Области применения

Пищевая промышленность

• студнеобразователь при изготовлении желейно-пастильных изделий (мармелада, зефира, пастилы, начинки для конфет, крема торта).

• добавка к лечебным сортам хлебо-булочных и макаронных изделий, для выпечки нечерствеющих сортов хлеба

• желеобразователь в производстве фруктво-ягодных наполнителей (для хлебобулочных изделий), конфитюров и прочих плодоовощных консервов; во фруктовых начинках для молочных продуктов пектины обеспечивают необходимые реологические свойства и гарантируют хорошую способность к механическому дозированию. Во фруктовых начинках для йогуртов пектины образуют гладкую и мягкую структуру и подчеркивают вкус исходного фруктового сырья.

• эмульгатор для изготовления майонеза и жидких маргаринов в масложировой промышленности;

• стабилизатор при изготовлении безалкогольных напитков и различных купажированных соков с мякотью, концентрированных фруктовых напитков;

• введение пектина в кисломолочные продукты позволяет также существенно увеличить сроки их хранения

• в молочном производстве для стабилизации кисломолочных продуктов, сквашенных или непосредственно подкисленных (соединения фруктового сок + молоко). Пектин реагирует с казеином, предотвращает коагуляцию казеина и позволяет пастеризацию кисломолочных продуктов для продления срока хранения.

• в производстве мороженого (в качестве стабилизатора только при выработке плодово-ягодного мороженого)

• в производстве сыров (для увеличения их водопоглотительной способности, гелей, киселей, муссов;

• в производстве диетического и лечебно - профилактического питания для детей и взрослых пектины используются в качестве источников растворимых пищевых волокон, а также добавок, которые способствуют связыванию ионов тяжелых металлов и их выведению из организма.

• при применении в производстве кетчупов яблочные пектины компенсируют недостаточное действие природных пектинов томатов и улучшают реологические свойства готового продукта.

Медицина

Косметика

Пектин может использоваться для технических целей:

• в геологии в качестве пектинового клея при бурении;

• в текстильной промышленности при отделке тканей;

• в литейном производстве в качестве добавки в формовочные смеси, благодаря чему достигается более высокая точность отливок;

• в полиграфии при закреплении печатных материалов.

Тема 3: Камеди растительного происхождения. Камеди наземных и полисахариды водных растений. Физико-химические свойства камедей. Технология получения

План:

1. Камеди наземных растений. Физико-химические свойства.

2. Технология получения камеди гуара, трагаканта, рожкового дерева.

3. Технология получения агара, каррагинана, альгиновой кислоты и ее солей.

1.

К гидроколлоидам растительного происхождения относятся продукты переработки растений и морских водорослей. Гидроколлоиды, вырабатываемые из растений, подразделяют на 3 основные подгруппы: экстракты семян растений– галактоманнаны: мука семян рожкового дерева (Е 410), мука семян гуарового растения или гуаровая камедь (Е 412); эксудаты собственно растений: гуммиарабик (Е 414), камедь трагаканта (Е 413) камедь карайи (Е416); гидроколлоиды из плодов и овощей – пектины и крахмалы.

К гидроколлоидам, получаемых в результате переработки морских водорослей относятся альгинаты (Е 401,402, 404), агар (Е 406), агароид, каррагинаны (Е 407) и другие.

Камеди известны с древнейших времен. Они описаны Феофрастом (IV в. до н. э.), Диоскоридом (I в.), Плинием (I в.). О них говорится и в «Каноне врачебной науки» Авиценны (X в.), и работах других арабских ученых.

Камеди — высокомолекулярные углеводы, полупрозрачные, коллоидные, клейкие вещества различного химического состава. Камедь образуется как ответная реакция па раздражение ткани и покрывает поврежденные участки при ожогах, трещинах, проколах, надрезах древесины. Образуются чаще в виде натеков на стволах деревьев и кустарников, реже па корнях, плодах в результате перерождения клеточных стенок, содержимого клеток и межклеточного вещества, а иногда и целых участков тканей.

