Главной технологической функцией добавок этой группы в пищевых системах является повышение вязкости или формирование геле-вой структуры различной прочности. Одним из основных свойств, определяющих эффективность применения таких добавок в конкретной пищевой системе, является их полное растворение, которое зависит прежде всего от химической природы.
Влияние особенностей структуры отдельных загустителей и гелеобразователей на их растворимость в воде
Добавка |
Особенности структуры |
Растворимость |
Гуар |
Высокозамещенный полисахарид |
Растворим при комнатной температуре |
Камедь рожкового дерева |
Незамешенные зоны в полисахаридных цепях |
Растворима только при нагревании |
Пектины |
Ответвления и метоксильные группы, кислотные группы ионизированы, электростатическое отталкивание между цепями |
Растворимы при комнатной температуре |
Альгинаты |
Электростатическое отталкивание между цепями |
То же |
Каррагинаны |
||
?.-Каррагинан |
3 сульфата на 2 галактозы (не образует геля) |
» |
?-Каррагинан |
2 сульфата на 2 галактозы (образует слабый гель) |
Частично растворим при комнатной температуре |
?-Каррагинан |
1 сульфат на 2 галактозы (образует сильный гель) |
Растворим только при нагревании |
Ксантан |
Частые боковые цепи, электростатическое отталкивание из-за наличия кислотных групп |
Растворим при комнатной температуре |
Желатин |
Изменение зарядов цепи в зависимости от рН геля |
Частично набухает в холодной воде в зависимости от рН, растворим только при температуре выше 40 °С |
При анализе можно констатировать, что добавки подиса-харидной природы, содержащие большое количество гидроксильных групп, являются гидрофильными и в основном растворимы в воде.
При контакте водорастворимых полисахаридов с водой молекулы растворителя сначала проникают с образованием связей в наименее организованные участки цепи макромолекул. Такая начальная гидратация ослабляет связи в оставшихся звеньях и способствует проникновению воды и сольватации наиболее организованных участков цепи Этот процесс проходит через переходную стадию гелеобразования, когда частицы набухают и увеличиваются в объеме благодаря силам когезии между макромолекулами. Если межмолекулярные связи относительно слабы, они могут быть достаточно легко разрушены при механическом воздействии или нагревании. При этом биополимер (полисахарид или белок) полностью растворяется С другой стороны, если связи между определенными сегментами макромолекул не разрушаются при механическом или тепловом воздействии, биополимер сохраняется в виде набухших частиц Примерами могут служить альгинат и пектат кальция.
Растворимость повышается в присутствии ионизированных групп (сульфатные и карбоксильные), увеличивающих гидрофильность (каррагинаны, альгинаты), а также при наличии в молекулах полисахаридов боковых цепей, раздвигающих главные цепи, что улучшает гидратацию (ксантаны). Растворимость понижается при наличии факторов, способствующих образованию связей между полисахаридными цепями, к которым относятся наличие неразветвленных зон и участков без ионизированных групп (камедь рожкового дерева), а также присутствие ионов кальция или других поливалентных катионов, вызывающих поперечное сшивание полисахаридных цепей, что препятствует растворению макромолекул.
Условия гелеобразования в растворах полисахаридов и желатина
Полисарид |
Оптимальный диапазон рН |
Условия гелеобразования |
Механизм гелеобразования |
Высокоэтерифицированный пектин |
2,5-4,0 |
рН менее 4; СВ = 55-80 % |
Сахарно-кислотный |
Низкоэтерифицированный пектин |
2,5-5,5 |
В присутствии Са3+ |
Модель «яичной упаковки» |
Альгинат |
2,8-10,0 |
рН менее 4 или в присутствии Са2+ |
То же |
к-Каррагинан |
4,0-10,0 |
В присутствии К+, Na+ или Са2+ |
Модель двойных спиралей |
i-Каррагинан |
4,0-10,0 |
В присутствии К+, Na+ или Са+ |
То же |
Агар |
2,5-10,0 |
При температуре ниже 32—39 °С |
» |
Желатин |
4,5-10,0 |
Ниже температуры застывания |
» |
Более подробно процессы гелеобразования описаны при рассмотрении отдельных представителей этой группы добавок.
В ряде случаев совместное введение двух различных добавок этой группы сопровождается синергическим эффектом.
Комбинации добавок с синергическим эффектом
Комбинации, повышающие вязкость |
Комбинации, вызывающие гелеобразование |
Карбоксиметилцеллюлоза + Гуаровая камедь |
Камедь рожкового дерева + к-Каррагинан |
Ксантан + к-Каррагинан Ксантан + Гуаровая камедь Карбоксиметилцеллюлоза + Гидроксипропилцеллюлоза |
Камедь рожкового дерева + Ксантан |
Аналогичный синергический эффект повышения вязкости может быть достигнут при сочетании отдельных загустителей с некоторыми биополимерами белковой природы. К ним относятся, например, комбинации карбоксиметилцеллюлозы с казеином или соевым протеином.
Многие представители этой группы пищевых добавок имеют смежную технологическую функцию стабилизатора (см. раздел 6.3). Повышение вязкости дисперсной пищевой системы при введении в нее загустителя или превращение такой системы в слабый гель при низких концентрациях гелеобразователя предотвращает ее разделение на исходные компоненты, например, выпадение в осадок твердых частиц, диспергированных в жидкой дисперсионной среде.
Подавляющее большинство загустителей и гелеобразователей со статусом пищевых добавок относится к классу полисахаридов (гликанов). Исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу.