 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
Сведения об авторах отдельных глав
УДК 664 ББК 36.1 All
Аймесон А. (ред.-сост.) All Пищевые загустители, стабилизаторы, гелеобразователи / А. Аймесон (ред.- сост.). – Перев. с англ. д-ра хим. наук С. В. Макарова. – СПб.: ИД «Профессия», 2012. – 408 с., ил., табл. ISBN 978-5-904757-26-7
Описаны широко применяемые в самых разных отраслях пищевой промышленности стабилизаторы, загустители и гелеобразователи. Рассмотрены почти все известные в настоящее время вещества этой группы, приведены их химические формулы и свойства, указаны источники и способы получения. Подробно изложены возможности применения тех или иных добавок в производстве различных пищевых продуктов и их влияние на свойства продукта. Рассмотрены также экономические, юридические и маркетинговые аспекты промышленного использования данных добавок. Большое внимание уделено вопросам безопасности продуктов с пищевыми добавками этой группы для здоровья человека и их приемлемости для потребителей. Книга предназначена для специалистов пищевой промышленности, а также будет полезна студентам и аспирантам профильных высших учебных заведений.
УДК 664 ББК 36.1
© Издательский дом «Профессия», 2012 © С. В. Макаров, перевод, 2011 Содержание Предисловие....................................................................... 9 Выражение признательности............................................ 10 Сведения об авторах отдельных глав.............................. 11 1. Введение......................................................................... 13 1.1. Вступление................................................................. 13 1.2. Технологические свойства........................................ 15 1.3. Нормативная база..................................................... 17 1.4. Рынок гидроколлоидов............................................ 19 1.5. Некоторые тенденции............................................... 23 2. Гуммиарабик (камедь акации)...................................... 24 2.1. Ведение...................................................................... 24 2.2. Получение и очистка................................................. 25 2.3. Химическая структура.............................................. 27 2.4. Области применения................................................. 29 2.5. Полезность для здоровья......................................... 41 2.6. Краткое резюме......................................................... 43 Литература........................................................................ 44 3. Агар................................................................................ 47 3.1. Введение.................................................................... 47 3.2. Сырье......................................................................... 48 3.3. Производство............................................................ 50 3.4. Состав и структура................................................... 54 3.5. Технологические свойства........................................ 56 3.6. Области использования............................................ 59 3.7. Краткое резюме......................................................... 66 Литература........................................................................ 66 4. Альгинаты...................................................................... 69 4.1. Введение.................................................................... 69 4.2. Получение................................................................. 70 4.3. Химический состав.................................................... 71 4.4. Технологические свойства........................................ 74 4.5. Способы гелеобразования........................................ 78 4.6. Области применения................................................. 82 4.7. Загущение и стабилизация....................................... 85 4.8. Молочные продукты................................................ 87 4.9. Пленкообразование.................................................. 87 4.10.Инкапсулирование................................................... 88 4.11.Прочие области применения................................... 89 4.12.Краткое резюме........................................................ 90 Литература....................................................................... 92 5.Каррагинан................................................................... 96 5.1. Введение................................................................... 96 5.2. Сырье........................................................................ 97 5.3. Производство........................................................... 98 5.4. Нормативная база.................................................. 100 5.5. Структура каррагинанов....................................... 102 5.6. Технологические свойства...................... -.............. 103 5.7. Области пищевого применения............................. 113 Литература..................................................................... 120 6.Производные целлюлозы............................................ 121 6.1. Введение................................................................. 121 6.2. Сырье и его переработка....................................... 122 6.3. Состав и химические свойства............................... 123 6.4. Области пищевого применения............................. 134 6.5. Некоторые тенденции............................................. 143 Литература..................................................................... 143 7.Желатин........................................................................ 146 7.1. Введение................................................................. 146 7.2. Получение............................................................... 147 7.3. Нормативные акты ЕС и США.............................. 149 7.4. Химическая структура и реакционная способность 151 7.5. Физико-химические свойства................................. 159 7.6. Области пищевого применения.............................. .161 7.7. Краткое резюме...................................................... 176 Литература..................................................................... 176 8.Геллановая камедь....................................................... 178 8.1. Введение................................................................. 178 8.2. Получение............................................................... 179 8.3. Химический состав................................................. 180 8.4. Технологические свойства..................................... 181 8.5. Нормативные акты................................................. 193 8.6. Области пищевого применения............................. 193 8.7. Краткое резюме...................................................... 200 Литература..................................................................... 201 9.Камеди трагаканта и карайи........................................ 202 9.1. Камедь трагаканта................................................. 202 9.2. Камедь карайи........................................................ 210 Литература..................................................................... 215 10. Инулин................................................................... 217 10.1. Введение................................................................ 217 10.2. Источники и сырье............................................... 218 10.3. Производство инулина......................................... 220 10.4. Химическая структура......................................... 221 10.5. Физико-химические свойства............................... 222 10.6. Замещение жира................................................... 229 10.7. Физиологические свойства................................... 231 10.8. Применение........................................................... 232 Литература..................................................................... 234 11. Конжаковый глюкоманнан................................... 237 11.1. Введение................................................................ 237 11.2. Сырье.................................................................... 240 11.3. Переработка.......................................................... 