Камеди — чаще твердые, аморфные куски. Причиной возникновения камедей считают механические ранения, повреждения насекомыми или их личинками, бактериальные или грибковые забо­левания. На интенсивность гуммоза может влиять характер почвы, удобрения, сильный полив, густота посадки деревьев и т. д.

Иногда эти повреждения делают искусственно в целях стимулирования процесса па сливах, черешнях, вишнях, лиственницах и др. Камеди безвкусны, но некоторые из них обладают сладковатым, реже — горьковатым вкусом. Если камеди чисты и не включают загрязнений, то они не обладают запахом. Они не растворимы в спирте, этаноле, эфире, хлороформе и других органических растворителях (это их основ­ное отличие от натеков смол и веществ каучуковой природы). Являясь гидрофильными веществами, камеди растворяются в воде, образуя растворы, занимающие среднее положение между истинными и коллоидными растворами. Камеди, растворяясь в воде, образуют вязкие, клейкие набухающие растворы, благодаря чему широко применяются при изготовлении эмульсий, пилюль, таблеток, обволакивающих и кровозамещающих растворов.

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

Камеди наиболее характерны для растений жаркого климата, у которых они выполняют защитную роль. Источником камедей служат стволы абрикоса, астрагалов, некоторых акаций.

СЛИЗИ

Слизи — это безазотистые вещества, близкие по химическому составу к пектинам и целлюлозе. Представляют собой преимущественно полисахариды — густые слизистые вещества, легко растворимые в воде. Слизи обычно бывают в виде водных, вязких и клейких коллоидных растворов. Они бесцветные или желтоватые, без запаха, слизистого, иногда сладковатого вкуса. Образуются в растениях в результате слизистого перерождения клеток и межклеточного вещества в процессе нормального обмена веществ, без внешнего раздражения — этим слизи отличаются от камеди. В химическом отношении слизи трудно отличимы от камедей. Основным отличием является значительное преобладание пентозанов (их количество может доходить до 90%) над гексозанами. Слизи в отличие от камеди получают не в твердом виде, а путем извлечения водой. От крахмала они отличаются отсутствием характерных зерен и реакции с раствором йода, от камедей — осаждаем остью нейтральным раствором ацетата свинца. Извлекают слизи из сырья путем растворения в воде.

Камеди растений гидрофильны и могут растворяться в воде, образуя растворы, занимающие промежуточное положение между истинными и коллоидными растворами. Растворы камедей обладают вязкостью, клейкостью и набухаемостью.

По растворимости в воде камеди подразделяются на три группы:

1) арабиновые – полностью растворимые в воде с образованием более или менее прозрачных клейких растворов (абрикосовая камедь, аравийская камедь);

2) бассориновые – частично растворяющиеся в воде, причем остальная их часть набухает, образуя желеподобную массу, переходящую в раствор только при большом разведении (камеди вишни, сливы);

3) цезариновые – не растворимые в холодной воде, но частично растворимые и набухающие при кипячении, абсорбирующие значительные количества воды и набухающие, образующие желеподобные массы (трагакант, камедь лоха и др.).

По химическим признакам камеди можно разделить на следующие группы:

Кислые полисахариды, кислотность которых обусловлена присутствием глюкуроновой и галактуроновой кислот (камеди разных видов акации и др.);

Кислые полисахариды, кислотность которых обусловлена присутствием сульфатных групп (водоросли, мхи);

Нейтральные полисахариды, представляющие собой глюкоманнаны или галактоманнаны (встречаются в семенах).

2.

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).

Гуаровая камедь (камедь гуара, гуар, гуаран) - это полисахарид растительного происхождения, образованный галактозой и маннозой, что и определяет гуаровую камедь как галактоманнан. Представляет собой измельченный белый или светло-серый порошок без запаха. Является полимерным соединением из более чем 10000 остатков галактозы. Гуаровая камедь хорошо растворима в холодной и горячей воде и органических растворителях, совместима с большинством других растительных гидроколлоидов, таких как агар, камедь рожкового дерева, пектин, метилцеллюлоза и др.

