Свойства, источники и способы получения стабилизаторов

Пектины

Пектины – самые незаменимые пищевые стабилизаторы, наиболее широко применяющиеся практически во всех отраслях пищевой промышленности.

Пектиновые вещества являются весьма важным компонентом растительных клеток, хотя и составляют незначительную часть клеточных стенок (не более 5%). О превращениях пектиновых веществ еще мало известно, так как их очень трудно извлечь в нативном виде из клеточных стенок, где пектиновые вещества находятся в форме нерастворимых в воде соединений, известных под названием протопектинов, состав которых еще менее изучен. По-видимому, в протопектинах полигалактуроновая кислота связана с целлюлозой, а может быть, и с белками. При созревании плодов и овощей протопектины в большей или меньшей степени переходят в пектин. Процесс этот ферментативный и происходит под влиянием комплекса пектолитических ферментов.

Поскольку пектиновые вещества широко распространены в растительном мире, особенно важно знать о них в тех случаях, когда содержание пектиновых веществ в лекарственных растениях достигает значительных количеств (ягоды клюквы, плоды шиповника, корень солодки и др.) и они участвуют в суммарном лечебном эффекте, проявляемом основными действующими веществами.

В промышленных масштабах пектин получают из свеклы (сухая масса клубнекорней свеклы содержит до 25% пектина) и некоторых других видов растительного сырья (отжатые лимоны, яблоки и др.). В основе производства пектина лежит его способность осаждаться этанолом.

Пектины используются в качестве гелеобразователя, стабилизатора, загустителя, влагоудерживающего агента, осветлителя, а также вещества, облегчающего фильтрование. Применяют пектин и как средство для капсулирования.

В европейской системе кодификации пищевых добавок пектину присвоен код Е440. Специальных ограничений на применение пектинов не существует.

Главная функциональная особенность пектина как студнеобразователя – способность формировать гели в водных растворах только в присутствии определенного количества сахара и кислоты или ионов кальция. Однако важнейшим функциональным отличием пектина от других полисахаридов является его нейтральность. При употреблении с пищей он не создает в организме энергетического запаса. Но гораздо более ценные его свойства были выявлены учеными в последние десятилетия. Выяснилось, что пектин способен, образовывая комплексы, выводить из организма человека тяжелые металлы (свинец, ртуть, цинк, кобальт, молибден и пр.) и долгоживущие (с периодом полураспада в несколько десятков лет) изотопы цезия, стронция, иттрия и т.д. Кроме того пектин может сорбировать и выводить из организма биогенные токсины, анаболики, ксенобиотики, продукты метаболизма и биологически вредные вещества, способные накапливаться в организме: холестерин, желчные кислоты, мочевину, продукты тучных клеток. Так что конфеты и кондитерские изделия, в производстве которых пектины применяются особо широко, можно считать и своеобразными лекарствами.

Еще одной важнейшей областью, в которой используется пектин, является фармацевтика, ведь как растворимые пищевые волокна, пектин благотворно влияет на состояние здоровья человека. Как правило, фармацевты применяют высокоэтерифицированные яблочные и яблочно-цитрусовые пектины. Немалый интерес пектины представляют и для косметологии.

Каррагинан

Каррагинан – это природный загуститель, которому в европейской системе кодификации пищевых добавок присвоен код Е 407. Получают каррагинан путем переработки очень широко распространенных красных водорослей класса Rhodophyceae (они же являются сырьем для получения знаменитого агара (Е406)). Эти водоросли произрастают практически по всей акватории мирового океана, но наиболее качественное сырье для получения каррагинана добывается в прибрежных водах восточной Азии, в частности – Филиппинских островов, Индонезии. Побережья Чили, США, Франции и Канады также относятся к основным местам сбора сырья для производства каррагинана. В России производство было практически свернуто в начале 90-х годов прошлого столетия и теперь каррагинан и сырье для его производства – это статья импорта в российской экономике.

По химическому составу каррагинан-гидроколлоид, состоящий главным образом из сложных калиевых, натриевых, магниевых и кальциевых сульфатных эфиров галактозы, а также из сополимеров 3,6 – ангидрогалактозы. Этим и обусловлены желеобразующие свойства каррагинанов. На структурные вариации каррагинана влияет биологическая фаза роста водорослей, время их сбора, а также место и глубина произрастания. В процессе переработки водорослей получают несколько видов каррагинанов, отличных не только по химическому составу, но и по свойствам, а именно растворимости, устойчивости геля к химическому и физическому воздействиям. Каррагинаны подразделяются на каппа-, йота- и лямбда-каррагинаны. Наиболее широко применяется каппа-каррагинан, особенно в мясном производстве. Различают каррагинан также на рафинированный и полуочищенный. Достоинством полуочищенного является его заметно меньшая себестоимость при сохранении практически всех свойств полностью очищенного каррагинана.

