1
2
Эта группа пищевых добавок включает соединения двух функциональных классов: а) загустители (функциональный класс 23) — вещества, используемые для повышения вязкости продукта; б) гелеобразователи (функциональный класс 15) — соединения, придающие пищевому продукту свойства геля (структурированной высокодисперсной системы с жидкой дисперсионной средой, заполняющей каркас, который образован частицами дисперсной фазы).
В химическом отношении добавки этой группы 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), а кроме того, с органическими молекулами меньшей молекулярной массы.
Перечень загустителей и гелеобразователей, разрешенных к применению в производстве пищевых продуктов в России, включает 50 добавок.
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 веществ в конкретной пищевой системе, является их полное растворение, которое зависит, прежде всего, от химической природы добавок. Поскольку большинство представителей этой группы относится к соединениям полисахаридной природы и содержит значительное количество гидроксильных групп, они являются гидрофильными и, в основном, растворимы в воде.
Подавляющее большинство загустителей и гелеобразователей со статусом пищевых добавок относится к классу полисахаридов (гликанов). Исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу.
Классификация пищевых добавок полисахаридной природы в зависимости от структуры.
Классификационный признак |
Характеристика |
Основные представители |
Строение полимерной цепи |
Линейное |
Альгинаты, каррагинаны, модифицированные целлюлозы, фурцеллеран, пектины |
|
Разветвленное |
Галактоманнаны (гуаровая камедь и камедь рожкового дерева), ксантаны, гуммиарабик, камедь гхатти, камедь карайи, трагакант |
Природа мономерных остатков |
Гомогликаны |
Модифицированные целлюлозы, модифицированные крахмалы |
|
Гетерогликаны |
Альгинаты, каррагинаны, галактоманнаны, пектины |
Модифицированные крахмалы.
В отличие от нативных растительных крахмалов, считающихся пищевыми продуктами, модифицированные крахмалы (Е1400 — Е1451) относятся к пищевым добавкам. В эту группу пищевых добавок объединены продукты фракционирования, деструкции и различных модификаций нативных растительных крахмалов, представляющих собой преимущественно смесь двух фракций гомоглкжанов (полимеров глюкозы) линейного и разветвленного строения — амилозы и амилопектина.
Основные виды модифицированных крахмалов.
Тип модификации |
Основные группы |
Основные подгруппы |
|
Набухание |
Набухающие крахмалы |
Растворимые в холодной воде (инстант-крахмалы), полученные: — вальцовой сушкой; — экструзией |
|
Деполимеризация |
Расщепленные крахмалы |
Декстрины |
|
Стабилизация |
Стабилизированные крахмалы |
Со сложной эфирной связью: |
|
Поперечное сшивание полимерных цепей |
Сшитые крахмалы |
|
Сшитые крахмалы. Большинство модифицированных пищевых крахмалов относится к подгруппе сшитых. Поперечное сшивание отдельных крахмальных молекул между собой происходит в результате взаимодействия их гидроксильных групп с бифункциональными реагентами.
Для пищевых целей используют, главным образом, три вида межмолекулярно-сшитых крахмалов — дикрахмальные эфиры фосфорной и адипиновой кислот, а также дикрахмалглицерины:
В большинстве сшитых пищевых крахмалов содержится не более одной поперечной связи на каждую тысячу глюкопиранозных остатков, что оказывается достаточным для значительного изменения свойств модифицированных крахмалов по сравнению с исходными. Крахмалы этой подгруппы имеют пониженную скорость набухания и клейстеризации, что создает эффект пролонгированного действия. Клейстеры поперечно-сшитых крахмалов являются более вязкими, имеют "короткую" текстуру, устойчивы к различным внешним воздействиям — высоким температурам, длительному нагреванию, низким рН, механическим нагрузкам.
Устойчивость к подкислению и физическим воздействиям пропорциональны количеству поперечных связей.
Благодаря таким свойствам, сшитые крахмалы особенно эффективны в пищевых технологиях, включающих продолжительную термическую обработку, интенсивные механические воздействия, а также в технологиях, где требуется пролонгирование процессов набухания крахмальных гранул, повышения вязкости и формирования текстуры. К таким технологиям относятся: получение экструдированных продуктов, консервирование методом стерилизации, различные выпечки (например, выпечка открытых пирогов с фруктовыми начинками), производство консервированных супов и т.п.
Целлюлоза и ее производные.
