Харчові добавки, які змінюють структуру і фізико – хімічні властивості продуктів харчування

Реферат

План.

1. Загальні відомості про добавки, які змінюють структуру і фізико – хімічні властивості харчових продуктів.

2. Гелезагущувачі і гелеутворювачі.

3. Основні групи харчових ПАВ.

4. Емульгатори. Функції емульгаторів в харчових системах. Емульгуючі солі.

Література

1. Загальні відомості про добавки, які змінюють структуру і фізико – хімічні властивості харчових продуктів.

Добавки, які змінюють структуру і фізико - хімічні властивості харчових продуктів, - речовини, які вносяться для створення необхідних чи зміни існуючих реологічних властивостей харчових мас, так як формування заданої консистенції харчових продуктів. До них відносять представників п’яти функціональних класів:

згущувачі (функціональний клас 7) – добавки, що використовуються для підвищення в’язкості продукту;
гелеутворювачі (функціональний клас 6) – добавки, що надають харчовому продукту властивостей гелю (структурованої високодисперсної системи з рідкою дисперсним середовищем, що заповнює каркас, який утворений частинками дисперсної фази);
стабілізатори (функціональний клас 18) – добавки, які забезпечують стабілізацію гомогенної харчової системи, що утворена із двох чи більше не змішуючих речовин, чи покращення ступеню її гомогенізації;
емульгатори і емульгуючі солі (функціональні класи 22, 23) – добавки, які будучі введені в склад харчового продукту. Забезпечують змогу утворення і збереження однорідної дисперсії двох чи більше не змішуючих речовин.

2. Гелезагущувачі і гелеутворювачі.

Загущувачі і гелеутворювачі являються харчовими добавками, які на основі спільності властивостей, що проявляються їми в харчовій системах, входять в самостійну групу харчових інгредієнтів, що отримала назву «харчові гідроколоїди».

Харчові гідроколоїди – інгредієнти, які входять в рідкі чи тверді продукти харчування, в процесі їх виготовлення з метою надання бажаної в’язкості чи консистенції, а також в харчові дисперсні системи (емульсії, суспензії і т. п.) для їх стабілізації. За хімічною природою гідроколоїди представляють собою лінійні чи розгалужені полімерні з’єднання (полісахариди чи білки) з гідрофільними групами, як правило, рівномірно розташованими по довжині молекул, які здатні регулювати консистенцію за рахунок взаємодією з водною фазою, утворення міжмолекулярних ассоціатів чи зміни характеру проведення молекули на міжфазних границях. Вони можуть також приймати участь в обмінній взаємодії з іонами водню і металів, наприклад кальцію, а крім того , з органічними молекулами меншої молекулярної маси. Будучи введені в рідку харчову систему в процесі приготування харчового продукту, згущувачі і гелеутворювачі зв’язують воду, в результаті чого харчова колоїдна система втрачає свою рухливість і консистенція харчового продукту змінюється: підвищується підвищення в’язкості чи гелеутворення.

Подавляючи більшість гідроколоїдів, включених в приведений список, має статус харчових добавок. Всі вони відносяться до класу полісахаридів. Винятком в цьому списку є полімер білкової природи – желатин, який не відноситься до категорії харчових добавок, а має статус харчового інгредієнта.

Харчові добавки цієї групи представляють собою переважно натуральні (природні) речовини рослинного походження (пектини, агароїди, камеді), а також продукти фізичної, хімічної чи ферментативної модифікації природних об’єктів: модифіковані целюлози, модифіковані крохмалі, амідировані пектини і ін.

Сировинними джерелами для отримання гідроколоїдів полісахаридної природи слугують різні види наземних рослин і водоростей, а також деякі продукти мікробіологічного синтезу.

Основні представники гідроколоїдів.

До основних представників гідроколоїдів відносять модифіковані крохмалі і целюлози, пектини, полісахариди морських водорослів і деякі інші з’єднання.

Модифіковані крохмалі (Е 1400-Е 1451) – продукти фракціонування, деструкцій і різних модифікацій натівних крохмалів, які являють собою переважно суміш двох фракцій гомоглюканов (полімерів глюкози) лінійного (амілоза) і розгалуженої (амілопектин) будови.

Основні типи модифікацій і видів модифікованих крохмалів.

