Лабораторная работа 3 ТЕМА : «Вещества, препятствующие слеживанию пищевых продуктов»
advertisement
Лабораторная работа 3 ТЕМА : «Вещества, препятствующие слеживанию пищевых продуктов» (ПИЩЕВЫЕ ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА) Цель занятия: Изучить пищевые поверхностно-активные вещества, их применение и получение. Задание: 1. Изучить ацилглицеринов, пищевые производные ПАВ молочной (лецитины, производные кислоты, производные дикарбоновых кислот, эфиры моно- и дисахаридов, сорбита и ксилита) 2. Изучить эмульгирующие соли. Узнать об их получении и применении, об их токсикологической безопасности Эмульгаторы — это вещества, уменьшающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Их добавляют к пищевым продуктам для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. В частности, с помощью таких добавок создают эмульсии жира в воде или воды в жире. Такая способность связана с поверхностно-активными свойствами, поэтому применительно к данной группе пищевых добавок термины «эмульгатор», «эмульгирующий агент» и «поверхностно-активное вещество» 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 белками или крахмалом. Обычно молекулы поверхностно-активных веществ имеют дипольное строение, т. е. состоят из гидрофильных и гидрофобных групп. Первые обеспечивают растворимость ПАВ в воде, а вторые — в неполярных растворителях (спирте, эфире и т.д.). Таким образом, они располагаются на поверхности раздела фаз. В этой связи основные физико-химические свойства, а следовательно, и технологические зависят от химического строения ПАВ и соотношения гидрофильных и гидрофобных групп. Поверхностно-активные вещества позволяют регулировать свойства гетерогенных систем, которыми являются пищевое сырье, полуфабрикаты или готовая пищевая продукция. Применяемые в пищевой промышленности ПАВ — это не индивидуальные вещества, а многокомпонентные смеси. Химическое название препарата при этом соответствует лишь его основной части. В зависимости от особенностей химической природы эмульгатора, а также специфики пищевой системы, в которую он вводится, некоторые из представителей этого функционального класса пищевых добавок могут выполнять смежные стабилизаторов или технологические функции, антиоксидантов. например Перечень функции эмульгаторов и эмульгирующих солей, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации, приведен в табл. 1. Способность маргарина намазываться, пластичность теста и жевательной резинки, взбитость мороженого определяются диспергирующим действием эмульгаторов. Взаимодействие эмульгаторов с белками муки укрепляет клейковину, что в производстве хлебобулочных изделий приводит к увеличению удельного объёма, улучшению пористости, структуры мякиша, замедлению эмульгаторов черствения. на В поверхность маргарине раздела стабилизирующее фаз и влияние на действие процесс кристаллизации жира определяет срок годности, разбрызгиваемость при нагревании и органолептические свойства. В производстве шоколада, шоколадных глазурей и т.п. добавка эмульгатора снижает вязкость шоколадных масс, улучшает их текучесть за счёт влияния на кристаллизацию какао-масла. Добавка эмульгаторов в сухое молоко, сухие сливки, супы и т.п. позволяет уменьшить размер жировых шариков и их распределение, что ускоряет и облегчает разведение сухих продуктов в воде. Эмульгаторы применяют для равномерного распределения нерастворимых в воде ароматизаторов, эфирных масел, экстрактов пряностей в напитках и пищевых продуктах. Лецитины (Е 322) являются классическими «природными» эмульгаторами и антиокислителями в яйце, сливках и сливочном масле. В количестве 2... 10 г/кг лецитины могут выполнять все функции эмульгаторов, описанные выше. Малая термостойкость (покоричневение) и склонность к гидратации (образование мути) ограничивают возможности применения «нативного» (немодифицированного) лецитина. При модификации «нативного» лецитина расширяется спектр его применения. Так, например, введение ацетогрупп повышает термостойкость лецитина; сложные эфиры лимонной и молочной кислот изменяют его эмульгирующую силу и повышают способность к растеканию и комплексообразо-ванию (антиокислительное действие). Часто используемыми соэмульгаторами лецитинов являются моно- и диглицериды жирных кислот. Обычно их смешивают в соотношениях 1:1; 1:2; 1:3; 2:3- моно- и диглицериды (Е 471) являются относительно инертными веществами и в большинстве случаев применяются только в активированной форме, например, в форме порошка, полученного распылительной сушкой на подходящем носителе или гидратацией. В большинстве случаев действуют только моноглицериды. В мороженом, десертах и т.п. твёрдые моноглицериды улучшают взбитость и стабильность пены, в то время как моноглицервды ненасыщенных жирных кислот действуют, скорее, как антивспенивающие средства. Добавка 0,5% дистиллированных моноглицеридов к тесту обеспечивает не только улучшение свойств теста и усиление клейковины, но и улучшение качества готового хлеба, продление его свежести. В сдобных изделиях добавка моноглицеридов позволяет экономить жиры. В жирах, (предварительно маргаринах, майонезах, растворённого при кремах добавка подогревании) 0,5...5% моноглицерида используется для более лёгкого и равномерного эмульгирования водной фазы, сохранения стабильной эмульсии при неблагоприятных условиях хранения, устранения «сального» привкуса, облегчения дальнейшей переработки, особенно сбиванием в пенистые продукты. В жировых глазурях и других покрытиях моноглицерид может замедлить отделение жиров, уменьшить липкость, облегчить взбиваемость. Практически единственной областью применения фосфатидов аммония (Е 442) является шоколадное производство. Привлекательность использования именно этих эмульгаторов в производстве шоколада и глазурей заключается в том, что снижение вязкости происходит даже при случайной передозировке фосфатидов выше 1%. Конденсированные полиоксиэтиленовые цепи придают сложным эфирам моноангидросорбита с жирными кислотами (эфиры полиоксиэтиленсорбитана — Е 432...Е 436) высокую термостойкость, высокую устойчивость к гидролизу, во-дорастворимость (при высоком содержании полиоксиэтиле-нов), гидрофильный характер, хорошую смачиваемость, не зависящее от рН действие, высокую активность на границе раздела фаз, диспергирующее действие. Таким образом, полисорбаты являются сильными эмульгаторами систем масло/вода, мало зависящими от свойств диспергируемых фаз. Полисорбаты используются в количестве нескольких граммов на килограмм. Основные области их использования: создание тонких дисперсий эфирных масел и жирорастворимых ароматизаторов в водных «псевдорастворах»; производство маргаринов, жиров для выпечки и жарения, мороженого, сливок для кофе, кексов и т.п. Они создают эмульсии и повышают устойчивость эмульсионных продуктов. В кислых пищевых продуктах полисорбаты выполняют роль пенообразователей и стабилизаторов пены, в жирах для жарки — антивспенивателей. Они регулируют структуру кристаллов жира в маргаринах, жирах для выпечки и т.п. Ацетожирами (Е 47 2 а) являются ди- и триглицериды натуральных жирных кислот с чётным число атомов углерода от С2 до С18, т.е. с очень разной длиной цепи. Поскольку они содержат только насыщенные жирные кислоты, они устойчивы к кислороду и свету, а также к осмолению и прогорканию, но легко отщепляют уксусную кислоту. Они едва ли обладают эмульгирующим действием, но могут влиять на кристаллическую структуру и пластичность жиров, выполнять роль смазки, разделяющего агента, образовывать твёрдые, крепко держащиеся и устойчивые к разрушению покрытия или плёнки. Молочнокислые глицериды (Е 472) являются прекрасными эмульгаторами при взбивании трёхфазных систем и облегчают вспенивание (насыщение воздухом/взбивание) теста, маргаринов для выпечки, мороженого, десертов без предварительной обработки. Но их применение ограничивается пенными продуктами с коротким временем жизни. Из-за склонности к гидролизу они могут использоваться только в порошкообразных продуктах. Глицериды лимонной кислоты (Е 472с) применяются в качестве эмульгаторов (обычно в смеси с моноглицеридами) и синергистов антиоксидантов (обычно в смеси с токоферолами) в сосисках и варёных колбасах для предотвращения отделения жира, добавляются в процессе приготовления фарша (обычно вместе с фосфатами в количестве 0,3..Д5%). В смесях для мороженого, десертов, сухих сливках для кофе и соусах в том же количестве они стабилизируют порошок, облегчают его использование и улучшают взбитость и стабильность готового продукта. Глицериды лимонной кислоты кондитерских делают изделий, возможным улучшают одноэтапное взбитость и приготовление снижают опасность плесневения, в препаратах сухих дрожжей продлевают жизнеспособность дрожжевых клеток, в ароматизаторах используются для защиты от изменения вкуса. Эмульгаторы, обозначаемые как Е 472е и Е 472f (ДВК-эфиры, DATEM), невозможно различить ни при анализе, ни при использовании. Они представляют собой смесь сложных эфиров глицерина с молекулами жирных, винной и уксусной кислот, причём винная кислота может быть этерифицирована ещё двумя молекулами глицерида. ДВК-эфиры