242 11.4. Физико-химические свойства............................... 244 11.5. Технологические свойства.................................... 245 11.6. Пищевое применение............................................ 253 11.7. Нутрицевтическеие виды применения................. 255 11.8. Перспективы......................................................... 256 Литература..................................................................... 256 12. Микрокристаллическая целлюлоза...................... 261 12.1. Введение................................................................ 261 12.2. Технологии получения ингредиентов на основе МКЦ 262 12.3. Производство МКЦ.............................................. 263 12.4. Расширение линейки коллоидных ингредиентов на основе МКЦ 264 12.5. Физическая модификация на основе концепции сплава 265 12.6. Физические и технологические свойства............. 276 12.7. Нормативные акты............................................... 269 12.8. Пищевое применение............................................ 269 12.9. Перспективы......................................................... 281 Литература..................................................................... 281 13. Пектин.................................................................... 283 13.1. Введение................................................................ 283 13.2. Сырье.................................................................... 286 13.3. Получение............................................................. 288 13.4. Состав.................................................................... 290 13.5. Химические свойства............................................ 293 13.6. Способы применения............................................ 301 13.7. Некоторые тенденции........................................... 313 Литература..................................................................... 315 14. Пуллулан............................................................... 318 14.1. Введение................................................................ 318 14.2. Сырье.................................................................... 320 14.3. Получение............................................................. 320 14.4. Свойства................................................................ 321 14.5. Пищевое применение............................................. 323 14.6. Перспективы........................................................... 327 Литература....................................................................... 327 15. Камеди семян — рожкового дерева (кароба), гуаровая, тары 329 15.1. Введение................................................................. 329 15.2. Сырье...................................................................... 330 15.3. Получение............................................................... 335 15.4. Состав..................................................................... 337 15.5. Технологические свойства..................................... 341 15.6. Перспективы........................................................... 346 15.7. Производные камедей семян технического назначения 347 Литература....................................................................... 348 16. Крахмал.................................................................. 351 16.1. Введение................................................................. 351 16.2. Сырье...................................................................... 352 16.3. Получение крахмала.............................................. 354 16.4. Состав и структура крахмала................................ 356 16.5. Загущающие и гелеобразующие свойства............ 361 16.6. Модификация крахмала......................................... 364 16.7. Пищевое применение............................................. 371 16.8. Краткое резюме...................................................... 380 Литература....................................................................... 383 17. Ксантановая камедь............................................... 384 17.1. Введение................................................................. 384 17.2. Получение............................................................... 385 17.3. Химические свойства.............................................. 385 17.4. Приготовление раствора....................................... 386 17.5. Реологические свойства......................................... 388 17.6. Стабильность и совместимость.............................. 390 17.7. Взаимодействия...................................................... 394 17.8. Пищевое применение............................................. 397 Литература....................................................................... 400 ПРЕДИСЛОВИЕ
Стабилизаторы, загустители и гелеобразователи присутствуют почти во всех живых организмах и влияют на важные свойства, определяющие рост и существование организмов в окружающей среде - влагоудерживающую способность, содержание влаги, структуру и текучесть. Используемые в пищевой промышленности ингредиенты получают экстракцией из различных природных материалов и вносят в пищевые продукты для получения определенной структуры и требуемых стабильности, текучести и потребительских свойств. К таким добавкам относятся и традиционные материалы, например, крахмал (загуститель, получаемый из многих наземных растений) и желатин (продукт животного происхождения, из которого производят гели, тающие во рту). Необходимо упомянуть также наиболее распространенный структурный полимер наземных растений - целлюлозу, а также камеди и продукты из морских водорослей. Относительно недавно было получение разрешение на пищевое использование микробиальных полисахаридов - ксантана, геллана и пуллулана. Поскольку существующие правила применения пищевых добавок весьма строги, можно полагать, что серьезное расширение числа гидроколлоидов довольно маловероятно, и разработчикам пищевых продуктов еще долго придется их создавать, используя уже имеющийся набор пищевых добавок. Гидроколлоиды оказывают большое влияние на свойства пищевых продуктов при содержании от нескольких мг/кг (каррагинан в подвергнутых тепловой обработке молочных продуктах) до высоких концентраций (гуммиарабик, крахмал или желатин в желейных конфетах). Постоянное внимание ученых к этим веществам обусловлено важностью гидроколлоидов для пищевых технологий. С использованием современных методов исследования в последние годы установлены детали строения указанных полимеров и образования ими сетчатых структур, а также механизмы их взаимодействия с другими полимерами. Эти структуры определяют многие свойства готовых продуктов, в том числе стабильность эмульсий, долговременную стабильность суспензий в обогащенных напитках с «жидкими гелями» и богатые «сливочные» пищевые ощущения от последних. Высококалорийные продукты, например, жиры и масла, могут быть заменены «структурированной водой», что дает возможность получать высококачественные низкокалорийные продукты для здорового питания. В настоящее время исследуется способность некоторых пищевых волокон вызывать чувство сытости, что может снизить количество потребляемой пищи. В дополнение к упомянутым функциональным свойствам использованию растворимых и нерастворимых волокон в будущем могут способствовать и многие другие их полезные физиологические свойства. Эта книга имеет ярко выраженную практическую направленность и может быть полезна всем специалистам пищевой промышленности. Хотя она адресована прежде всего разработчикам пищевых продуктов и технологий, в ней много интересных сведений и для маркетологов, особенно относительно функциональных пищевых добавок. Кроме того, приводимые в книге данные помогут поставщикам пищевых ингредиентов найти новые возможные направления использования гидроколлоидов. Мы старались излагать довольно сложный материал простым и понятным языком, а отдельные главы представлены в стандартном формате, позволяющем студентам быстро найти основные положения. Опытные специалисты могут сравнить свойства различных веществ и понять, как они взаимодействуют при получении пищевых продуктов. Предлагаемый вашему вниманию краткий обзор может также пригодиться при изучении химии и технологии гидроколлоидов, а также служить своего рода справочником для ученых и практиков.
ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ
Представляя читателям эту книгу, я прежде всего должен поблагодарить всех авторов отдельных глав. Их энтузиазм и ответственное отношение к делу в течение долгого времени, понадобившегося для завершения этого проекта, сделали возможным создание глав, в которых структура и функции природных полимеров рассматриваются в связи с их свойствами, требуемыми для производства высококачественных пищевых продуктов. В представленных главах обобщены все известные сведения о природных полимерах в пищевых продуктах с использованием данных и иллюстративного материала, предоставленных производителями и потребителями гидроколлоидов. Такая помощь при создании этой книги была абсолютно необходима. Производители постоянно расширяют области применения и круг потребителей гидроколлоидов, а также оказывают поддержку научным исследованиям. Я хотел бы отдельно поблагодарить издательство Wiley-Blackwell, которое всемерно помогало осуществлению данного проекта. В заключение не могу не отметить поддержку и терпение моей семьи, особенно моей жены Хейзел, без которых эта книга не состоялась бы. Алан Аймесон Сведения об авторах отдельных глав Peder Andersen Технолог, FMC BioPolymer, Sandvika, Norway William R. Blakemore Директор, Celtic Colloids Inc., Topsham, ME, USA Sarah M. Brejnholt Научный сотрудник, CP Kelco, Lille Skensved, Denmark Greg Buliga Руководитель отдела технологического развития, FMC BioPolymer, FMC Corp., Princeton, NJ, USA Sandra J. Caputo Отдел по работе с промышленными предприятиями, Ashland Aqualon Functional Ingredients, Wilmington. DE, USA Mary Jean Cash Отдел по работе с промышленными предприятиями, Ashland Aqualon Functional Ingredients, Wilmington, DE, USA Hiroto Chaen Менеджер предпрриятия, Okayama Plant 11, Hayashihara Co., Ltd., Okayama-shi, Japan Ross Clark Научный сотрудник, CP Kelco. San Diego, CA, USA Therese Fjaereide Руководитель проекта, FMC BioPolymer Sandvika, Norway Olav Gaserood Руководитель рабочей группы по промышленной технологии альгинатов, FMC BioPolymer, Sandvika, Norway Alan R. Harpell Старший научный сотрудник, FMC BioPolymer, FMC Corp. Princeton, NJ, USA Trond Helgerud Менеджер по промышленной технологии альгинатов, FMC BioPolymer, Sandvika, Norway Alan Imeson Эккаунт-менеджер, FMC BioPolymer, Epsom, Surrey, UK Gregory R. Krawczyk Старший научный сотрудник, FMC BioPolymer, FMC Corp., Princeton, NJ, USA Christian Klein Larsen Старший химик, FMC BioPolymer, Sandvika, Norway Jenny M. Mayes Технический директор, Arthur Branwell & Co. Ltd., Epping, Essex. UK Jean-Marc Parry Начальник отдела НИОКР, Kalys SA., Bernin, France Dennis Seisun Президент, IMR International, San Diego, CA, USA Paul Sheldrake Менеджер по маркетингу, Avebe Food, Sheffield, UK Paul Stevens Руководитель службы технического обслуживания и новых разработок, Rousselot NV, Gent, Belgium Graham Sworn Руководитель научно-исследовательской группы по камедям, Danisco, Paris, France Francis Thevenet Технический директор, Colloides Naturel, International, Rouen, France Domingo C. Tuason Старщий инженер, FMC BioPolymer, FMC Corp., Princeton, NJ, USA Raymond Valli Старший научный сотрудник, CP Kelco, San Diego, CA, USA Willem Wielinga Консультант, Taegerwilen, Switzerland Rudy Wouters Руководитель отдела пищевых технологий, BENEO Group, Tienen, Belgium 1. ВВЕДЕНИЕ
Деннис Сейсан (Dennis Seisun)
Аннотация Пищевые стабилизаторы, загустители и гелеобразователи получают из многих природных источников, включая микроорганизмы, наземные и морские растения, а также соединительные ткани животных. Эти ингредиенты влияют на содержание влаги, а также на структуру, текучесть, стабильность и потребительские свойства пищевых продуктов. Их чистота и применение в пищевых продуктах строго регулируется нормативными актами. Возможности и целесообразность использования таких ингредиентов определяется совокупностью их свойств, в том числе ценой, доступностью и потребительскими предпочтениями. Перспективы использования гидроколлоидов связаны с растущим осознанием их важных функциональных свойств и той роли, которую они играют в питании и терапии.
1.1. Вступление «Они присутствуют практически во всех переработанных пищевых продуктах и в то же время недостаточно изучены». Это предложение хорошо отражает ту роль, которую играют стабилизаторы, загустители и гелеобразователи в пищевой промышленности. Перечислить все функции этих добавок, влияющие на внешний вид, «ощущение во рту» и вкус продуктов, невозможно не только потому, что их очень много, но и из-за постоянных изменений, так как все время появляются новые данные о способах применения и полезных свойствах этих соединений.
1.1.1. О чем эта книга
К гидроколлоидам в пищевой промышленности относят стабилизаторы, загустители и гелеобразователи. К традиционно применяемым гидроколлоидами относятся агар, альгинаты, гуммиарабик, каррагинан, кассия тора, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), желатин, геллановая камедь, гуаровая камедь, камедь карайи, конжаковая камедь, камедь рожкового дерева (КРД, КБРД), метилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, микрокристаллическая целлюлоза, пектин, крахмалы, камедь тары, трагакантовая и ксантановая камеди, причем этот список отнюдь не полон. В данной книге рассматриваются все эти ингредиенты, в том числе свойства сырья для их получения, процессы переработки и способы применения полученных ингредиентов в пищевой промышленности. В главах, посвященных конкретным ингредиентам, рассмотрены их химическая структура и конформации, показатели вязкости и гелеобразования, а также некоторые рецептуры. По каждому гидроколлоиду приводится много полезной научно-технической и коммерческой информации.
1.1.2. Определение
Все стабилизаторы, загустители и гелеобразователи, рассматриваемые в этой книге, объединены под общим названием «пищевые гидроколлоиды»., то есть для проявления их функциональных свойств необходимо смешать их с водой. Строгое определение гидроколлоида дать довольно трудно. Если спросить десятерых ученых, что такое гидроколлоиды, то мы, скорее всего, получим десять разных ответов, например: • коллоидное вещество, полученное из...; • вещество, которое гидратируется в воде...; • коллоид, образующий в воде суспензию, а не истинный раствор...; • синоним камеди (например, гуаровой, камеди рожкового дерева, гуммиарабика...); • макромолекула (например, углеводного полимера или белка), растворимая в воде... Многие гидроколлоиды представляют собой углеводы, однако по меньшей мере один (желатин) - это белок. Большая часть гидроколлоидов имеют растительное происхождение, некоторые получают с использованием биотехнологий, а желатин относится к продуктам животного происхождения. Несмотря на то что в этой книге приводится немало научных данных, в основном в ней изложена информация по применению гидроколлоидов, необходимая прежде всего технологам предприятий пищевой промышленности и разработчикам новых пищевых продуктов. Особое значение мы придаем сведениям о функциональных свойствах, синергизме, производстве и сырье для получения гидроколлоидов, но рассматриваем также их молекулярную структуру и химические свойства.