Типи модифікації	Основні групи	Основні підгрупи
Набухання	Набухаючі крохмалі	Розчинні в холодній воді (інстант – крохмалі): отримані вальцовою сушкою, отримані екструзією. Набухаючі в холодній воді
Деполімеризація	Розщеплюючі крохмалі	Декстрини, крохмаль, оброблений термічно; крохмаль, оброблений кислотою; крохмаль, оброблений лугом; відбілений крохмаль; окислений крохмаль; крохмаль, оброблений ферментами.
Стабілізація	Стабілізуючі крохмалі	З складним ефірним зв’язком: ацетиловані, фосфатні. З простими ефірними зв’язками: оксиалкільні.
Поперечне зшивання полімерних ланцюгів	Зшиті крохмалі	Крохмалі, зшиті хлорокисью фосфору. Крохмалі, зшиті епіхлоргідрином. Крохмалі, зшиті адипіновою кислотою.

Набухання являє собою фізичний спосіб обробки суспензій нативних крохмалів в воді (отримання інстант - крохмалів) чи в спирті (отримання набухаючих крохмалів), в основі якого лежить утворення крохмальних клейстерів і їх послідуюче швидке висушування. В результаті такої модифікації крохмалі набувають здатність розчинятися чи набухати в холодній воді.

В залежності з міжнародними специфікаціями ця група модифікованих крохмалів не відноситься до харчових добавок і має статус харчових інгредієнтів.

Три інших типа модифікації пов’язані з хімічними перетвореннями молекули крохмалю, в основі яких лежить деструкція чи етерифікація моно – чи біфункціональними реагентами по реакціонним центрам крохмальних молекул.

Основні представники деполімеризації (деструкції) є:

декстрини (Е 1400) – продукти термічної деструкції нативних крохмалів, які, в залежності від умов теплової обробки, поділяються на білі і жовті;
крохмалі, оброблені кислотою (Е 1401), лугом (Е 1402) чи ферментними препаратами (Е 1405) – продукти кислотного і ферментативного гідролізу, чи поступового розщеплення з відновлюючого кінця крохмальних молекул під дією лугу;
відбілені (Е 1403) і окислені (Е 1404) крохмалі – продукти обробки відбілюючими реагентами (Н2О2, КMnO4 і ін.) чи окислювачами (NaClO, KIO4).

Етерифіковані крохмалі поділяють на дві групи:

стабілізовані крохмалі (Е 1410, Е 1420, Е 1421, Е 1440, Е 1450, Е 1451) – продукти хімічної модифікації монофункціональними реагентами з утворенням по гідроксильним групам простих (Е 1421, Е 1440) чи складноефірних (Е 1410, Е 1420, Е 1450, Е 1451) зв’язків;
зшиті крохмалі (Е 1411 – Е 1414, Е 1422, Е 1423, Е 1442, Е 1443) – продукти хімічної модифікації біфункціональними реагентами чи комбінацією моно – і біфункціональних реагентів.

Целюлоза (Е 460) і її похідні (Е 461 – Е 467) – продукти механічної і хімічної модифікації і деполімеризації нативної целюлози.

Більшість хімічно модифікованих целюлоз можуть проявлять в харчових системах, в залежності від технологічної задачі, функції згущувача, стабілізатора чи емульгатора. Метилетилцелюлоза (Е 465), крім перерахованих технологічних функцій, може проявляти властивості піноутворювача.

Харчові добавки целюлозної природи являються нешкідливими, оскільки не піддаються в шлунково – кишковому тракті деструкції і виділяються без змін. Добовий сумарний прийом з їжею всіх похідних целюлози може складати до 25 мг на кілограм маси тіла людини. Їх дозування в харчових продуктах визначаються конкретними технологічними задачами.

Пектини (Е 440) – кислі гетерополісахариди (мол. Маса 30 000 – 100 000), що представляють собою рамногалактуронани (похідні полігалактуронової кислоти).

В промисловості отримують і використовують чотири види пектинів, що відрізняються будовою і зв’язаними з ними властивостями.

Таблиця 1 - Особливості будови різноманітних пектинів

Вид пектину	Характеристики
	За ступінню етерифікації	За молекулярною масою	За наявністю ацетильних груп
Яблучний	Високоетерифікований	Високомолекулярний	Неацетилований
Цитрусовий	Високоетерифікований	Високомолекулярний	Неацетилований
Бурячний	Низькоетерифікований	Низькомолекулярний	Ацетилований
Соняшниковий	Низькоетерифікований	Низькомолекулярний	Ацетилований

Добова потреба амідированих пектинів (Е 440b) регламентується і не повинна перевищувати 25 мг на 1 кг маси тіла.

Розчинність пектинів в воді підвищується з збільшенням ступеня етерифікації їх молекул і з зменшенням молекулярної маси.