обладают высокой степенью сродства к пшеничной клейковине и укрепляют в тесте из пшеничной муки мембраны липопротеидов, поэтому используются практически только в хлебопечении при переработке муки со слабой, средней и короткорвущейся клейковиной. Рекомендуется применять ДВК-эфиры, в основном, для приготовления хлеба, в рецептуру которого входит не более 5% сахара и жира (к массе муки). ДВКэфиры добавляют в тесто, предварительно растворив в жире или смешав с порошкообразными компонентами. Дозировка составляет от 0,3 до 0,4% от массы муки, или от 0,2 до 0,3% от массы выпечки. Все эфиры быстро разлагаются при термической обратке и в готовом (испечённом) изделии практически отсутствуют. Эфиры сахарозы и жирных кислот (Е 473) и сахароглицериды (Е 474) состоят из обычных пищевых продуктов — сахара и жира или жирных кислот — и были бы идеальными пищевыми эмульгаторами, если бы не два недостатка. Во-первых, их производство очень сложное, необходима дорогостоящая очистка от побочных продуктов, катализаторов и растворителей, что сильно удорожает продукт. Во-вторых, эфиры сахарозы очень трудно растворимы, их переработка требует использования растворителей. Эфиры сахарозы и жирных кислот, а также содержащие их сахароглицериды можно применять в различных областях в качестве соэмульгаторов для стабилизации активной формы моноглицеридов. Эфиры сахарозы и сахароглицериды используются в качестве компонента воскожировых составов для покрытий, например, покрытий свежих фруктов. Сложные эфиры жирных кислот и сорбита (Е 491 ...Е 496) не создают таких проблем при растворении и производстве, как сложные эфиры сахарозы и жирных кислот. Эфиры сорбитана с 1...3 жирными кислотами имеют достаточную раст-воримость/диспергируемость в пищевых системах. СПЭНы с 2...3 жирными кислотами действуют как эмульгаторы в системах вода/масло; моноэфиры, напротив, стабилизируют эмульсии «масло/вода», причём в обоих случаях возможна инверсия фаз. Устойчивость СПЭНов к гидролизу достаточна для пищевых систем. Термостабильность также хорошая. Основные области использования: печенье, кексы, взбитые сливки, мороженое и другие взбитые продукты, дисперсии ароматизаторов, пряные соусы, низкожирные майонезы, маринады, маргарины, жиры для выпечки, шоколад и глазури. Раздельная полимеризация жирных кислот и глицерина с последующей этерификацией ведёт к образованию неионогенных, относительно высокомолекулярных эмульгаторов Е 476 — эфиров полиглицерина и взаимоэтерифицированных рициноловых кислот (PGPR). Они поразительно сильно влияют на поверхностное напряжение в системе масло/вода и масло/жировой кристалл. Для этих эмульгаторов (Е 476) есть две различных области применения: - в качестве эмульгатора и разделителя в разделяющих эмульсиях, спреях и восках (для смазывания пекарских форм, противней, а также формующих и штампующих машин для кондитерских изделий); - для снижения вязкости темперируемых шоколадных масс при размалывании, вальцевании и коншировании, а также для лучшего формования. PGPR также хорошо подходит для получения тонких, но плотных и прочных шоколадных глазурей (покрытий). Для ощутимого снижения вязкости шоколадных масс, необходимого при производстве глазурей, концентрация должна составлять 0,3...0,5%. При потреблении шоколада с таким высоким содержанием Е 476 его предельно допустимая дневная доза достигается уже при употреблении одной плитки весом 100 г, что недопустимо. При употреблении же тонких шоколадных глазурей на выпечке, в кондитерских изделиях и мороженом опасность превышения ДСП отсутствует даже при такой высокой концентрации. Сложные эфиры пропиленгликоля и жирных кислот (Е 477) имеют величины ГЛБ ниже, чем у моноглицеридов, однако кристаллизуются всегда в а-форме и переводят жиры и другие эмульгаторы, в особенности моноглицериды, в активную и легко гидратируемую а-форму. Поэтому они чаще всего используются в качестве соэмульгаторов, повышая взбитость пен, мороженого, десертов и стабилизируя другие препараты эмульгаторов. Термически окисленное соевое масло (Е 479) применяют в разделительных восках и эмульсиях. Поскольку оно содержит оксистеарины, то может использоваться также в качестве антивспенивателя. Свободная стеароилмолочная кислота трудно поддаётся механической обработке из-за большого температурного интервала плавления. Лактилаты (Е 481...