Каррагинан способен взаимодействовать с другими заряженными макромолекулами, такими как мышечные белки, ксантан, гуаровая камедь, камедь рожкового дерева, желатин, вызывая различные эффекты, например увеличение вязкости, студнеобразование, стабилизацию и осаждение. Такая особенность каррагинана успешно используется для моделирования свойств конечного продукта.

Основными достоинствами этого типа пищевых стабилизаторов являются простота в применении, способность образовывать гели в очень широком диапазоне рН и с низким содержанием сухих веществ, а также термореверсивность получаемых гелей (при условии невысокого содержания в продуктах сухих веществ). Проще говоря, это значит, что при охлаждении после нагрева продукт вернется к консистенции, предшествующей нагреву.

Необходимо упомянуть и ещё о ряде важнейших свойств каррагинанов, а именно – об их целебных свойствах. Каррагинаны характеризуются биологической активностью: антикоагулирующей, антивирусной, антираковой и антиязвенной, а также выводит из организма тяжелые металлы. Разумеется эти свойства не могли не найти широчайшего применения в фармацевтике. Кроме того, на стыке двух сфер применения – медицинской и пищевой – возникла возможность вводить полисахариды в состав продуктов детского, диетического и лечебно-профилактического питания. Это имеет огромную важность для здравоохранения и социального развития, ведь использование полисахаридов природного происхождения при производстве, например, мясопродуктов позволяет выпускать продукты пониженной жирности и обогащать рацион питания человека пищевыми волокнами, суммарное потребление которых в настоящее время составляет менее 10 г/сутки, что в 3 раза ниже оптимального количества. Кроме того, использование полисахаридов в продуктах питания способствует нормализации уровня холестерина в крови, сахара и радионуклидов.

Камеди

Камеди, известные также под общим названием гумми, составляют третий большой тип натуральных пищевых стабилизаторов.

Они часто образуют очень сложные растительные экссудаты, смешиваясь с дубильными веществами (танно-камеди), смолами (камедесмолы), смолами и эфирными маслами (ароматические камедесмолы).

Образование камедей свойственно многим растениям. Наиболее богаты камеденосами семейства Fabaceae, Rosaceae, Rutaceae, Meliaceae и др. В семействе Rosaceae, например, 32 рода являются камеденосами. Процесс камедеобразования может происходить в растениях, произрастающих в различных климатических зонах, но все же большая часть камеденосных семейств является тропическими. Способность к образованию камедей свойственна только многолетним жизненным формам растений – деревьям и кустарникам и в меньшей степени – травянистым многолетникам с деревенеющим корнем и основанием стебля. Камедь продуцируют различные органы растения – корни, ствол, ветви (даже черешки листьев), плоды, семена. Вопрос о том, какие ткани подвергаются окамеденению и как протекает процесс образования камедей, еще недостаточно изучен, так же как и вопрос о значении камедеобразования для самих растений. Существуют разные объяснения, которые верны применительно к определенным растениям. Несомненно одно, что камедь образуется в результате перерождения стенок клеток паренхимной ткани сердцевины и сердцевинных лучей. Известны случаи слизистого перерождения и в области коровой паренхимы. Полагают, что значительная роль в камедеобразовании у косточковых плодовых и акаций принадлежит крахмалу и, возможно, другому содержимому клеток.

Анатомическая топография у отдельных камеденосов разная. У косточковых плодовых, например, камедь может образоваться как в клетках луба и сердцевинных лучей, так и в специальных полостях в паренхиме древесины и коры.

Многие авторы считают, что камедеобразование возникает под влиянием внешних стимулов, например механических ранений, повреждений насекомыми или их личинками, бактериальных или грибковых заболеваний. На интенсивность гуммоза может влиять характер почвы, удобрения, сильный полив, густота посадки деревьев и т.д.

Камеди известны с древнейших времен. Они описаны Феофрастом (IV в. до н.э.), Диоскоридом (I в.), Плинием (1 в.). О них говорится и в "Каноне врачебной науки" Авиценны (X в.), и работах других арабских ученых. Камеди широко используются в фармацевтической практике и в самых разных отраслях народного хозяйства.

