БАД учебное пособие

41

более несмешивающихся веществ. Под термином «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 данной группе пищевых добавок термины «эмульгатор», «эмульгирующий агент» и «поверхностноактивное 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 отдельных пищевых системах применение этих добавок может быть связано не столько с эмульгированием, сколько с их взаимодействием с другими пищевыми ингредиентами, например с белками или крахмалом.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества, в частности камеди, сапонины, лецитин и другие, наиболее широко в пищевой индустрии используются синтетические эмульгаторы или продукты химической модификации природных веществ. По химической природе молекулы классических эмульгаторов, являющихся поверхностно-актив-ными веществами, имеют дифильное строение, т.е. содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, которые связаны через соединительное звено (основание), 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 в объемной фазе растворителя ассоциатов, которые называются 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).

Склонность к формированию ассоциатов мицеллярного типа и другие проявления поверхностно-активных свойств зависит от

42

химического строения молекул ПАВ и от соотношения размеров полярной и неполярной частей молекулы, которые выражаются в показателе гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Чем выше гидрофильность, тем больше величина ГЛБ и тем ярче проявляется способность молекул ПАВ к образованию классических мицелл и стабилизации прямых эмульсий.

В анионных (анионактивных) эмульгаторах гидрофильными группами могут быть ионные формы карбоксильных и сульфонильных групп, в катионактивных – ионные формы соединений аммония с третичным или четвертичным атомом азота (третичные или четвертичные аммониевые основания и соли), в неионогенных эмульгаторах – гидроксильные и кетогруппы, эфирные группировки и другие. В цвиттер-ионных эмульгаторах (две валентности плюс и минус), где роль гидрофильных групп выполняют ионные группировки, имеющие одновременно и положительный и отрицательный заряды. Например, в молекуле лецитина гидрофильная группировка состоит из отрицательно заряженного остатка фосфорной кислоты и катионной группы четвертичного аммониевого основания холина. Основные виды пищевых эмульгаторов являются неионогенными ПАВ. Исключение составляет цвиттер-ионный лецитин.

По химической природе они относятся к производным одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения. Применяемые в пищевой промышленности ПАВ – это не индивидуальные вещества, а многокомпонентные смеси. Химическое название препарата при этом соответствует лишь основной части продукта. В зависимости от особенностей химической природы эмульгатора они могут иметь смежные технологические функции, например функции стабилизаторов или антиоксидантов. По тем же причинам пищевые добавки других функциональных классов могут проявлять в пищевых системах эмульгирующую способность, К добавкам, способным проявлять эмульгирующие свойства, относятся: краситель Е181 (танины пищевые); загустители Е405 (пропиленгликоль альгинат), Е461-Е466 (производные целлюлозы с простой эфирной связью), подсластители Е420 (сорбит), Е967 (ксилит), пеногаситель Е900 (полидиметилсилоксан).

43

Эмульгаторы, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов в России: лецитин, фосфатиды Е322,

Е 422, полисорбат 80 Е433, полисорбат 60 Е435, моно- и диглицериды жирных кислот и их производные Е472а-g, эфиры сахарозы и жирных кислот Е473, эфиры полисорбитана Е491-496, лактилаты или эфиры молочной кислоты Е481-482 и т.д.

В отдельный функциональный класс выделены эмульгирующие соли – пищевые добавки, основная технологическая функция которых также связана с образованием и стабилизацией дисперсных систем, состоящих из двух или более несмешивающихся фаз, путем снижения межфазного поверхностного натяжения. К этому функциональному классу относятся: цитраты на-

трия Е331i-iii, цитраты калия Е332i-iii, тартраты натрия Е335i-ii, тартраты калия Е336i-ii; соли-плавители и комплексообразователи: фосфаты натрия Е339i-iii, фосфаты калия Е340i-iii, пирофосфаты Е450, Е452, применение которых, например, при изготовлении плавленых сыров, позволяет предупредить отделение жира благодаря взаимодействию молекул эмульгирующей соли с белковыми молекулами сырной массы.

Общим свойством, объединяющим эмульгаторы и отличающим их от пищевых добавок других классов, является поверхностная активность, характерная для органических молекул дифильного строения, с выраженными гидрофильной и гидрофобной частями. Молекулы основных эмульгаторов пищевого назначения имеют одинаковую гидрофобную (липофильную) часть, представленную ацилами высших жирных кислот, и отличаются природой (строением) гидрофильной части молекул. Липофильная (гидрофобная) часть эмульгаторов обусловливает различия в поверхностно-активных свойствах. ДСД для эмульгаторов составляет 20–50 мг/кг массы тела человека.

Основные технологические функции эмульгаторов в пищевых продуктах:

- Диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование. ПАВы способны снижать поверхностную энергию на границе раздела фаз с образованием устойчивых дисперсных систем. Функция эмульгаторов используется в производстве маргарина, соусов, майонеза, шоколадных напитков.