Максимальна концентрація водних розчинів пектину, які отримані в умовах інтенсивного перемішування при температурі 60-80 °C, може становити 10%. Розчинність збільшується в присутності цукрів.

Із - за наявності в пектинових молекулах дисоціюючих вільних карбоксильних груп, їх водні розчини мають кислу реакцію рН (близько 3,5).

Гелеутворення в розчинах пектинів залежить як від особливостей будови молекул (молекулярної маси, ступеню етерифікації, характеру розподілення карбоксильних груп), так і від технологічних параметрів – температури, рН середовища і вмісту дегідратуючих речовин.

Комплексоутворююча здатність (утворення циклічних комплексів полівалентних металів) різних пектинів залежить від вмісту вільних карбоксильних груп, тобто ступеню етерифікації пектинових молекул і не залежить від їх молекулярної маси.

Галактоманнани (камеді рожкового дерева – Е 410 і гуара – Е 412) – нейтральні гетероглікани (мол. Маса 80 000 і 250 000).

Розчини галактоманнанов мають високу в’язкість, величина якої залежить від їх концентрації: при низьких концентраціях (до 0,5%) має лінійну залежність, при більш високих – експоненціальну.

Особливістю галактоманнанів являється синергічна взаємодія з іншими полісахаридами, що призводить до формування розчинів підвищеної в’язкості чи гелів різноманітної текстури, які не проявляють схильності до синерезису.

Гуміарабік (Е 414) – глікопротеїд (мол. маса 250 000 – 750 000, в середньому – 460 000), полісахаридні фрагменти складаються з D – галактози, L – арабінози, L – рамнози, D – глюкуронової кислоти в співвідношенні приблизно 3:3:1:1.

Основною відмінністю від більшості інших гідроколоїдів являється здатність утворювати навіть при високих концентраціях розчини низької в’язкості, на яку роблять вплив рН розчину (максимальна при рН 4,5-5,5), присутність електроліту (наприклад, NaCl), що зменшує значення в’язкості, а також температура: тривале нагрівання розчинів гуміарабіки супроводжується денатурацією і осадженням білкової фракції його молекули.

Основна технологічна функція – стабілізація дисперсних систем, в частості, здатність утворювати і стабілізувати прямі емульсії в широкому діапазоні рН.

Альгінати (Е 400-Е 405) – лінійні гетероглікани (мол. маса 200 000 – 600 000), полімерні молекули, яких включають в різній послідовності залишки епімерних – D – маннуронової і – L – гулуронової кислот і їх похідних за карбоксильною групою.

Натрієві і калієві солі альгінової кислоти легко розчинні в воді з утворенням високов’язких розчинів. Солі з двох валентними катіонами утворюють гелі чи нерозчинні альгінати.

В’язкість розчинів альгінатів пов’язана з довжиною полімерної молекули (молекулярною масою) і змінюється пропорціонально концентрації добавки в розчині. При низьких концентраціях підвищення в’язкості спостерігається при введенні невеликої кількості іонів кальцію, які зв’язують молекули, що фактично призводять до підвищення молекулярної маси.

Застосування альгінатів в харчових продуктів пов’язано з функціями підвищення в’язкості, гелеутворення, стабілізації дисперсних систем. Альгінат кальцію проявляє також функцію піногасителя.

Застосування людиною альгінових кислот і їх солей може достигати 25 мг на 1 кг маси тіла (в перерахунку на вільну альгінову кислоту).

Каррагінани (Е 407) – полісахариди, які являють собою не розгалужені сульфатировані гетероглікани, молекули яких побудовані з повторюючих дисахаридних ланок.

Основні властивості різних типів каррагінанів розчинні в гарячій воді, а у вигляді натрієвих солей вони розчинні і в холодній з утворення в’язких розчинів. Особливістю властивостей являється синергічна взаємодія з молочним білком.

Функціональні властивості каррагінанов в харчових системах включають водозв’язуючу здатність, здатність стабілізувати емульсії і суспензії, регулювати поточні властивості системи і утворювати стійкі гелі при кімнатній температурі.

Ксантанова камедь(Е 415) – гетерополісахарид (мол. маса 1 000 000 і вище) в склад якого входить три типи моносахаридів. Ксантанова камедь являється згущувачем і при температурах нижче 100°C утворює розчини високої в’язкості, величина якої мало залежить від температури, присутність електролітів (наприклад, NaCl), механічного впливу і стабільна в діапазоні рН від 1 до 13.