В группу пищевых добавок целлюлозной природы (Е460—Е467) входят продукты механической и химической модификации и деполимеризации натуральной целлюлозы, представляющей собой линейный полимер, который состоит из соединенные 1,4-гликозидными связями остатков D-глюкопиранозы.
Собственно целлюлоза используется в качестве пищевой добавки Е460 в двух модификациях:
— Е4601 — микрокристаллическая целлюлоза (частично гидролизованная кислотой по аморфным участкам, наиболее доступным для атаки реагентами, и затем измельченная; отличается укороченными молекулами);
— Е460Н — порошкообразная целлюлоза, выделенная из растительного сырья (древесины, хлопка и т. п.) удалением сопутствующих веществ (гемицеллюлоз и лигнина) и затем измельченная.
Основные технологические функции целлюлозы — эмульгатор и текстуратор, добавка, препятствующая слеживанию и комкованию.
Химическая модификация молекул целлюлозы приводит к изменению свойств и, как следствие, к изменению функций в пищевых системах. В образовании производных целлюлозы большую роль играет доступность и реакционная способность гидроксильных групп О-глюкопиранозных остатков. По реакционной способности гидроксильные группы располагаются в последовательности.
Статус пищевых добавок имеют семь химических модификаций целлюлозы, представляющих собой моно- или дипроизводные с простой эфирной связью (простые эфиры). В общем виде модифицированные целлюлозы могут быть описаны следующей формулой:
Модифицированные целлюлозы и их технологические функции.
Код |
Название |
X |
Y |
Технологические функции |
Е461 |
Метилцеллюлоза |
-СН3 |
-H |
Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Е462 |
Этилцеллюлоза |
-СН2СН3 |
-H |
Наполнитель, связующий агент |
Е463 |
Гидроксипропилцеллюлоза |
-СН2СН(ОН)СН3 |
-H |
Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Пектины.
Пектины являются основными представителями группы гетерогликанов высших растений.
Пектинами (Е440) называется группа высокомолекулярных гете-рогликанов (pektos — греч. свернувшийся, замерзший), которые входят в состав клеточных стенок и межклеточных образований высших растений, и через боковые цепочки соединены с гемицеллюлозами, например, галактаном, а затем волокнами целлюлозы. В такой связанной форме, имеющей название "протопектины", они не растворимы в воде. По химической природе пектины представляют собой гетеро-полисахариды. Главную цепь полимерной молекулы образуют производные полигалактуроновой (пектовой) кислоты (полиурониды).
В промышленности пектины получают кислотным или ферментативным гидролизом (обменной реакцией между веществом, в данном случае пектинсодержащим материалом, и водой) в условиях, обеспечивающих расщепление гликозидных связей, соединяющих пектиновые молекулы с нейтральными полисахаридами и не затрагивающих более прочные гликозидные связи в полимерной пектиновой молекуле, а также сложноэфирные связи в молекулах высокоэтерифицированных пектинов.
Фрагменты пектиновых молекул: а) пектовая кислота; б) пектиновая кислота; в) амидированный пектин.
Комплексообразующая способность (образование циклических комплексов поливалентных металлов) различных пектинов зависит от содержания свободных карбоксильных групп, то есть степени этерификации пектиновых молекул, и не зависит от их молекулярной массы.
Способность пектиновых молекул связывать поливалентные катионы увеличивается при снижении степени их этерификации и повышении степени диссоциации свободных карбоксильных групп (т.е. при повышении рН среды), а по отношению к различным металлам изменяется в ряду :
Mg < Mn < Сr < Hg < Fe < Ni < Со < Сu < Zn < Sr < Cd < Ва < Pb.
Желатин.
Желатин является практически единственным гелеобразователем белковой природы, который широко используется в пищевой промышленности. Желатин — белковый продукт, представляющий смесь линейных полипептидов с различной молекулярной массой (50 000—70 000) и их агрегатов с молекулярной массой до 300 000, не имеет вкуса и запаха. Аминокислотный состав желатина включает до 18 аминокислот, в том числе глицин (26—31 %), пролин (15—18%), гидроксипролин (13—15%), глутаминовую кислоту (11— 12%), аспарагиновую кислоту (6—7%), аланин (8—11%) и аргинин (8—9%).
Желатин получают из коллагена, содержащегося в костях, хрящах и сухожилиях животных. Технологический процесс основан на кислотной или щелочной экстракции, в процессе которой нерастворимый коллаген превращается в растворимый желатин, с последующим выделением продукта известными технологическими приемами, предусматривающими его очистку, высушивание и стандартизацию.