1.1.3. Классификация
Материал этой книги представлен в алфавитном порядке (по английскому алфавиту), однако следует иметь в виду, что существуют разные классификации гидроколлоидов. В зависимости от вида сырья их поразделяют на экстракты из морских водорослей, маслосмолы из семян, продукты ферментации и на растительные экссудаты. По технологическим свойствам их можно разделить на загустители, стабилизаторы и гелеобразователи. Относительно недавно было предложено классифицировать гидроколлоиды по степени их коммерческой доступности и цене - например, производные целлюлозы и продукты ферментации (например, ксантановая и геллановая камеди) недефицитны и вполне доступны по цене, тогдак как гуаровая камедь, камедь рожкового дерева и гуммиарабик относятся к гидроколлоидам, цена и поставки на рынок которых довольно нестабильны. Гидроколлоиды можно классифицировать и в зависимости от их нутритивных и терапевтических свойств. Возможны также другие способы классификации.
1.1.4. Разновидности и формы гидроколлоидов
Многие, если не все, загустители и гелеобразователи существуют в разных формах, примером чего служит крахмал. Известны сотни различных пищевых крахмалов в зависимости от вида сырья и способа его переработки. Дважды дериватизированный кукурузный крахмал весьма отличается, например, от предварительно клейстеризованного картофельного крахмала. Число различных производных целлюлозы (карбоксиметилцеллюлоза, микрокристаллическая целлюлоза, метилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза) практически не ограничено и определяется степенью замещения и другими причинами. Большое число «новых» и «отличающихся» свойств гидроколлоидов, как уже выявленных, так и исслсдуемых в настоящее время, являются своего рода элементами «зонтичной классификации»: например, метилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза и микрокристаллическая целлюлоза могут быть получены в самых разных видах так, чтобы свойства соответствовали конкретным технологическим и функциональным целям. Ксантановая камедь поставляется в формах с различным гранулометрическим составом (отличающихся размерами частиц) - известны быстро гидратирующиеся, солестойкие и/или очищенные ксантаны. Постоянно разрабатываются новые разновидности гидроколлоидов, которые в будущем безусловно займут определенную часть рынка.
1.2. Технологические свойства
Ниже представлен краткий обзор основных физико-химических свойств, благодаря которым гидроколлоиды нашли широкое применение. Их питательные свойства были открыты сравнительно недавно, а еще позже были обнаружены их нутрицевтические и полезные для здоровья свойства. Естественно, что для расширения путей их использования (то есть не только для изменения реологических свойств пищевых продуктов) необходимы дальнейшие исследования.
1.2.1. Увеличение вязкости
Способность гидроколлоидов придавать системе определенную вязкость широко используется на практике. Их применяют в тех случаях, когда жир или масло необходимо заместить водой. Гидроколлоид «загущает» воду, которая, в свою очередь, замещает жир или масло с образованием продукта, обладающего свойствами, аналогичными жиросодержащей композиции. Типичными примерами такого применения гидроколлоидов являются салатные дрессинги. В других случаях «загущенная» вода является просто дополнительным компонентом, придающим продукту «тело», а также улучшающим текстуру и «ощущение во рту» таких продуктов, как столовые сиропы, особенно низкокалорийные.
1.2.2. Стабилизирующие свойства
При частичном удалении из пищевой композиции масла или жира и замещении их водой обычно получается эмульсия. Одной из функций гидроколлоидов является стабилизация эмульсий (предотвращение их разделения), а в случае замороженных продуктов гидроколлоиды помогают регулировать образование льда. Несмотря на то, что в настоящее время разработаны новые технологии и ингредиенты, применение которых позволяет регулировать образование льда, для этого продолжают использовать и гидроколлоиды. Так, практически все мороженое стабилизируют каррагинаном, камедью рожкового дерева и/или гуаровой камедью. Способность гидроколлоидов стабилизировать эмульсии используется и в производстве упоминавшихся выше маложирных салатных дрессингов.
1.2.3. Суспендирующие свойства
Если в состав загущенного продукта входят нерастворимые частицы, необходимо устранить или по крайней мере минимизировать разделение системы и образование осадка. Некоторые гидроколлоиды образуют растворы с таким пределом текучести, который удерживает частицы в суспендированном состоянии. К таким пищевым продуктам относятся, в частности, салатные дрессинги с ксантановой камедью.
1.2.4. Гелеобразующие свойства
Одним из важнейших свойств гидроколлоидов, влияющих на текстуру, является их способность к гелеобразованию. Например, при добавлении даже малых количеств каррагинана к желированным молочным десертам образуются прочные гели. К другим классическим гелеобразователям относятся пектин, желатин и агар. При определенных условиях гели образуют и многие другие гидроколлоиды. Так, некоторые альгинаты образуют гели в присутствии ионов кальция. Ксантановая камедь и камедь рожкового дерева по отдельности гели не образуют, но вместе дают сильный когезивный гель. Необычно ведут себя метил- и гидроксипропилметилцеллюлозы, загущая раствор (образуя гель) при нагревании. В пищевой промышленности широко используются самые разные гели - от мягких и вязкоупругих до твердых и хрупких.
1.2.5. Нутритивные и нутрицевтические свойства
Некоторые гидроколлоиды (например, гуммиарабик и гуаровая камедь) уже активно используются в качестве растворимых пищевых волокон. Полезные нутрицевтические свойства гидроколлоидов исследованы достаточно подробно. Потенциальные преимущества их применения весьма велики - от снижения уровня холестерина до профилактики онкологических заболеваний. Гидроколлоиды широко используются в программах по снижению массы тела, для чего они явно будут использоваться и в будущем.
1.3. Нормативная база
1.3.1. Общие сведения
Использование гидроколлоидов в пищевых продуктах постоянно расширяется. Некоторые из них (пектин, агар, крахмалы и желатин) известны уже в течение многих веков и относятся к продуктам, реализуемым в розничной продаже. Эти гидроколлоиды хорошо знакомы потребителям. До 1980- 1990-х гг. желатин использовали очень широко, причем его упоминание в маркировке продукта никакого отторжения у покупателей не вызывало, но ситуация резко изменилась после вспышек губчатой энцефалопатии («коровьего бешенства»). Желатин может служить ярким примером изменения предпочтений потребителей. Многие известные в настоящее время гидроколлоиды начали применяться задолго до разработки правил их использования. Например, альгинаты, агар и каррагинан экстрагировали из морских водорослей, часть из которых использовались в пищу непосредственно. Так, у красных водорослей долгая «пищевая» история. В Ирландии «карраген» веками применялся в качестве гелеобразователя для молочных продуктов, и поэтому экстракты из красных водорослей считались безопасными для здоровья. В настоящее время таким ингредиентам и экстрактам в США присвоен статус GRAS (Generally Recognized As Safe, «признаны безопасными»), хотя обоснованность использования этого статуса для них требует тщательной проверки. С помощью разрешенных к использованию гидроколлоидов можно получать продукты с самой разной текстурой. Так, каррагинан можно по-разному модифицировать, и известны лямбда-, каппа- и йота-каррагинаны. Осаждением спиртом или хлоридом калия (по технологии «гель-пресс») можно получить очищенный каррагинан, а частично очищенный каррагинан получается значительно проще. Последний стали применять только в 1980…1990-х гг., тогда как очищенный каррагинан используется уже более 70 лет.
