4.5.1. Общие сведения

Альгинаты образуют гели с кислотами и всеми многовалентными катионами (за исключением катионов магния). В пищевой промышленности основным катио­ном для гелеобразования альгинатных систем служит ион кальция. Дозируя коли­чества ионов кальция или кислоты, процесс гелеобразования можно регулировать: и кислотные, и кальциевые альгинатные гели являются термонеобратимыми и об­разуются в широком диапазоне температур. Термообратимые гели можно получить в кислой среде (при рН < 4,0, оптимальное рН -около 3,4), используя сочетание альгината и высокометилированного пектина [44]. Наиболее важным свойством альгината как гелеобразователя является его способность образовывать термоста­бильные гели при низких температурах.

Для эффективного гелеобразования альгинат перед контактом с ионами кальция должен быть гидратирован. Механизмы гелеобразования альгинатов можно разде­лить на два типа: внутреннее диффузионное затвердевание и диффузионное затвер­девание при охлаждении. Кальциевые соли и коплексообразователи, использующие­ся при получении альгинатных гелей, перечислены соответственно в табл. 4.2 и 4.3.

 Таблица 4.2

Таблица 4.3

Обозначения: знаком + обозначена степень эффективности, то есть препарат +++++ более эффективен, чем ++++ и т. д.

4.5.2. Диффузионное затвердевание в нейтральной среде

При диффузионном затвердевании пищевые материалы в смеси альгинатом вхо­дят в контакт с растворенными солями кальция - либо путем погружения в каль­циевую ванну, либо путем орошения водным раствором кальциевой соли. Чаще все­го используют хлорид кальция, хотя можно пользоваться и другими растворимыми кальциевыми солями. Ионы кальция диффундируют в пищевой матрикс, содержа­щий альгинат, с образованием кальциевого альгинатного геля. Сшивка альгината начинается с поверхности и затем распространяется вглубь пищевого материала.

Данный процесс наиболее эффективно протекает в относительно тонких или не­больших порциях продуктов (например, в полосках перца пимиенто), а также при необходимости покрытия поверхности продуктов (например, колец репчатого лука) тонким слоем. Скорость диффузии возрастает при увеличении температуры, кон­центрации соли кальция в ванне или при орошении, а также при использовании альгината с высоким содержанием С-блоков.

4.5.3. Диффузионное затвердевание в кислой среде

В этом случае с альrинатом смешивается кальциевая соль, растворимая в кис­лоте, но нерастворимая в воде. При контакте кислоты с поверхностью смеси соль растворяется по мере того, как протоны диффундируют в альrинато-кальциевый матрикс, снижая значение рН. Выделяющиеся при этом ионы кальция реагируют с альгинатом с образованием геля. Механизм гелеобразования в ходе диффузионно­го затвердения в нейтральных и кислых средах показан на рис. 4.7. В качестве солей используют карбонат кальция или дикальций фосфат.

Рис. 4.7. Получение альгинатного геля методом диффузионного затвердения.

В этом случае с альгинатом смешивается кальциевая соль, растворимая в кис­лоте, но нерастворимая в воде. При контакте кислоты с поверхностью смеси соль растворяется по мере того, как протоны диффундируют в альгинато-кальциевый матрикс, снижая значение рН. Выделяющиеся при этом ионы кальция реагируют с альгинатом с образованием геля. Механизм гелеобразования в ходе диффузионно­го затвердения в нейтральных и кислых средах показан на рис. 4.7. В качестве солей используют карбонат кальция или дикальций фосфат.

4.5.4. Внутреннее затвердевание в нейтральной среде

При этом процессе ионы кальция гомогенно выделяются в контролируемых усло­виях внутри продукта. Используют обычно сочетание альгината, медленно раствори­мой кальциевой соли и кальциевого секвестранта (например, фосфата или цитрата). Обычно применяют сульфат кальция - недорогую соль с требуемой растворимо­стью. Секвестрант связывает свободные ионы кальция и препятствует слишком бы­строму гелеобразованию в ходе смешивания продукта и альгината (рис. 4.8). Требуе­мое количество секвестранта зависит от времени, необходимого для переработки продукта: чем оно дольше, тем большей должна быть концентрация секвестранта.

Рис. 4.8. Гелеобразование методом внутреннего затвердевания

4.5.5. Внутреннее затвердевание в кислой среде

Внутреннее затвердевание может происходить как в нейтральной, так и в кислой среде. Выделение ионов кальция из наиболее часто применяемых солей (карбонатов и фосфатов) зависит от значения рН. Пищевой продукт смешивают с альгинатом и источником ионов кальция в нейтральной среде, а затем при ее подкислении ли­монной, адипиновой или иной подходящей кислотой выделяются ионы Са²⁺. Ино­гда в качестве йодкислителя используют глюконо-дельта-лактон, обеспечивающий медленное контролируемое подкисление.

4.5.6. Комбинированное затвердевание

Системы диффузионного и внутреннего затвердевания можно совместить, что обеспечивает ускоренное гелеобразование на поверхности продукта или нанесение покрытия еще до внутреннего затвердевания продукта за счет медленного выделения ио­нов кальция. Такое покрытие поверхности до внутреннего затвердевания зачастую бывает необходимо для придания ей механической прочности перед последующей обработкой.

4.5.7. Затвердевание при охлаждении

В данном варианте альгинат, кальциевая соль и секвестрант растворяют в горя­чей жидкости. Повышенная температура препятствует гелеобразованию, посколь­ку сшивка и ассоциация альгинатных цепей затрудняется их тепловым движением. Затвердевание геля начинается при охлаждении раствора и заканчивается образо­ванием термостабильного кальциево-альгинатного геля. Образованные таким спо­собом гели менее склонны к синерезису, чем гели диффузионного или обычного внутреннего затвердевания [28]. Путем тщательного подбора состава пищевой си­стемы можно получать гели при температурах от 0 до 50 °С, однако данный метод используют лишь для продуктов с относительно мягкой текстурой.

4.5.8. Альгинато-пектиновые гели

Высокометилированные пектины (ВМ-пектины) образуют гели в узком интер­вале рН только при высоком содержании сахара, а низкометилированные пекти­ны (НМ-пектины) - при низком содержании сахара в присутствии двухвалент­ных катионов (например, Са²⁺). Путем внесения альгината натрия можно получить альгинато-пектиновые гели на основе НМ-пектина при низком содержании СВ в бо­лее широком диапазоне рН [43-45].

Богатые пектином фрукты (например, яблоки) образуют гели при добавлении альгината натрия после кулинарной обработки. Прочные гели могут образовывать­ся при совместном внесении ВМ-пектина и альгината натрия, богатого гулуроновой кислотой (самые прочные гели получаются при равном соотношении компонентов [43,44]. При использовании альгината совместно с ВМ-пектином в гелях формиру­ется более плотная полимерная сетка, чем в гелях с НМ-пектином [50]. В пектино-альгинатных смесях наблюдается синергизм - совместно они дают более прочные гели, чем при использовании в том же количестве по отдельности. В отличие от тер­мостабильных кальциево-альгинатных гелей альгинато-пектиновые гели являются термообратимыми. Альгинато-пектиновый синергизм представляет собой один из немногих примеров взаимодействия альгината с другими гидроколлоидами и яв­ляется до сих пор единственным примером его промышленного использования.