44

-Комплексообразование с крахмалом. Взаимодействие эмульгаторов с крахмалом важно для замедления процесса черствения хлеба и хлебобулочных изделий, для снижения клейкости продуктов, улучшения консистенции и однородности продуктов.

-Взаимодейсвие с белками. Взаимодействие эмульгаторов с белками позволяет улучшить структуру продуктов (объем хлеба).

-Изменение вязкости. Эмульгаторы, добавленные в продукты, содержащие сахар, диспергированный в жире, способны снижать вязкость таких продуктов (производство шоколада).

-Модификация кристаллов. Эмульгаторы способны влиять на размер и скорость роста кристаллов жира в производстве маргарина, шоколада, сахара, поваренной соли.

-Смачивание и смазывание. В этом случае эмульгаторы снижают межфазовое натяжение между жидкостью и поверхностью твердых частиц, что обеспечивает быстрое и равномерное распределение жидкости по поверхности твердых частиц. Это свойство применяется в производстве завтраков быстрого приготовления.

4.3 Стабилизаторы

К группе пищевых стабилизаторов относят вещества, которые стабилизируют гомогенность продуктов, состоящих из двух

иболее несмешивающихся веществ, или улучшающих степень гомогенизации продуктов. В эту группу включены: ацетат каль-

ция Е263, глицерофосфат кальция Е383, жирные кислоты Е570, триэтилцитрат Е1505, целлюлоза Е460, производные целлюлозы Е461-667 и др. Принцип их действия аналогичен действию эмульгаторов, но стабилизаторы отличаются пониженной поверхностной активностью. По своему поведению стабилизаторы занимают промежуточное положение между эмульгаторами и загустителями. Эффект стабилизации может быть достигнут как за счет адсорбции молекул на межфазных границах, так

иза счет повышения вязкости дисперсионной среды. Стабилизаторы часто проявляют функции эмульгаторов, загустителей, комплексообразователей. Стабилизаторы применяют в производстве напитков, растительных масел и кулинарных жиров. ПДК стабилизаторов составляет 0,2–1,25 г/кг продукта.

45

4.4 Пенообразователи

К пенообразователям отнесены вещества, обеспечивающие равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые системы, при этом образуются пены и газовые эмульсии. Пены – это концентрированные дисперсные системы, состоящие из газовой дисперсной фазы и жидкой или твердой дисперсной среды. Газовые эмульсии представляют собой разбавленные системы с небольшим содержанием пузырьков в жидкости и низкой концентрацией дисперсной фазы.

Пена разрушается в результате утончения, а затем и прорыва слоя жидкости между газовыми пузырьками и коалесценции или слияние газовых пузырьков. При увеличении размера газовых пузырьков изменяется структура раздела фаз, пена быстро разрушается.

Разрушение газовой эмульсии связано с процессом обратной диссимиляции – всплытием пузырьков газа из объема жидкой дисперсионной среды на ее поверхность.

Для получения пен высокой устойчивости в продукты вводят пенообразователи, которые разделяют на два типа:

-истинно растворимые (низкомолекулярные);

-коллоидные ПАВ, белки и другие высокомолекулярные соединения.

При образовании пены в присутствии ПАВ адсорбционный слой ПАВ изменяет структуру поверхности межфазовой границы, повышая механическую прочность и препятствуя утончению пленок пены. Таким образом, время существования пены увеличивается. В присутствии пенообразователей первого рода (низкомолекулярные ПАВ) устойчивость пен повышается пропорционально концентрации ПАВ. Но такие пены быстро разрушаются. При использовании пенообразователей второго рода (высокомолекулярные ПАВ) при увеличении концентрации повышается прочность структуры пены, время существования которой может составить десятки минут.

Пенообразование в пищевых системах может происходить диспергационным или конденсационным способом. Диспергирование происходит за счет перемешивания, встряхивания, взбивания, барботажа струи газа через жидкость. Этот процесс интен-

46

сифицируется в присутствии пенообразователей, растворенных в жидкой дисперсионной среде, а также при нагревании и снижении давления. Конденсационный способ основан на пересыщении дисперсионной среды газом в результате химических реакций или микробиологических процессов, которые сопровождаются выделением газа.

Примерами пищевых пен служат продукты: хлеб, имеющий твердый тип пены, образовавшийся в результате брожения; взбивные кондитерские изделия (зефир), имеющие твердый тип пены, образовавшейся в результате диспергирования воздухом. К пищевым пенам относятся пиво и игристые вина, имеющие жидкую пену, образовавшуюся в результате процесса брожения; газированные напитки, имеющие жидкую пену, образовавшуюся в результате диспергирования диоксида углерода в водные растворы.