1.3.2. Регламентирующие и нормативные документы
Регулирование применения пищевых ингредиентов играет очень важную роль без соответствующих разрешений, выданных государственными органами, никакую пищевую добавку нельзя реализовывать и использовать в пищевых продуктах. Получение разрешительных документов обходится весьма недешево и требует больших затрат времени. Ключевым фактором маркетинга любого пищевого ингредиента является его маркировка и этикетирование. Следует отметить, что правила представления информации на этикетке в последние годы существенно изменились, но мало затронули сведения о гидроколлоидах, отличных от пищевых волокон. Известны, например, сотни различных видов крахмала, однако на этикетке пищевых продуктов указывается, как правило, является ли используемый крахмал модифицированным или природным. Производятся десятки видов карбоксиметилцеллюлозы, но все они этикетируются как просто карбоксиметилцеллюлоза или целлюлозная камедь. В Европе для обозначения всех гидроколлоидов используются Е-индексы, однако зачастую по различным маркетинговым соображениям производители вместо Е-индексов используют общепринятые названия гидроколлоидов, например, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь и каррагинан (вместо Е410, Е412 и Е407 соответственно). Регламентирующие органы тщательно контролируют процесс получения разрешения на использование пищевых добавок. Химическая модификация обычно не допускается (исключение составляют крахмалы, производные целлюлозы и пропиленгликольальгинат), но разрешены физический и ферментативный способ модификации. Так, физически модифицированный пектин реализуется под торговой маркой Slendid™ подразделением CP Kelco фирмы JM Huber. Поступили в реализацию и некоторые новые гидроколлоиды, получившие статус GRAS - камедь тары, конжак и пуллулан. Одним из последних гидроколлоидов, прошедших все разрешительные процедуры и вышедших на мировой рынок, стала геллановая камедь. На исследования ее свойств и лоббирование продвижения этого ингредиента были затрачены много лет и миллионы долларов, однако даже через 20 лет после получения разрешения на ее использование геллановая камедь не достигла объемов реализации, оправдывавших бы затраты на ее продвижение. Такие высокие риски свидетельствуют, по-видимому, что в ближайшем будущем не будут проводиться какие-либо полномасштабные мероприятия по получению разрешения на использование новых гидроколлоидов. С августа 2008 г. во Франции разрешено использовать камедь кассии и в ближайшем будущем ожидается распространение этого разрешения на все страны ЕС. В США использование камеди кассии пока что не разрешено. Возможности гидроколлоидов можно существенно расширить с помощью методов генной инженерии. Например, возможно получение продуктов биоферментации (ксантановой и геллановой камедей), обладающих специфическими, ранее неизвестными свойствами. Генетически модифицировать можно водоросли, семена и другое сельскохозяйственное сырье. Так, модифицированные гигантские, быстро растущие бурые водоросли способны давать не только альгинаты. При генетической модификации уменьшается срок достижения зрелости рожкового дерева (в обычных условиях он составляет 12…15 лет) и, следовательно, время, после которого возможно получение коммерческого гидроколлоида. Вместе с тем, использование методов генной инженерии вызывает опасения у потребителей и в области получения гидроколлоидов до сих пор не получило широко распространения, хотя в будущем эта ситуация может измениться.
1.3.3. Опасения потребителей
Читатели этой книги должны иметь в виду одну фундаментальную проблему, связанную с гидроколлоидами, а именно: «Для производителей гидроколлоидов суровой реальностью является восприятие их потребителями». Другими словами, именно мнение потребителей о продукте представляет собой побудительный мотив, заставляющий их купить или не купить тот или ной продукт, причем он никак не зависит от научных фактов. В конечном счете это определяет коммерческие перспективы любого пищевого ингредиента, в том числе и гидроколлоидов. Судя по всему, наиболее привлекательный имидж среди гидроколлоидов имеет пектин, и немного уступают ему экстракты из морских водорослей - агар, каррагинан и альгинаты. Более противоречиво восприятие производных целлюлозы. Значительно лучше воспринимаются такие термины, как «углеводная камедь» и «овощная камедь», используемые в США для обозначения метил- и гидроксипропилметилцеллюлозы, поскольку такие названия, как карбоксиметилцеллюлоза воспринимаются потребителями как слишком «химические». Для этикетирования лучше подходит название «целлюлозная камедь», и поэтому соответствующие органы ЕС активно лоббируют продвижение именно этого названия. До конца 1980-х…начала 1990-х гг. потребители вполне благоприятно воспринимали присутствие в продукте желатина, однако все изменилось после вспышек «коровьего бешенства», поскольку в восприятии потребителей желатин ассоциируется с этим заболеванием. Потребление желатина резко упало, и производители постарались заменить или вообще удалить желатин из пищевых продуктов. Несмотря на то, что все научные исследования свидетельствовали, что в желатине вирусы-возбудители коровьевого бешенства отсутствуют, эмоциальные опасения покупателей оказали негативное влияние на потребление желатина.
1.4. Рынок гидроколлоидов
1.4.1. Глобальный рынок
Мировой рынок пищевых гидроколлоидов с апреля 2007 г. по март 2008 г. оценивался по данным фирм-производителей в $ 4,2 млрд. Если учесть наценки торговых и транспортных компаний, то объем рынка гидроколлоидов составлят 5,0…5,5 млрд/г, причем наибольшую долю составляют желатин и крахмалы (табл. 1.1).
