравномерное. Строе­ние молекул пектина определяет их основные физико-химические и потребительские свойства: гелеобразование в водной среде и комплексообразование с ионами поливалентных металлов.

Образование геля - трехмерной пространственной структуры, происходит в результате взаимодействия пектиновых молекул между собой.

Рисунок 12.1 - Основные функциональные характеристики и области применения пектина.

Процесс зависит от молекулярной массы, степени этерификации молекул пектина, распределения карбоксильных групп; на его эффективность влияют температура и рН среды.

Высокоэтерифицированные пектины образуют гели в присут­ствии кислоты (рН 3,1–3,5) при содержании сахарозы более 50%, низкоэтерифнцированные - в присутствии ионов поливалентных металлов, например, кальция, независимо от содержания сахарозы, в широком диапазоне рН (рН от 2,5 до 6,5). Как пищевые волокна, пектины являются физиологически ценными пищевыми добавками. Рекомендуемое суточное потребление пектиновых веществ в рацио­не здорового человека - 5-6 г. В последнее время пектины широко используются в качестве профилактических средств для групп насе­ления, проживающих в зонах риска отравления тяжелыми металла­ми и радионуклидами, из-за способности низкоэтерифнцированных пектинов образовывать комплексные соединения с нонами цинка, свинца, кобальта, радионуклидами. Вся изложенная выше специфика свойств пектинов ставит их в ряд важнейших физиологи­чески ценных пищевых добавок.

Высокоэтерифицированные пектины применяют в кондитерс­кой промышленности (мармелад, желе), в производстве фруктовых соков, мороженого, рыбных консервов, майонеза; низкоэтерифицированные - овощных желе, паштетов, студней (стр. 139).

Важным видом пищевых добавок являются полисахариды, вы­деляемые из морских водорослей. Среди них - агар-агар, агароиды (черноморский агар), альгиновая кислота и ее соли и другие.

Агар-агар (агар Е406) - смесь сульфированных полисахаридов (галактанов): агарозы и агаропектинов. Основная фракция агарозы - линейный полисахарид, построенный из чередующихся остатков β-D-галактопиранозы и 3,6-ангидро-L-лактозы, связанных поперемен­но β(1 4) и α(1 3) связями.

Агаропектин - смесь полисахаридов сложного строения, содер­жащая глюкуроновую кислоту и эфирно-связанную серную кислоту.

Агар-агар получают из багряных (красных) морских водорос­лей (анфилия), произрастающих в Белом море и Тихом океане. В зависимости от водорослей состав выделенных полисахаридов может изменяться, так выделена агароза, частично метилированная у ато­ма С₆ галактопиранозного звена. Агар незначительно растворяется в холодной воде, но набухает в ней. В горячей воде образует колло­идный раствор, который при остывании дает хороший прочный сту­день, обладающий стекловидным изломом. Для получения таких студней не нужно добавки сахара и кислоты, его желирующая спо­собность в 10 раз выше, чем у желатина. Наоборот, способность ага­ра образовывать студни уменьшается при их нагревании в присутствии кислот. Агар применяют в кондитерской промышленности при производстве желейного мармелада, пастилы, зефира, при получе­нии мясных и рыбных студней, желе, пудингов, при приготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристаллов льда, а также при осветлении соков.

Агароид (черноморский агар). Получают из водорослей филлофора, растущих в Черном море. Плохо растворим в холодной воде, в горячей воде образует коллоидный раствор, при охлаждении которого формируется студень, имеющий затяжистую консистенцию. Студнеобразующая способность в два раза ниже, чем у агара.

По химической природе к агару и агароидам близок каррагиннан ("ирландский мох", Е407). Состав его представлен рядом поли­сахаридов, соотношение между которыми колеблется в зависимости от вида растения, времени года и окружающих условии. Они построены из сульфатированных остатков D-галактопиранозы с чередованием β (1 4) и α (1 3) связей, причем степень сульфитирования и положение сульфатных групп варьируют. Каррагиннан получают водной экстракцией из красных водорослей, в которых он содержится в виде калиевых, натриевых и кальциевых солей. Для производства пищевого каррагиннана следует применять водоросли, образующие высокомолекулярные полисахариды, и он должен быть очищен от низкомолекулярных фракций. Каррагиннан и его соли - желирующие средства для мясных и рыбных студней, желе, изделии из овощей и фруктов, добавляются в молочные напитки и используются при про­изводстве мороженого.

По химической природе к агару и агароиду близок фурцеллеран (Е407), полисахарид, получаемый из морской водоросли – фурцелларии.

По способности к студнеобразованию он значительно уступа­ет рассмотренным ранее агароидам. Применяется при производстве мармелада и желейных конфет.

Альгиновая кислота и ее соли - компоненты бурых водорослей, полисахариды, построенные из остатков D-манноуроновой и L-гулуроновой кислот (связь - β(1 4)).

 

Альгиновые кислоты имеют кристаллические области, построен­ные из остатков β-D-маннуроновой или α- L -гулуроновой кислот и аморфные участки, состоящие из (1 4) -связанных остатков обеих кис­лот. В водорослях альгиновая кислота присутствует в виде солей каль­ция, магния, натрия. Извлекается из сырья разбавленными растворами соды и щелочей в виде хорошо растворимых натриевых и калиевых со­лей. Альгиновая кислота (Е400), альгинат натрия (Е401) и альгинат ка­лия (Е402), а также пропиленгликольальгинат (Е405) широко применя­ются в пищевой промышленности в качестве загустителей, желирующих веществ и эмульгаторов для изготовления мармелада, фруктовых желе, конфет, осветления соков. Альгиновые кислоты в воде не растворяют­ся, не связывают ее, альгинат натрия и калия хорошо растворимы в воде. Пропиленгликольальгинат, не осаждающийся в кислых растворах, при­меняется в качестве стабилизатора мороженого, концентратов апель­синового сока, как приправа к салатам, сырам.

Пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ)

К ним относятся группы веществ, которые при растворении или диспергировании в жидкость, концентрируясь на поверхности раздела фаз, снижают поверхностное натяжение. Это позволяет исполь­зовать их в том числе для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. Обычно это соединения, молекулы которых имеют дифильное строение, то есть содержат полярные гидрофиль­ные и неполярные гидрофобные группы. Первые обеспечивают ра­створимость в воде, вторые (гидрофобные) - в неполярных раство­рителях. Соответствующим образом они располагаются на поверхности раздела фаз. Их основные физико-химические, а отсю­да и технологические свойства определяются гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) их молекул, зависящим от химического строе­ния молекул, соотношения молекулярных масс гидрофильных и гидрофобных, групп. По типу гидрофильных групп различают ион­ные и неионные (неионогенные) поверхностно-активные вещества. Первые диссоциируют на ионы, одни из которых поверхностно-ак­тивны, другие (противоионы) - нет. В зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона ПАВы делят на ионные, катионные и амфотерные (амфолитные).

Молекулы неионных. ПАВ не диссоциируют в растворе (рис. 2).

В пищевых технологиях используются, как правило, неионогенные ПАВ. С помощью ПАВ можно регулировать свойства гетеро­генных систем, которыми являются пищевое сырье, полупродукты и готовые продукты.

В настоящее время в индустриально развитых странах произ­водятся тысячи тонн пищевых ПАВ.

Основные пищевые ПАВ - это производные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными ком­понентами которых являются остатки кислот различного строения.

В колбасном производстве используют фосфат натрия, одно-, дву-, три- и четырехзамещенный пирофосфорнокислый натрий.

Обычно ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, не являются индивидуальными веществами, это многокомпонентные смеси, химическое название препарата соответствует лишь основной части продукта. Они нашли применение практически во всех отраслях пищевой промышленности.

Остановимся на основных группах пищевых ПАВ, применяю­щихся в промышленности.

Моно-, диацилглицерины и их производные

Моно- и диацилглицерины (моно-, диглицериды, E47I) полу­чают гидролизом триацилглицеринов или этерификацией глицери­на высокомолекулярными жирными кислотами:

 

Применение моно- и диглицеридов в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствения, в макаронной про­мышленности позволяет механизировать процесс, повысить качество (макароны перестают быть клейкими). В производстве маргаринов и майонезов добавки моно- и диглицеридов оказывают эмульгиру­ющее, стабилизирующее и пластифицирующее действие. Большое применением пищевой промышленности нашли производные моноглицеридов, этерифицированные карбоновыми кислотами:

 

 

Производные моноглицеридов нашли применение в кондитер­ской промышленности, в хлебопечении, в производстве майонезов " маргаринов, мороженого, напитков, макаронных изделий и т.д.

Фосфолипиды. Фосфолипиды как природного, так и синтети­ческого происхождения, применяются в хлебопекарной, кондитерс­кой, маргариновой отраслях промышленности. Природные фосфо­липиды (фосфатиды, фосфатидный концентрат) получают из растительных масел при их гидратации. Они содержат до 60% фосфолипидов, в состав которых входят до 25% фосфатидилхолинов (лецитинов), до 25% фосфатидилэтаноламинов, 16-17% дифосфатидилглицеринов, 5-10% фосфатидных кислот, до 15% фосфатидилсеринов, тoкoферoлы, пигменты и т.д., а также до 40% триацилглмцеринов. Фосфатиды применяют в производстве хлеба, мучных кондитерских изделий, шоколада, напитков, мороженого.

Синтетические фосфолипиды (Эмульгатор Фоле), применяемые в пищевой промышленности, по своему составу отличаются от при­родных отсутствием в их молекулах азотистых оснований и пред­ставляют собой сложную смесь аммониевых или натриевых солей различных фосфатидных кислот с триглицеридами. Их применение в шоколадном производстве позволяет экономить масло какао, в мар­гариновом получать низкожирные маргарины - с содержанием жировой фазы 40-50%.

Эфиры полиглицерина (E475). Эти соединения представляют собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином. Обычно эти продукты содержат, кроме того, свободные полиглицерины и некоторое количество моно-, ди-, триглицеридов. Применяются в хлебопекарной, кондитерской и маргариновой отраслях промыш­ленности.

Эфиры сахарозы (Е473). По составу - это сложные эфиры природных кислот с сахарозой, содержат небольшое количество свободной сахарозы и высокоацилированных соедине­ний. Спектр применения этих соединений очень широкий - конди­терские изделия, хлебопечение, производство мороженого.

Эфиры сорбита (Е491, Е492, Е494, Е495, Е496). Сложные эфиры шестиатомного спирта сорбита, предварительно частично дегидри­рованного до сорбитанов, с природными кислотами. Нашли широкое применение в пищевой промышленности.

Производные карбоновых кислот и высших жирных спиртов

 

Они применяются почти во всех отраслях пищевой промышлен­ности.

Следующая группа пищевых ПАВ - производные молочной кислоты с высшими жирными кислотами.

Стероилмолочная кислота и ее соли (натрийстелат, кальцийстелат,Е482)

 

Пищевые ПАВ этой группы применяются в кондитерской и хле­бопекарной промышленности, при производстве мороженого и т.д.