Застосування ксантанової камеді в харчових системах пов’язано з функціями згущувача, стабілізатора емульсій, суспензії і пін, а також гелеутворювача тиксотропних, тих які плавляться при 80-90°C гелів в випадках її використання в складі синергічних сумішей з іншими гідроколоїдами.

Основні представники згущувачів:

гуарова камедь;
камедь рожкового дерева;
карбоксиметилцелюлоза;
альгінат натрію;
гуміарабік;
ксантанова камедь.

Основні представники гелеутворювачів:

пектини;
карагінани;
альгінати;
агар;
желатин.

3. Основні групи харчових ПАР.

За хімічною природою основні види емульгаторів, які застосовуються в технологіях харчових продуктів, являють собою складні ефіри спиртів (одно – і багатоатомних) і жирних кислот.

Моно - , дигліцериди жирних кислот (Е 471, Е 472 а - g) – неповні складні ефіри трьохатомного спирту гліцерину з природними вищими жирними кислотами (моно – і диацилгліцерини) і продукти їх модифікацій по вільній первинній гідроксильної групи харчовими кислотами (оцтової, молочної, лимонної, винної і діацетилвинної).

Фосфоліпіди (Е 322, Е 442) – природні складні ліпіди, які мають в молекулі залишок фосфорної кислоти, що зв’язана ефірними зв’язками з моно – чи дигліцеридом і аміноспиртом, амінокислотою або багатоатомним спиртом (інозитом), чи їх синтетичні аналоги, в яких залишок фосфорної кислоти знаходиться в формі солей амонію (амонієві фосфатиди).

Добавки природних фосфоліпідів мають спільне найменування лецетини (за назвою основної фракції) і представляють собою суміш фракцій фосфатидів, що отримана від тваринних чи рослинних об’єктів фізичними методами, які включають використання ферментів, в якій вміст речовин, нерозчинних в ацетоні (власне фосфоліпідів), складає не менше 56-60%.

Величина ГЛБ амонієвих фосфатидів залежить від рН середовища: ГЛБ в кислому середовищі дорівнює 4-5, а в нейтральній і лужній значно вище.

Природні фосфоліпіди характеризуються широким інтервалом температур плавлення, розчинні в жирах і маслах, вуглеводнях, середньо розчинні в гарячій воді і гліколях, не розчинні в холодній воді і ацетоні.

Амонієві фосфатиди, аналогічно природним, плавляться в інтервалі температур, добре розчинні в вуглеводнях, теплих маслах, середнє розчинні в теплій воді і гліколях і не розчиняються в холодній воді, етанолі і ацетоні.

Ефіри сахарози і жирних кислот (Е 473) – складні моно - , ди - чи триефіри сахарози за первинними гідроксильними групами з вищими жирними кислотами.

Для цих добавок характерний широкий діапазон температур плавлення, добра розчинність при нагріванні в спиртах, гліколях і інших органічних розчинниках і погана розчинність в воді.

Ефіри сорбітану (Е 491 – Е 496) – складні ефіри шестиатомного спирту сорбіту в ангідроформі (ангідросорбіту) з природними вищими жирними кислотами

Моноефіри сорбітану ефективні як емульгатори прямих емульсій, ди – і триефіри – стабілізують оборотні емульсії. Всі три види ефірів здатні викликати зворотність фаз. Допустима добова потреба – 25 мг/кг маси тіла.

Лактилати натрію (Е 481): (і) стеароіллактилат натрію, (іі) олеоіллактилат натрію – натрієві солі стеароіл – (олеоіл - ) молочної кислоти – суміш натрієвих солей продуктів реакції жирних кислот з молочною кислотою, що представляє собою натрієві солі складних ефірів вищих жирних кислот з молочною чи полімолочними кислотами.

Лактилати кальцію (Е 482) – суміш кальцієвих солей продуктів реакції жирних кислот з молочною кислотою, яка представляє собою солі складних ефірів харчових жирних кислот з молочною і полімолочними кислотами.

Не стійкі до гідролізу, поверхнева активність залежить від рН середовища. Температура плавлення зменшується з збільшенням долі молочної кислоти. Стабілізують емульсії першого роду (масло/вода), активні на границі газової фази (піноутворювачі), проявляють синергізм з функціональними білками. Допустима добова потреба 20 мг/кг маси тіла.

4. Емульгатори. Функції емульгаторів в харчових системах. Емульгуючі солі.

