Геллановая камедь – внеклеточный полисахарид, продуцируемый микроорганизмами Sphingomonas elodea (АТСС 31461), ранее известными как Pseudomonas elodea.

Геллановая камедь образует гели при низких концентрациях при охлаждении горячих растворов в присутствии катионов, способствующих гелеобразованию. Геллановая камедь существует в замещенной и незамещенной формах. Свойства геля зависят от степени замещения, при этом замещенные формы образуют мягкие эластичные гели, а незамещенные – твердые и хрупкие.

При нагревании водных растворов геллана до 70°С, введении соли и последующем охлаждении структура гелей упрочняется. Эти свойства обусловили применение геллана в пищевой промышленности в качестве загустителя и структурообразователя.

Комитет экспертов определил «неуточненное» ДСП для камеди геллана и отметил, что при использовании данного вещества в качестве пищевой добавки в достаточно больших дозах возможен послабляющий эффект.

4.2.1. КРАТКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ГЕЛЛАНОВОЙ КАМЕДИ

В промышленности геллановую камедь производят инокуляцией ферментной среды микроорганизмами. Среда должна содержать источник углерода, такой как глюкоза, источники фосфата и азота и в небольшом количестве другие подходящие вещества.

Культивирование проводится в стерильных условиях, при строгом соблюдении достаточной насыщенности среды кислородом, перемешивании, температуре и рН.

Чтобы убить все жизнеспособные клетки, после культивирования вязкий бульон подвергают пастеризации.

Затем полисахарид восстанавливают какими-либо способами. Непосредственное восстановление посредством осаждения спиртом приводит к получению замещенной ацетилированной формы. Другим способом является предварительная (перед осаждением спиртом) обработка бульона щелочью, что приводит к деацетилированию и, следовательно, образованию незамещенной частично ацетилированной формы.

Геллановая камедь в настоящее время продается под тремя названиями, а именно высокоацетилированная неочищенная (KELGOGEL® LT100), низкоацетилированная неочищенная (KELGOGEL® LT) и низкоацетилированная очищенная (KELGOGEL® и KELGOGEL® F).

4.2.2. СТРУКТУРА ГЕЛЛАНОВОЙ КАМЕДИ

Первичная структура геллановой камеди представлена повторяющимися звеньями линейного тетрасахарида:

→3)-β-D-Glcp-(1→4)-β-D-GlcpA-(l→4)-β-D-Glcp-(1→4)-α-L-Rhap-(l→

Полимер получают за счет двух ацильных заместителей на 3-й глюкозе, а именно L-глицерил на 0(2) и ацетил на 0(6). В среднем имеется один глицерат на повторяющееся звено и один ацетат на два повторяющихся звена.

Исследование, проведенное с помощью компьютерного моделирования структуры высокоацетилированной геллановой камеди, основанном на знании структуры низкоацетилированной камеди, позволило прийти к заключению, что ацетильные заместители располагаются на внешней стороне двойной спирали.

4.2.3. СВОЙСТВА ГЕЛЛАНОВОЙ КАМЕДИ

Для успешного составления смесей геллановой камеди необходимо принимать во внимание три процесса:

• диспергирование;
• гидратацию;
• гелеобразование.

Диспергирование. В процессе приготовления любого раствора камеди сначала надо убедиться, что все частицы камеди полностью растворились в растворителе и не образуют комков. Плохое диспергирование приведет к неполной гидратации и потере функциональности камеди. Обе формы геллановой камеди нерастворимы в холодной воде, хотя они имеют тенденцию к набуханию в воде с низким содержанием кальция.

Гидратация. Температура, при которой происходит гидратация низкоацетилированной геллановой камеди (НАГК), зависит от типа ионов и их концентрации в растворе. Присутствие таких ионов, как натрий, а особенно кальций, препятствует гидратации НАГК.

В пищевых продуктах, содержащих агар, НАГК следует гидратировать в воде, при этом возможно добавление любых Сахаров в горячий раствор камеди. Однако с помощью нагревания до температуры кипения в сахарных растворах с общим содержанием сухих растворимых веществ до 80% можно осуществить непосредственную гидратацию НАГК.

При значении рН ниже 3,9 НАГК вообще не гидратируется. В этом случае следует добавить кислоту, лучше в виде концентрированного раствора, в горячий раствор камеди. Следует однако избегать длительного нагревания в кислой среде, так как оно ведет к гидролитическому расщеплению камеди, ведущему, в свою очередь, к снижению качества готового геля.

Однако при значении рН 3,5 НАГК может подвергаться температурному воздействию в 80°С вплоть до одного часа, при этом потеря в качестве геля будет минимальной. В нейтральной среде растворы можно держать при температуре 80°С в течение нескольких часов, и качество геля при этом снижается незначительно.

Гидратация высокоацетилированной геллановой камеди (ВАГК) намного меньше зависит от концентрации ионов в растворе, и обычно нагревание до 85-90°С является достаточным для полной гидратации камеди как в воде, так и в молочных системах. Присутствие Сахаров замедляет гидратацию ВАГК. Поэтому процесс рекомендуется проводить при общем количестве сухих веществ в растворе меньше 40%. Затем в горячий раствор камеди можно добавить дополнительный сахар. В отличие от НАГК, высокоацетилированная геллановая камедь гидратирует при рН < 4,0. В горячей кислоте также может произойти гидролитическое расщепление, которое приводит к снижению прочности геля.

Гелеобразование. Предложенный механизм гелеобразования основан на модели доменов. При охлаждении горячего раствора геллановая камедь претерпевает переход беспорядок – порядок. В случае с НАГК катионы, способствующие гелеобразованию, например натрий, калий и магний, вызывают агрегацию двойных спиралей геллана, что ведет к образованию трехмерной сетки, а образуемые гели становятся твердыми и хрупкими.

Ацетильные заместители сильно влияют на структуру и реологические свойства гелей высокоацетилированной геллановой камеди. Эта камедь при охлаждении раствора претерпевает такое же превращение разупорядочивания/упорядочивания, но дальнейшая агрегация спиралей сдерживается присутствием ацетильных групп. Образуемые гели являются, таким образом, мягкими и эластичными.

Высоко- и низкоацетилированные геллановые камеди обладают настолько разными свойствами, что их можно рассматривать как находящиеся на противоположных концах текстурного спектра гидроколлоидных гелей.

На рис. 4.2 схематично показано расположение гелей этих камедей по сравнению с гелями, полученными из других гидроколлоидов. НАГК образует твердые, неэластичные и хрупкие гели, тогда как высокоацетилированная – мягкие, эластичные, нехрупкие.

Рис. 4.2. Схематическое сравнение текстуры гелей высоко- и низкоацетилированной геллановой камеди с другими известными гелеобразователями

Исследования, проведенные с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, и реологические измерения также показали, что смеси высокоацетилированной и низкоацетилированной геллановой камеди претерпевают два различных конформационных перехода при температурах, которые зависят от их индивидуальных компонентов. Это важно, так как в смесях следует учитывать высокую температуру гелеобразования НАГК.

Свидетельств образования двойных пространственных спиралей, содержащих обе формы геллановой камеди, пока не найдено. Свойства смесей можно регулировать соотношением компонентов и концентрацией ионов. При низких концентрациях преобладает высокоацетилированная форма, а при повышении концентрации ионов увеличивается доля низкоацетелированной геллановой камеди.

4.2.4. ПРИМЕНЕНИЕ ГЕЛЛАНОВОЙ КАМЕДИ

Желе на водной основе популярны во всем мире и обладают различной текстурой. Твердая и хрупкая текстура гелей НАГК, например, улучшает вкус желе из фруктового сока. Смеси же обеих форм геллановой камеди можно использовать для производства различных по текстуре желе. Продукты могут быть приготовлены в виде уже «готовых к употреблению» или в виде сухих смесей.

НАГК также может использоваться для модификации свойств традиционных десертных желе, изготовленных из желатина.

Геллановая камедь также повышает температуру плавления геля, так что после того, как десерты достали из холодильника, они сохраняют форму более продолжительное время. Это свойство также можно применять в таких вкусных и питательных желеобразных блюдах, как заливное.

Геллановая камедь обычно используется как гелеобразующий агент, однако ее также можно применять для изготовления структурированных жидкостей, которые являются крайне эффективными суспендирующими агентами. Эти структурированные жидкости являются желирующими системами, которые подвергают сдвигу в процессе или по окончании процесса желирования. Применение сдвига нарушает обычное гелеобразование и приводит при определенных условиях к образованию гомогенных текучих систем, которые часто называют жидкими гелями.

Для производства таких гелей с помощью геллановой камеди состав систем должен быть подобран так, чтобы образовывался слабый гель. Этого можно добиться либо использованием определенного типа ионов и подбором их концентрации, либо подбором концентрации геллановой камеди. Вязкость и структура системы соотносится с прочностью неразрушенного геля. Следовательно, чем большей прочностью обладает такой неразрушенный гель, тем большей вязкостью и прочностью будет обладать система после воздействия. Однако системы, образующие слишком прочный гель, могут приобрести зернистую текстуру в готовой жидкости.

При использовании в качестве единственного желирующего агента НАГК желе получаются твердыми, ломкими, прозрачными на срезе. Их можно вытаскивать из крахмальных форм уже через 2 ч, но обычно их держат в формах до 72 ч. Добавление крахмалов жидкой варки позволяет получить продукт с жевательной текстурой.

Геллановая камедь образует также пленки и глазури, которые можно использовать при изготовлении панировочной хлебной крошки и теста. Преимуществом пленок является их возможное применение в качестве барьера, что позволяет снизить абсорбцию масла. Для того чтобы получить пленку, надо нанести горячий раствор геллановой камеди на поверхность продукта (можно использовать распылитель или просто смазать), а затем дать ему остыть. Используя НАГК, продукт можно опустить в холодный раствор камеди, при этом происходит диффузия ионов в раствор, которая приводит к гелеобразованию или образованию пленки.

НАГК также можно использовать для производства обезжиренных связующих. Нанесение распылителем холодного раствора НАГК на поверхность таких продуктов, как орехи или чипсы, мгновенно образует тонкий слой геля, который вступает в реакцию с солью, что способствует адгезии усилителей вкуса и аромата, а также пряностей, входящих в состав продукта.

В Японии геллановую камедь считают натуральной пищевой добавкой с 1988 г. В настоящее время эта камедь также одобрена для пищевого потребления в США и Европейском союзе, а также в Канаде, Южной Африке, Австралии, большей части Юго-Восточной Азии и Латинской Америки. Геллановая камедь упоминается в Директиве Европейского союза (European Community Directive ЕС/95/2) в Приложении 1 под кодом Е 418.

Комитет экспертов JECFA и Европейский научный комитет по вопросам питания (European Scientific Committee for Food) не ограничивают суточное потребление геллановой камеди. Производитель имеет право не проводить различия между ВАГК и НАГК и идентифицировать их просто как Е 418.

В РФ геллановая камедь (Е 418) разрешена в джемах, желе, мармеладах и других подобных продуктах, включая низкокалорийные в количестве до 10 мг/кг индивидуально или в комбинации с другими загустителями (п. 3.1.6 СанПиН 2.3.2.1293–03).