Таблица 1.1Мировой рынок гидроколлоидов, оценочные данные (апрель 2007 г….март 2008 г.)
Продолжение (окончание) таблицы 1.1
Цена желатина и крахмалов ниже, чем у многих других гидроколлоидов, так что доля желатина и крахмалов в физическом объеме выпускаемых гидроколлоидов еще больше, чем их доля в стоимостном выражении. Одним из наиболее дорогих гидроколлоидов является чистая геллановая камедь, цена которой составляет $ 31…33/кг. На другой стороне ценовой шкалы располагаются нативные крахмалы с ценой $ 0,33…0,44/кг. Таким образом, общий выпуск гидроколлоидов в 2007…2008 гг. составил около 1,7…1,8 млн т. Темпы роста производства зависят от вида гидроколлоида. Неудивительно, что производство ингредиентов, выпускаемых в больших объемах (например, крахмалов), растет незначительно, на 1,0…1,5 % в год, однако выпуск модифицированных крахмалов в США растет значительно быстрее - на 4…5 %. Средние годовые темпы роста выпуска гидроколлоидов составляют 2,5…3,0 %.
1.4.2. Стоимость
Гидроколлоиды весьма доступны по цене, причем цены на них относительно стабильны. В последние 30…40 лет себестоимость текстурирования, стабилизации или гелеобразования продуктов с различной рецептурой была либо постоянной, либо даже снижалась. Производители повышали эффективность производства, снижали цены и совершенствовали способы применения гидроколлоидов, что позволило уменьшить их используемые концентрации. Поставщики сырья также стремились понизить цены. Вместе с тем для некоторых гидроколлоидов характерны значительные колебания цен и объемов поставок. В 2008 г. в целом стабильная ситуация была нарушена, и цена на отдельные гидроколлоиды существенно выросла, наблюдался даже их дефицит.
1.4.2.1. Гуаровая камедь Цены на гуаровую камедь меняются довольно существенно и циклично (рис. 1.1). Главной причиной является цикличность предложения гуаровой камеди на рынке, связанная с тем, что практически вся гуаровая камедь поступает с полуострова Индостан. В засушливые годы сбор гуаровой камеди снижается, что приводит к дефициту сырья и повышению цен.
1.4.2.2. Камедь рожкового дерева
Аналогичным образом ведут себя цены на камедь рожкового дерева. Для этой камеди характерен более длинный (8…10 лет) и больший по амплитуде цикл изменения цены и предложения на рынке, чем для гуаровой камеди (3…4 года) (рис. 1.2). Предсказать, ковда в очередной раз будет ощущаться ее дефицит, невозможно, но не приходится сомневаться, что это когда-нибудь наверняка случится. В 1994 г. цены на камедь рожкового дерева поднялись до $ 40…44/кг, а в 2004 г. - более чем на 100 %. Затем они постепенно снижались, но следующий кризис явно не за горами.
1.4.2.3. Гуммиарабик (камедь акации)
Гуммиарабик или камедь акации представляет собой еще один пример колебаний цен и предложения. Большая часть гуммиарабика поступает на мировой рынок из одной страны, а именно Судана. Неудачный по погодным условиям сезон, а также политическая нестабильность в Судане привели в 2004 г. к резкому росту цен. Необходимо отметить, что до этого в течение 6-8 лет цены на гуммиарабик постоянно снижались (рис. 1.3). В будущем цены на гуммиарабик и объемы его предложения будут по-прежнему зависеть от ситуации в Судане, несмотря на усилия Нигерии и Чада по ослаблению зависимости мирового рынка от суданского гуммиарабика.
1.4.2.4. Ксантановая камедь Ксантановая камедь относится к числу гидроколлоидов, производящихся в большем числе стран, и спрос на нее быстро растет. В отличие от гуммиарабика, ксантановая камедь может служить примером предсказуемости цен (за исключением конца 1990-х гг., когда на короткий период спрос превысил предложение, рис. 1.4). Возросшее число поставщиков этого гидроколлоида делает невозможным возникновение такой ситуации в ближайшем будущем. За последние 16 лет, в течение которых цены на гидроколлоиды отслеживались ежеквартально, цена ксантановой камеди снизилась с $ 5,65 за фунт в 1991 г. до $ 2,10 в 2007 г., то есть в среднем она падала на 5,7 % в год. Некоторое повышение цен на ксантановую камедь и ряд других гидроколлоидов началось в конце 2007 г. и ускорилось в 2008 г. в связи с глобальным экономическим кризисом.
1.5. Некоторые тенденции
Поскольку во всем мире продолжается модернизация, потребление переработанных пищевых продуктов будет расти, и спрос на текстурирующие ингредиенты также будет возрастать. Этот рост определяют четыре ключевых фактора: • удобство; • качество; • нутритивные свойства; • цена. Во всех странах все более ценится свободное время, особенно в семьях с двумя работающими супругами, и никто не хочет тратить время на приготовление пищи «с самого начала». Потребление переработанных пищевых продуктов неуклонно растет даже в странах с развитыми кулинарными традициями, таких как Франция и Италия. Естественно, что основной проблемой остается качество, особенно там, где потребитель не готов рисковать и не признает изменений в качестве. Все более повышаются требования к чистоте и технологическим свойствам ингредиентов. Эти показатели гидроколлоидов особенно важны, когда они используются в очень малых количествах. Потребители в последнее время особое внимание уделяют «правильному питанию», особенно после появления так называемых «функциональных продуктов», которые помимо пищевых выполняют и оздоровительные функции. Обогащение продуктов пищевыми волокнами, кальцием, витаминами и другими веществами стало вполне обычной практикой. Некоторые гидроколлоиды обладают свойствами растворимых или нерастворимых пищевых волокон. В странах ЕС гуммиарабик уже получил статус пищевого ингредиента, а не пищевой добавки, а другие гидроколлоиды в настоящее время подвергаются разнообразным исследованиям на предмет возможности их использования в оздоровительных целях. 2. ГУММИАРАБИК (КАМЕДЬ АКАЦИИ)
Франсис Тевене (Francis Thevenet)
Аннотация Камедь акации, известная также как гуммиарабик, представляет собой природный экссудат, получаемый из деревьев акации, произрастающей в Африке от Египта до ЮАР. Эта камедь характеризуется сильно разветвленной компактной арабиногалактановой структурой с белковой фракцией в центре и образует низковязкий раствор, что обеспечивает хорошие эмульгирующие свойства. Порошок камеди легко гидратируется, позволяя получать 40…50 %-ные водные растворы. Гуммиарабик применяют в основном в кондитерской промышленности, производстве ароматизированных масляных эмульсий и капсул, а также в продуктах здорового питания с пребиотическими свойствами в качестве источника растворимых пищевых волокон.