В среднем, гуаровая камедь содержит 80% галактоманнана, 12% воды, 5% белка, 2% не растворимого в кислоте осадка или сырых волокон, 0,7% золы, 0,7% жира, следы тяжёлых металлов, не содержит мышьяка и свинца.

Главными действующими веществами гуаровой камеди являются галактоманнан и жирные кислоты.

Гуаровую камедь получают путём экстракции из семян растения Cyamopsis tetraganoloba - зернобобовой культуры, известной как гуар (гороховое дерево, индийская акация).

Травянистое растение под названием гуар издавна культивировалось в Индии, а в последние годы эту традицию переняли Соединенные Штаты Америки.

Камедь гуара является экономически выгодным стабилизатором и уплотнителем. Камедь быстро гидратируется в холодной воде и создаёт вязкий псевдопластичный раствор с низкой прочностью на разрыв, которая, впрочем, больше, чем у камеди рожкового дерева (E-410). Камедь гуара более растворима, чем камедь рожкового дерева, и по сравнению с ней – лучший эмульгатор. При этом камедь гуара проявляет достаточно хорошую стойкость в процессах замораживания-оттаивания. В соединении с камедью ксантана проявляет синергизм.

Гуаровая камедь, пищевая добавка Е412, относится к группе стабилизаторов. Гуаровая камедь (вязкостью 5000 сПз и 3500 сПз, в стандартном растворе) используется в пищевой промышленности как стабилизатор консистенции и обладает следующими свойствами:

- увеличение вязкости;

- желирующие свойства.

Основным свойством гуаровой камеди является способность замедлять кристаллизацию льда в различных замороженных продуктах, благодаря чему особенно часто она применяется в мороженном или в изготовлении разнообразных охлажденных кондитерских изделий.

Также в качестве стабилизатора добавка E412 может применяться в мясной промышленности, хлебопекарном производстве, увеличивая срок годности изделий и придавая им большую упругость и плотность.

Кроме того, добавку используют в качестве стабилизатора для сыров и некоторых других молочных продуктов (кефир, йогурт, молоко), а также в желе, джемах и замороженных десертах. Она улучшает внешний вид различных салатов, приправ и кетчупов.

Также она содержится в сиропах и соках, различных пищевых концентратах, сухих супах, рыбных консервах, в различных маслах, жирах и даже в корме для домашних животных.

Г уаровая камедь используется в мясоперерабатывающей промышленности как стабилизатор консистенции и обладает желирующим и увеличивающим вязкость свойствами. Считается, что она практически не всасывается в кишечнике и способствует уменьшению аппетита и очень эффективно снижает уровень насыщенных жиров в организме. Обладает биологическим действием как физиологическое слабительное, нормализующее кишечную проницаемость и кишечную микрофлору, как детоксифицирующее и снижающее уровень холестерина средство, как средство тормозящее развитие атеросклероза и ожирения.

Другие сферы применения гуаровой камеди:

Текстильная промышленность;

Бумажная промышленность;

Производство взрывчатых веществ;

Косметическая промышленность;

Нефтяная и газовая промышленность;

Угольная промышленность.

Семена гуара в эндосперме содержат камедь, используемую в косметике и парфюмерии, а большое количество белка и жирного масла делают гуар весьма ценным пищевым растением при условии промышленной культуры.

Трагакантовая камедь (Tragacanth, Gummi Tragacanthae, трагакант, E413) — стабилизатор; засохшая камедь, вытекающая из надрезов стеблей и ветвей колючего кустарника астрагала трагакантового.

Источниками получения коммерческой камеди служат 12-15 видов. Традиционными районами заготовки являются среднегорья Юго-Восточной Турции, Северо-Западный и Южный Иран. В прошлом заготовки осуществлялись в странах Закавказья и в Туркмении (Копетдаг). Собираются как естественные истечения, так и истечения, возникающие в результате специальных надрезов.

На рынках Европы фигурируют два сорта трагакантовых камедей: персидский трагакант (чаще) и анатолийский трагакант. На границе Пакистана, Индии и Афганистана получают камедь, известную как Chitral gum — камедь Читрала.

Для производства траганта капли смолы сортируют по чистоте и цвету, затем размалывают и растворяют. Полученный раствор фильтруют, иногда отбеливают, затем высушивают распылительной сушкой. Примесями Е413 могут быть отбеливатели, дезинфектанты, остатки древесины и песок. Лидером по производству камеди трагаканта является Иран.

Трагакантовая камедь используется в фармацевтике для приготовления суспензий, как основа для таблеток и пилюль. Также используется при приготовлении кондитерской мастики для крепости массы.

Трагакант Е413 (камедь трагаканта, трагант, камедь траганта, tragacanth, tragacanth gum) – натуральная пищевая добавка, выполняющая функции загустителя, стабилизатора, покрытия.

Пищевая добавка представляет собой твердые прозрачные кусочки смолы или светло-желтые чешуйки, или порошок от кремового до розовато-коричневого цвета.

Применение трагаканта Е413

Разрешен для применения в Кодекс Алиментариус (Международных стандартах на пищевые продукты) разрешен в трех пищевых стандартах.

Камедь трагаканта характеризуется сильной вязкостью даже в кислой среде. Поэтому Е314 применяется там, где не может быть заменена дешевыми пищевыми добавками – в кислых соусах и подобных продуктах.

Чаще всего трагант используется для производства соусов, майонезов, десертов, мороженого, начинок для выпечки, покрытий для фруктов.

Пищевая добавка является смесью полисахаридов, которые представляют собой балластное вещество, не усваивающееся организмом. Считается, что трагант имеет слабительные свойства.

Камедь рожкового дерева - стабилизатор, применяющийся в пищевой промышленности. Камедь получают из стручков средиземноморской акации.

По химическому строению камедь рожкового дерева схожа с камедью гуара. Это полимер, состоящий из неионных молекул, которые представлены в виде 2000 остатков простых и сложных моносахаридов.

Камедь рожкового дерева является менее растворимой, нежели камедь гуара, при низких температурах. Она не растворяется в холодной воде, поэтому растворение должно происходить в процессе нагрева.

При охлаждении замедляет образование кристаллов льда, создавая структурированный гель. Сохраняет и передаёт вкус различных ароматов в продуктах питания.

Очень часто используется при приготовлении мороженого и различных замороженных десертов (в т.ч. молочных), сливочных сыров, соусов, в хлебопекарной промышленности.

Свойства и технологические функции:

Эмульгатор – Поверхностно-активные вещества, с помощью которых смешивают несмешиваемые в обычных условиях вещества.

Стабилизатор – Особая группа добавок, главным назначением которых является формирование и сохранение консистенции, текстур и формы пищевых продуктов.

Загуститель – Технологические вещества, регулирующие вязкость смеси.

К агарозам относятся агар-агар и агароид.

Агар-агар получают из наиболее дорогих морских водорослей (анфельция, геллидиум, грациллярия, эухеум).

Основные поставки агар-агара осуществляются из таких стран, как Германия, Чили, Испания, Италия, Марокко, Китай и др.

Агар — самый сильный желирующий агент. Способность агара образовывать студни уменьшается при его нагревании в присутствии кислот.

Водный раствор агара образует студни при охлаждении до 45 °С. Температура плавления водного студня — 80–90 °С.

Агар используют в кондитерской промышленности при производстве мармелада, желе, при получении мясных и рыбных студней, при изготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристалликов льда, а также при осветлении соков. Студни, приготовленные на основе агар-агара в отличие от всех других студнеобразователей характеризуются стекловидным изломом.

Применение агара в пищевой промышленности не лимитировано, а его количество, добавляемое в пищевые продукты, обусловлено рецептурами и стандартами на эти продукты.