Функции пенообразователей выполняют четыре добавки:

метилэтилцеллюлоза Е465, жирные кислоты Е570, квиллайи экстракт Е999, триэтилцитрат Е1505.

4.5Применение стабилизаторов и пенообразователей

вбродильных производствах

В производстве пива все чаще применяются специальные приемы стабилизации коллоидного состава пива. На стадии приготовления сусла применяются различные адсорбенты, которые удаляют из сусла нестойкие высокомолекулярные соединения белковой природы. Для этой цели в сусловарочный котел или в гидроциклонный аппарат вносят такие стабилизаторы, как полисахариды и силикагель. Среди полисахаридов рекомендуется использовать различные каррагинаны Е407: Ирландский мох в

концентрации 2–6 г/гл, в том числе его можно использовать как осветляющий агент, добавляя ирландский мох в аппарат дображивания перед фильтрацией пива, реализуется в виде хлопьев, порошка, таблеток; Вирфлок в концентрации 4–8 г/гл, который не только осаждает высокомолекулярные фракции белка, но и ионы меди и железа, реализуется в виде таблеток; Кларигум в концентрации 0,5–4,0 г/гл и Кларифлок ГХ в концентрации 2–5 г/гл, которые являются представителями К-каррагинана, реализуются в виде порошка и гранул.

47

Порошковые препараты на 100 % состоят из каррагинанов, а таблетированные имеют наполнители в виде бикарбоната натрия или адипиновой кислоты. Каррагинановые препараты рекомендуется вводить за 5–10 минут до окончания кипячения сусла с хмелем, причем порошкообразные препараты предварительно следует разбавлять водой.

Для предотвращения образования в пиве белково-дубиль- ных комплексов применяют различные силикагели (кремнийси-

ликаты): ксерогели, гидрогели, гидротизированный силика-

гель, стабификс, которые по своим свойствам идентичны широко применяемым кизельгурам. Эти препараты рекомендуется использовать при дображивании и фильтрации пива. Расход препаратов составляет 30–50 мг/гл пива при дображивании или 5–10 мг/гл пива не менее чем за 10 минут до начала фильтрации, что позволяет удалить до 90 % белков, замутняющих пиво.

Процесс стабилизации белка в пиве с помощью силикагеля можно комбинировать с применением других стабилизаторов: с аскорбиновой кислотой в виде водного раствора в количестве 3–5 г/гл после фильтрации пива; с протеолитическими ферментами, которые вносятся в начале дображивания в количестве 1–5 г/гл пива, при этом снижается расход силикагеля на фильтрацию пива; с поливинилполипиролидоном (ПВПП) Е1201 в количестве 15–20 г/гл пива и 30 г/гл в ликеро-наливочных изделиях и вине. ПВПП применяется при повторном (полирующем) фильтровании после использования силикагеля.

Для осаждения высокомолекулярных фракций белка рекомендуется танин (галлотанин) Е181, который вносится в аппарат дображивания в количестве 5–8 г/гл пива или при фильтрации в количестве 3–6 г/гл пива, при этом осаждаются преимущественно высокомолекулярные белки, содержание белков при такой обработке снижается на 5–15 %. Танин рекомендуется вводить в виде 10%-го водного раствора. Препарат танина под торговой маркой Брютан (Brewtan) выпускает бельгийская фирма. Желатин используется при получении пива и вина на стадии их осветления. Эффект осветления достигается при концентрациях желатина 0,1–0,2 г/дм³, в производстве вина – до 0,5 г/дм³.

Бентониты (алюмосиликаты) Е558 сорбируют белки и дубильные вещества, находящиеся в пиве, их применяют в кон-

48

центрации 50 г/гл, но к их недостаткам следует отнести сильное набухание, а при этом повышенные потери пива, чрезмерное удаление белка и следствие этого понижение пенообразования и стойкости пены. Бентониты рекомендуется вводить в виде 10%-го водного раствора. Кизельгур (на основе диоксида кремния) широко применяется для осветления пива в концентрации 80–200 г/гл. Агароза Е406 применяется для адсорбции белков и полифенолов, при этом пенообразующие белки и катехины остаются в пиве. Агароза заполняет специальные адсорбенты, через которые пропускают пиво, прошедшее кизельгуровую фильтрацию, расход агарозы составляет 100 мг/гл пива.

В качестве стабилизаторов пены в производстве пива рекомендуется применение солей железа (до 0,6 г/гл), никеля, цинка совместно с высокомолекулярными соединениями белка. Пеностойкость улучшается при использовании альгинатов, ксантанов, гуммиарабика.

4.6 Вещества, препятствующие слеживанию

икомкованию

Кэтому классу пищевых добавок относятся вещества, которые вводят в готовые порошкообразные или кристаллические продукты для предотвращения слеживания, комкования или агломерации их частиц.