Несмотря на общее для этого типа стабилизаторов консистенции продуктов наименование, разновидности камеди заметно отличаются друг от друга по происхождению, то есть вырабатываются из различных видов сырья. Так сырьем для камеди рожкового дерева являются стручки средиземноморской акации, порошок гуаровой камеди производится из эндоспермы семян Cyamopsis tetraganoloba – растения, известного как гуар, а вот камедь ксантана является микробиологическим полимером.

И все-таки необходимо отметить, что, хотя камеди и объединяет общее название и принадлежность к одному типу, но в производстве их очень четко различают по характеристикам и свойствам, находя специализированное применение для каждого и учитывая некоторые особенности.

Гуаровая камедь (Е 412) имеет характерный запах, цвет от белого – до желтоватого. Её получают из семян Cyamopsis tetraganoloba – растения, известного как гуар, или гороховое дерево. Будучи введённой в жидкую среду в процессе приготовления пищевого продукта, она связывает воду, в результате чего коллоидная система теряет свою подвижность и её вязкость повышается. Гуаровая камедь очень равномерно диспергируется и набухает как в холодной, так и в горячей воде. Она не растворима в органических растворителях. Гуаровая камедь выполняет функцию загустителя и эмульгатора при производстве соусов, кетчупов, майонезов, молочных десертов, йогурты, супов, напитков, хлебопекарных продуктов. При производстве сокосодержащих напитков применяется для удержания мякоти во взвешенном состоянии.

Камедь рожкового дерева (Е410) получают из стручков средиземноморской акации. По химическому строению камедь рожкового дерева схожа с камедью гуара. Она растворима только при нагревании. Будучи введённой в жидкую среду в процессе приготовления пищевого продукта, она также связывает воду и повышает вязкость продукта. Но отличительной особенностью этого загустителя является синергизм с ксантаном и другими гидроколлоидами. Поэтому именно с ксантаном её и применяют чаще всего в качестве загустителя или гелеобразователя.

Ксантановая камедь (Е415) – полисахарид с большим количеством боковых цепей, между которыми есть электростатическое отталкивание из-за наличия кислотных групп. Ксантан обладает превосходной сгущающей способностью. Увеличивает срок хранения готовых продуктов, предотвращает расслаивание, придаёт устойчивость к действию кислот и высоких температур. Проявляет синергизм с гуаром и другими гидроколлоидами. Усиливает желирующую способность каррагинанов и камеди рожкового дерева. Благодаря этим свойствам она и применяется в смеси с камедью рожкового дерева в качестве загустителя и гелеобразователя.

Эмульгаторы

В эту группу пищевых добавок входят вещества, которые, будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более несмешивающихся веществ.

Строго говоря, термины «эмульгатор» или «эмульгирующий агент» подразумевают химическое вещество, способное (при растворении или диспергировании в жидкости) образовывать и стабилизировать эмульсию, что достигается благодаря его способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение. Такая способность связана с поверхностно-активными свойствами, поэтому применительно к рассматриваемой группе пищевых добавок термины эмульгатор, эмульгирующий агент и поверхностно-активное вещество (ПАВ) могут рассматриваться как синонимы.

Хотя основными функциями эмульгаторов являются образование и поддержание в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз, таких как масло и вода, в других пищевых системах применение этих добавок может быть связано не столько с эмульгированием, сколько с их взаимодействием с такими пищевыми ингредиентами, как белки, крахмал и др.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества, в частности, камеди, сапонины, лецитин и др.

Некоторые из них сохранили свою популярность, однако наиболее широко в промышленности используются сегодня синтетические эмульгаторы или продукты химической модификации природных веществ, промышленное производство которых начало развиваться в 20-е гг. XX в.

По химической природе молекулы классических эмульгаторов, являющихся поверхностно-активными веществами, имеют дифильное строение, то есть содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, которые, будучи связанными с неполярным соединительным звеном (основанием), отделены друг от друга и располагаются на противоположных концах молекулы. Первые (гидрофильные) обеспечивают растворимость в воде, вторые (гидрофобные) – в неполярных растворителях. Дифильное строение молекул эмульгаторов обусловливает их склонность к формированию ассоциатов в объемной фазе растворителя, называемых мицеллами.

В зависимости от особенностей строения молекулы эмульгатора, которые будут проявляться в соотношении между гидрофильными свойствами полярной группы и липофильными свойствами неполярной части молекулы ПАВ, могут образовываться как классические мицеллы в воде, так и обращенные мицеллы в неполярных растворителях (маслах и жирах).