Ориентировочная дозировка в кондитерских изделиях составляет 1–1,2% к массе готового продукта. В зависимости от содержания основного вещества желирующая способность агара, или прочность геля (концентрация 1,5%), может изменяться от 500 до 930 г/см при 20 °С по Никону. Желирующая способность определяет тип агара: 600, 700, 800, 900.

Агароид (черноморский агар) получают из водорослей филлофлоры, растущих в Черном море.

Как и агар, агароид в холодной воде плохо растворим, в горячей образует коллоидный раствор, при охлаждении которого образуется студень затяжистой консистенции. Студнеобразующая способность агароида в 2–3 раза ниже, чем у агара.

Студни, полученные с применением агароида, имеют затяжистую консистенцию и не имеют стекловидного излома, характерного для агара.

Температура застудневания у студней на агароиде значительно выше, чем у студня, приготовленного с применением агара. Также агароид образует студни с более слабой водоудерживающей способностью, поэтому он имеет пониженную стойкость к высыханию и засахариванию. В пищевой промышленности агароид находит аналогичное агару применение.

Альгинаты. Среди всех получаемых полисахаридов из морских водорослей самая большая доля приходится на альгинаты — натриевые, калиевые, кальциевые соли альгиновой кислоты, экстрагируемые из бурых водорослей. Высокая потребность в альгинатах объясняется тем, что они находят самое широкое применение в целом ряде производств и отраслей промышленности.

Альгинаты представляют собой полисахарид, состоящий из остатков D-маннуроновых и L-гулуроновой кислот. Альгинаты были изучены на людях. В результате исследований не было выявлено негативного влияния альгинатов на усвоение кальция из рациона питания. По данным экспертов ФАО/ВОЗ, допустимая суточная доза потребления альгинатов составляет до 50 мг на 1 кг веса тела человека, а это существенно выше той дозы, которая может поступить в организм с пищевыми продуктами.

Основным свойством альгинатов является способность образовывать особо прочные коллоидные растворы, отличающиеся кислотоустойчивостью. Растворы альгинатов безвкусны, почти без цвета и запаха. Они не коагулируют при нагревании и сохраняют свои свойства при охлаждении, при замораживании и последующей дефростации. Поэтому наиболее широко альгинаты применяются в пищевой промышленности в качестве студнеобразующих, желирующих, эмульгирующих, стабилизирующих и влагоудерживающих компонентов.

Добавление 0,1–0,2% альгината натрия в соусы, майонезы, кремы улучшает их взбиваемость, однородность, устойчивость при хранении и предохраняет эти продукты от расслаивания. Введение 0,1–0,15% альгината натрия в варенье и джемы предохраняет их от засахаривания.

Альгинаты вводятся в состав мармеладов, желе, разнообразных заливных блюд. Их добавление в состав различных напитков предупреждает выпадение осадка.

Альгинат натрия может использоваться также в качестве замутнителя при производстве безалкогольных напитков.

Сухой порошкообразный альгинат натрия используют для ускорения растворения сухих порошкообразных и брикетированных пищевых продуктов (растворимые кофе и чай, порошкообразное молоко, кисели и т. д.). Альгинаты применяются для приготовления формованных продуктов — аналогов рыбного филе, фруктов и т. д., широко используются для приготовления гранулированных капсул, содержащих текучие пищевые продукты.

Водные растворы солей альгиновой кислоты используют для замораживания филе мяса, рыбы и морских беспозвоночных животных. За последние десятилетия особенно быстро росло потребление альгината для приготовления сливочного мороженого, которому он придает нежную консистенцию и значительно увеличивает стабильность при хранении.

Каррагинан – это природный загуститель, которому в европейской системе кодификации пищевых добавок присвоен код Е 407. Получают каррагинан путем водной экстракции 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.

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.

Каррагинаны характеризуются биологической активностью: антикоагулирующей, антивирусной, антираковой и антиязвенной, а также выводит из организма тяжелые металлы. 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.