2.1. Ведение Камедь акации (гуммиарабик) является природным растительным экссудатом, известным с античных времен как ингредиент и добавка в пищевые продукты, а также использовалась в фармацевтической промышленности и в технических целях. Известно более 700 видов акации, произрастающих в Африке, Австралии, Индии и Южной Америке. Ботаническое определение камеди акации было дано на 53-й сессии Объединенного Экспертного Комитета ФАО/ВОЗ в 1999 г. и звучит следующим образом: это «сухой экссудат, полученный из ствола и ветвей Acacia Senegal (L.) Willdenow или Acacia seyal (сем. Leguminosae): синонимы: гуммиарабик, камедь акации, arabic gum, INS № 414». Это определение было одобрено Комиссией Кодекс Алиментариус (ALINORM 99/12.А). В Европе согласно Директивам Еврокомиссии 98/86/СЕ и 2008/84/ЕС камедь акации отнесена к пищевым добавкам и ей присвоен индекс Е414. Камедь акации (гуммиарабик) внесена в Свод законов США (US Code of Federal Regulations) под номером 21CFR184.1330 и ей присвоен статус GRAS. Камедь акации из A. Senegal и A. seyal разрешено использовать также в фармацевтике, она внесена в Национальный Формуляр США и Европейскую фармакопею (01/2009 : 307). Для обеспечения бесперебойного поступления камеди акации на рынок международными организациями было предпринято много усилий. Были расширены плантации и увеличен сбор камеди в африканских субтропиках вблизи пустыни Сахары [13]. Помимо традиционных стран-экспортеров гуммиарабика (Судана, Нигерии и Чада) камедь акации в настоящее время получают также в 12 других странах от Сенегала до Эфиопии, образующих так называемый «африканский пояс камедей». Тридцать лет назад 90% гуммиарабика, использующегося в пищевых целях, получали из А. Senegal Камедь из A. seyal применялась только в технических целях - в производстве клея, текстиля, типографских красок и т. п. [27]. Расширению производства этого вида гидроколлоида способствовали внедрение новых методов очистки камеди из A. seyal, выявление у нее специфических свойств и новых направлений использования. Были внесены соответствующие поправки в документы, регламентирующие использование пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, что привело к выравниванию мирового потребления гуммиарабика из A. seyal и A. Senegal. Все эти изменения существенно стабилизировали рынок этой камеди. По объемам потребления гуммиарабик занимает третье место среди всех гидроколлоидов, и 2008 г. оно составило почти 57 000 т. Рынок гуммиарабика ежегодно растет, что объясняется многофункциональностью этой пищевой добавки, способной выступать в роли текстурирующего агента, пленкообразователя, эмульгатора и стабилизатора, а также водорастворимого пищевого волокна с пребиотическими свойствами в составе продуктов здорового питания. Популярность гуммиарабика определяется также ее природным происхождением, то есть данный продукт не подвергается модификации.
2.2. Получение и очистка
Все камеди из А.Senegal и A. seyal использующиеся в пищевой промышленности как ингредиенты и пищевые добавки, получают в Африке из дикорастущих или культивируемых деревьев акации. Эти виды акации произрастают на границах пустыни в географической зоне («поясе камедей») от Сенегала до Эфиопии [20]. Собирают камедь вручную из надрезов в дереве в течение сухого сезона (с декабря по май). Одно дерево дает около 400 г камеди в год [11, 40]. Камеди из A. Senegal и A. seyal собирают в разных районах стран-производителей. Деревья этих видов акации сильно различаются по форме, размеру, цвету и форме колючек, так что их трудно спутать. В странах-производителях гуммиаррабика существуют специальные лаборатории, в которых проверяется качество камеди еще до ее направления на очистку. Сырая камедь из одного и того же ботанического источника представляет собой смесь смолистых сгустков разного размера, содержащих растительные и минеральные примеси, а также обсемененных микроорганизмами. С помощью сухих методов очистки (дробления, просеивания и распыления) содержание посторонних примесей можно несколько уменьшить, однако уровень микробиологического обсеменения при этом не снижается. Долгое время камедь-сырье не отвечала международным требованиям, предъявляемым к пищевым или фармацевтическим ингредиентам, и поэтому на смену сухим методам очистки пришла более эффективная очистка в водном растворе (рис. 2.1). Камедь полностью растворяют в воде, после чего примеси удаляют в ходе последовательных стадий фильтрования. Использование такого метода очистки позволяет снизить содержание нерастворимых примесей до 0,02 %, а уровень обсемененности микроорганизмами уменьшается в пластинчатом теплообменнике; сироп камеди доводят до концентрации 25…35 % и высушивают. В получаемом порошке содержание примесей составляет не более 500 КОЕ/г.
Рис 2.1. Основные стадии процесса очистки камеди акации
В ходе солюбилизации и очистки необходимо поддерживать требуемые температурные условия. В камеди акации содержатся важные для эмульгирования белки, но они склонны к денатурации при повышенных температурах. В связи с этим качество камеди во многом зависит от правильного подбора температуры и продолжительности отдельных стадий. Для извлечения очищенной камеди из сиропа используют разные методы. Вальцовая сушка позволяет получить порошкообразную камедь с хорошими гидратирующими свойствами, однако применяемые при этом высокие температуры ухудшают эмульгирующую способность гидроколлоида. Камедь, дегидратированная методом традиционной распылительной сушки, отличается хорошим качеством и функциональными свойствами. Относительно недавно появилась технология многостадийной распылительной сушки, при которой мелкие частицы камеди возвращаются в верхнюю зону сушилки и получающиеся агломерированные частицы полностью сохраняют свойства камеди. Здесь важно отметить, что в получаемой камеди не содержится частиц размером менее 75 мкм и она прекрасно растворяется в воде до концентрации 45…50 % без образования комков. Очищенная камедь отвечает общим требованиям к ингредиентам, предъявляемым пищевой и фармацевтической промышленностью, и обладает всеми необходимыми характеристиками вязкости и цвета, а также микробиологическими и функциональными показателями. В результате объединения усилий стран-производителей и переработчиков камеди становится возможным проследить ее путь «от дерева до готового продукта» и обеспечить требуемое качество.