Емульгатори (функціональний клас 22) – поверхнево – активні речовини (ПАР) – органічні з’єднання дифільної будови, регулювання консистенції якими пов’язано з проявою поверхнево – активних властивостей (здатністю сорбуватися на межі розділення фаз, викликаючи зниження поверхневого натягу).

Проявлення поверхневої активності на границях розділення реалізується в вигляді різних ефектів, в числі яких:

- зниження поверхневої напруги;

збільшення часу життя пузирів газу (повітря) в рідині (воді);
підвищення емульгуючої здатності масел в воді;
зміна ступеня агрегації і флокуляції диспергірованих частин;
зміна об’єму і характеру осаду, утвореного осадженими частинками;
зміна властивостей кристалізації (ступені кристалізації, форми кристалів).

Перелік емульгаторів, що дозволені до застосування при виробництві харчових продуктах в Україні.

Таблиця 2 – Емульгатори, дозволені в Україні

Код

Назва емульгатора

Суміжні технологічні функції

1	2	3
Е 322	Лецетини, фосфатиди	Антиокислювач
Е 445	Ефіри гліцерину і смоляних кислот	Стабілізатор
Е 46	Целюлоза (і) Целюлоза мікрокристалічна (іі) Целюлоза в порошку	Добавка, яка перешкоджає злежуванню і грудкуванню текстуратор
Е 472f	Змішані ефіри гліцерину і винної, оцтової і жирних кислот	Стабілізатор, комплексоутворювач
Е 481	Лактилати натрію (і) Стеароіллактилат натрію (іі) Олеоіллактилат натрію	Стабілізатор
Е 482	Лактилати кальцію	Стабілізатор
Е 1000	Холева кислота (холін)	-
Е 14040	Окислений крохмаль	Згущувач

Найбільш значними являються наступні властивості і функції емульгаторів в харчових продуктах.

Комплексоутворення з крохмалем (амілозною фракцією) характерна для більшості емульгаторів, які мають в складі молекули залишок жирної кислоти. При цьому уповільнюється процес ретроградації крохмалю, при якому вода мігрує із м’якіша хліба до корки і, випаровуючись з поверхні, обумовлює черствіння хлібу.
Взаємодія з білком характерно для емульгаторів, що мають іонний заряд. Така взаємодія сприяє покращенню структурних властивостей білка, наприклад клейковини муки, що сприяє укріпленню клейковинного каркасу тіста, збільшенню об’єму і покращення структури хліба при випічці.
Зниження в’язкості харчової системи, яка містить кристали цукру, диспергіровані в жирі, забезпечують емульгатори, що утворюють гідрофобні оболонки навколо кристалів цукру. Ця властивість являється важливою при отриманні необхідної текучості шоколадних мас.
Піноутворювання при отриманні інстант – десертів, взбитих кремів, кексів і сухих сумішей і інших продуктів характерно для деяких емульгаторів, в склад молекул яких входять залишки насичених жирних кислот. Емульгатори, в склад молекул яких входять залишки ненасичених жирних кислот, які здатні пригнічувати піноутворення в технологіях молочних продуктів і при переробці яєць.
Модифікація кристалів жиру (форма, розмір і швидкість росту кристалів жиру), необхідна в технологіях маргаринів, кондитерських жирів, шоколадного і горіхового масел, забезпечується, наприклад, моно - , дигліцеридами і деякими іншими емульгаторами.
Зволожування (змочування) інгредієнтів суміші являється необхідним в інстант – десертах, сухих вершків для кофе, сухих сумішей для напоїв, при регідратації висушених рослинних продуктів.

Вибір емульгатора залежить від типу зволожування, що потребує: зволоження віскоподібної поверхні, капілярне зволоження, зволоження порошкоподібного продукту.

Емульгуючі солі (функціональний клас 23) - харчові добавки, основна технологічна функція яких пов’язана з утворенням і стабілізацією дисперсних систем шляхом зниження міжфазного натяжіння.

Основна сфера використання – плавлені сири, в яких наявність емульгуючої солі забезпечує рівномірне розподілення жирів і білків і покращення пластичності продукту.

Література:

1. СанПін по застосуванню харчових добавок.

2. Закон України «Про захист прав споживачів».

3. Нечаєв А.П, Кочеткова А.А., Зайцев А.Н. Пищевые добавки. – М.: Колос, 2011. – 256 с.

4. Пищевые добавки. Энциклопедия. – СПб: ГИОРД. – 2014 Автор составитель Сарафанов Л.А. – 501 с.

Харчові добавки, які змінюють структуру і фізико – хімічні властивості продуктів харчування