Порошкообразные продукты (мука, сухое молоко, сахарная пудра и др.), как и другие порошки, являются двухфазными системами, в которых твердые частицы дисперсной фазы распределены в газовой (воздушной) дисперсионной среде и характеризуются высокой межфазной поверхностью. Наличие этой поверхности обусловливает важнейшие технологические свойства порошков, к которым относятся: сыпучесть, определяемая величиной, обратной вязкости; уплотняемость, характеризуемая изменением объема порошка под действием динамической нагрузки; слеживаемость в процессе хранения, связанная с образованием структур, прочность которых превышает первоначальную.

Воснове слеживания и комкования порошков лежат процессы структурообразования, обусловленные самопроизвольным соединением частиц дисперсной фазы в пространственные струк-

49

туры. Можно выделить две основные причины, лежащие в основе такого самопроизвольного соединения частиц в порошкообразных продуктах. Первой причиной слеживания и комкования водорастворимых порошков, например сахарной пудры, является возникновение мостиков срастания между частицами порошка вследствие его увлажнения при длительном хранении на воздухе, второй – увеличение площади контакта между частицами за счет деформации под действием массы вышележащих слоев. Слеживание и комкование порошкообразных пищевых продуктов приводят к снижению сыпучести и ухудшению их потребительских свойств, а в экстремальном случае – к полной потере качества порошка. Для обеспечения необходимой сыпучести пищевых порошков на протяжении всего установленного срока хранения в них вводят твердые высокодисперсные нерастворимые в воде добавки, поглощающие влагу или препятствующие увеличению площади контакта между частицами. Для предотвращения слеживания гигроскопичных порошков применяют также гидрофобизацию поверхности частиц с помощью поверхностно-активных веществ. Молекулы ПАВ, адсорбируясь на поверхности твердых частиц, покрывают их тонкой пленкой, что создает барьер для влаги, провоцирующей слеживание и образование комков.

По химической природе подавляющее большинство добавок этого функционального класса относится к неорганическим соединениям минерального происхождения. Основную группу составляют силикаты и алюмосиликаты щелочных, щелочноземельных и других сходных по некоторым свойствам металлов (калия, натрия, кальция, алюминия и цинка).

Силикаты Е551-553 – соли кремниевых кислот, составляющие минеральную основу почв – кварцевый песок, глины, сланцы и др. Метасиликат натрия Е550ii – белый сильнощелочной порошок, синтезируемый расплавлением песка с карбонатом натрия при температуре 1400 °С. В природе не встречается. Тальк Е553 – минерал природного происхождения; по химической природе относится к метасиликатам магния.

Алюмосиликаты Е554-559 – соли алюмокремниевых кислот. Силикаты и алюмосиликаты, аморфный диоксид кремния, оксид магния, карбонаты кальция и магния признаны безопасными и допущены к применению в качестве пищевых добавок без

50

ограничений. Основные области использования этих добавок: сухие зерновые продукты, пряности, сыры, сахаристые кондитерские изделия. Бентонит Е558 – коллоидно-гидратируемый силикат алюминия.

В соответствии с технологическими задачами дозировки силикатов и алюмосиликатов в порошкообразных продуктах составляют от 0,2 до 1,0 %. Содержание диоксида кремния в пряностях и других пищевых порошках составляет 3 %. Для предотвращения слеживания и комкования гигроскопичной поваренной соли разрешены к применению ферроцианиды калия, натрия и кальция в виде индивидуальных добавок или их комбинаций.

Ферроцианиды Е535-538 – комплексные соли гексацианоферратной кислоты. Они устойчивы в водных растворах. ДСД составляет 0,025 мг/кг массы тела человека в пересчете на ферроцианид натрия. Дозировка этой добавки для предотвращения слеживания поваренной соли составляет 20 мг/кг продукта.

Соли жирных кислот Е470 представляют собой главным образом натриевые, калиевые, кальциевые, магниевые, алюминиевые, аммониевые соли миристиновой, олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот. Соли высших жирных кислот обладают поверхностной активностью и способны предотвращать агломерацию частиц путем гидрофобизации их поверхности. Они признаны безопасными и в соответствии с технологическими задачами используются в концентрации до 5 г на 1 кг продукта.

Полидиметилсилоксан Е900 представляет собой синтетическую смесь кремнийсодержащего соединения диметилполисилоксана и силикагеля (диоксида кремния). Полисилоксаны обладают высокой водоотталкивающей способностью, инертны и используются в различных пищевых продуктах в концентрациях 10 мг/кг. ДСД составляет 0–25 мг/кг массы тела человека.

Аналогично представителям других групп, добавки, применяемые для предотвращения слеживания и комкования пищевых порошков, могут проявлять смежные технологические функции. Также способность стабилизировать порошки могут иметь добавки других функциональных классов (маннит, целлюлоза, соли фосфорной, угольной и высших жирных кислот).