2.3. Химическая структура
Камедь акации представляет собой сильно разветвленный высокомолекулярный полисахарид арабиногалактан, образующий маловязкий водный раствор. В состав молекул камеди акации входят галактоза, арабиноза, рамноза и глюкуроновая кислота [23], частично в виде кальциевой, калиевой, натриевой и магниевой солей. В 1960…1970-х гг. были проведены полные таксономические исследования экссудатов из различных видов акации [3]. С использованием гель-проникающей технологии, проточного фракционирования в поле и многоуглового лазерного светорассеяния была определена сложная структура камеди акации [2, 9, 30]. Гуммиарабик не является индивидуальным соединением. Методами гель-проникающей и эксклюзионной хроматографии было показано, что экссудаты из A. Senegal (виды Vulgares) и A. seyal (виды Gummiferae) состоят по крайней мере из двух фракций с различной молекулярной массой. В обоих экссудатах более высокомолекулярная фракция содержит в основном белки и мало гуммивеществ. Для камеди из A. senegal характерна сильно разветвленная структура в виде «цветка мимозы» [10, 15]. Арабиногалактаны, соединенные с белковым каркасом, образуют арабиногалактопротеиновую фракцию (AGP). Полисахаридная фракция представляет собой линейную цепь, состоящую из ẞ[1,3]-связанных остатков галактозы. В позиции [1,6] эта цепь разветвляется, причем боковые цепи состоят из галактозы и арабинозы. Рамноза, глюкуроновая кислота и метилглюкуроновая кислота присутствуют на концевых участках арабиногалактановой (AG) фракции (рис. 2.2) [36].
Рис. 2.2. Счематическое представление молекулы камеди из A. Senegal (модель в виде «цветка мимозы»). По [15] (см. www/annualreviews.org)
Основные физические параметры камедей из двух вышеназванных видов акаций, рекомендованных к использованию в пищевой и фармацевтической промышленности, приведены в табл. 2.1, откуда видно, что камеди из разных источников отличаются по оптической активности [5] - камедь из A. senegal является левовращающим изомером (- 30 °), а камедь из A. seyal - правовращающим (+ 50 °). Это позволяет сравнительно легко отличить одну камедь от другой. Дополнительные сведения о структуре и составе сахаров в гуммиарабике можно получить с помощью ВЭЖХ, предварительно проведя кислотный гидролиз. Зольность камедей определяется наличием солей уроновых кислот. Присутствие уроновых кислот и их солей придает гуммиарабику буферные свойства, позволяющие сохранять значение pH их водных растворов после добавления кислот и оснований.
Таблица 2.1 Состав и основные физические показатели камедей из A. senegal и A. seyal. По [2, 19, 22]
Камедь из A. senegal содержит почти в два раза больше азота, чем камедь из A. seyal. Установлено, что белок, в обеих камедях состоящий из одинаковых аминокислот, обычно входит в высокомолекулярную фракцию. Показано также, что белок в камеди из A. seyal менее доступен, чем в камеди из A. Senegal [4]. Низкое содержание и труднодоступность белка в камеди из A. seyal объясняет малую эффективность этой разновидности гуммиарабика как стабилизатора эмульсий, поэтому для получении эмульсий длительного хранения камедь из A. seyal не используют. Молекулярная масса камеди из A. seyal (и вообще из семейства Gummiferae) больше, чем у камеди из A. Senegal, но вязкость камеди из A. seyal ниже, что свидетельствует о ее более компактной структуре [16]. По сравнению с другими водорастворимыми полисахаридами с той же молекулярной массой водные растворы гуммиарабика характеризуются очень малой вязкостью. 1 %-ные водные растворы гуаровой и ксантановой камедей, а также l-каррагинана имеют вязкость по Брукфилду в пределах 3000…5000 мПа×с. Чтобы иметь такую вязкость, концентрация гуммиарабика в водном растворе должна составлять 40…45 %. Низкая вязкость растворов гуммиарабика объясняется его глобулярной высокоразветвленной структурой, которая не способствует образованию сшивок или водородных связей с водой. Растворы гуммиарабика до концентрации 25% обладают свойствами ньютоновской жидкости, а более концентрированные растворы являются псевдопластичными [34]. Сильно разветвленная структура камедей из обоих видов акации делает их в кислых средах очень стойкими к гидролизу, воздействию ферментов и высоких температур.
2.4. Области применения
2.4.1. Кондитерская промышленность
При концентрации в водном растворе менее 30 % гуммиарабик не обладает свойствами загустителя, однако при использовании в смесях с сахарозой или не содержащих сахара системах с высоким содержанием сухих ингредиентов он придает кондитерским изделиям уникальную структуру [14]. Благодаря этому свойству гуммиарабик используют в производстве многих кондитерских изделий, в том числе формованных конфет, мармелада, пастилы (с сахарозой или сахарными спиртами), глазированных и неглазированных жевательных конфет, леденцовой карамели без сахара, а также в различных процессах таблетирования, где необходимы связующие свойства.
2.4.1.1. Формованные конфеты
В формованных конфетах с сахаром в зависимости от требуемой текстуры гуммиарабик используют в разных концентрациях. Изделия с твердой текстурой должны содержать большие количества камеди из A. Senegal. Обычно такие кондитерские изделия содержат 35 % гуммиарабика, 30 % сахарозы, 25 % глюкозы, примерно 10 % воды плюс пищевые ароматизаторы и красители. Поскольку время от времени гуммиарабик оказывается в дефиците, его частично заменяют модифицированным крахмалом. Вместе с тем гуммиарабик обладает рядом преимуществ по сравнению с модифицированным крахмалом - твердые конфеты с гуммиарабиком дольше не растворяются в полости рта, не прилипают к зубам и обеспечивают уникальное высвобождение вкусоароматических соединений. В формованных конфетах более мягкой тек
Поиск по сайту: |