Е 482), наоборот, хорошо измельчаются до стабильных порошков. Из-за малой термостойкости и неустойчивости в отношении гидролиза лактилаты используются преимущественно в сухих добавках, от которых требуется кратковременная эмульгирующая способность: в улучшителях хлеба, хлебобулочных изделий и сладкого теста. В сухих смесях для мороженого и десертов лактилаты улучшают смачиваемость порошка, а в готовом продукте — взбитость и стабильность пены. Часто у них наблюдается синергизм с функциональными белками. Токсикологическая безопасность и хранение Эмульгаторы в большинстве являются синтетическими веществами, нестойкими к гидролизу. В организме человека они расщеплятся на природные, легко усваиваемые компоненты: глицерин, жирные кислоты, сахарозу, органические кислоты (винную, лимонную, молочную, уксусную). Лецитины являются важной составной частью клеточных мембран, а также клеточным транспортом жиров, холестерина и фосфатированных соединений. Поэтому лецитины в настоящее время используются в рецептурах функциональных продуктов питания как одна из важнейших групп нутри-цевтиков. Токсикологическими исследованиями Комитета по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ установлено допустимое суточное поступление эмульгаторов в организм человека. Срок годности эмульгаторов, в зависимости от товарной формы, составляет от нескольких месяцев до двух лет. Эмульгаторы должны храниться в сухом месте и быть защищены от прямых солнечных лучей и длительного воздействия тепла. Емкости, в которых хранят добавку, обязательно следует плотно закрывать после отбора каждой порции. Лецитин (Е 322} входит в группу фосфолипидов, содержащихся в растительных маслах. Лецитины получают в основном из подсолнечного, соевого, рапсового масел и применяют в пищевой промышленности преимущественно как эмульгаторы. Жирные кислоты и их соли (Е 481— Е 482) применяют в пищевой промышленности в качестве эмульгаторов. Это олеиновая, стеариновая, пальмитиновая кислоты и их натриевые, калиевые, кальциевые соли. Их добавляют при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий в концентрации до 5 г на 1 кг массы продуктов. Применение моно- и диацилглицеролов жирных кислот (Е 471) в шоколадном производстве позволяет экономить масло какао, в маргариновом — получать низкожирные маргарины с содержанием жировой фазы 40 — 50 %. В производстве маргарина применяют эмульгатор Т-8 — смесь эмульгатора Т-1 и фосфолипидных концентратов. Эмульгатор Т-1 — это смесь моно- и диацилглицеролов жирных кислот, которые получают гидролизом ацилглицеролов или этерификацией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами. Применение такой пищевой добавки в количестве до 0,18 % массы муки в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствения, а в производстве маргарина повышает пластичные свойства при содержании эмульгатора Т-1 не более 2000 мг/кг. Эмульгатор Т-1 получают путем этерификации предельных жирных кислот с 16 и 18 атомами углерода и используют в производстве маргаринов как пластификатор и антиразбрызгиватель, а также в хлебопечении для улучшения качества хлеба. Токсикологические свойства эмульгаторов Т-1 и Т-2 хорошо изучены. Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установил допустимое суточное потребление этих соединений, равное 125 мг на 1 кг массы тела. Алифатические спирты жирного ряда, получаемые в результате гидрирования соответствующих естественными компонентами жирных жиров. В кислот, отчасти большинстве являются случаев это стеариловые и олеиловые спирты. Они применяются непосредственно или в виде сложных эфиров уксусной, молочной, фумаровой, яблочной, лимонной и других кислот в качестве стабилизаторов при изготовлении печенья. К таким пищевым добавкам относятся, например, ацилированный моноацилглицерол (Е 4721), малат-эфир (Е 472с), стеароилмолочная кислота (Е 4811), стеароиллактилат натрия (Е 48111), олеиллактилат кальция (Е 48211) и др. Области применения добавок этой группы различны. Ацилированный моноацилглицерол (эфир моноглицерола и уксусной кислоты) и малатэфир (эфир моноглицерида и яблочной кислоты) используются в хлебопечении, сахарной промышленности и при производстве мороженого. Стеароилмолочная кислота (производное молочной кислоты с высшими жирными кислотами) и ее натриевая соль (стеароиллактилат натрия) используются в качестве поверхностно-активного вещества для маргаринов и дру-гюутродуктов. Применение этих пищевых добавок разрешено без ограничения. Сложные эфиры жирных кислот сахара и сорбита также входят в класс эмульгаторов. Этерификация Сахаров (сахарозы, глюкозы) и сорбитов (сорбитангидрида) жирными кислотами дает группу эмульгаторов с широким диапазоном поверхностно-активных свойств. Их можно комбинировать с полиоксиэтиленами (поли- этиленгликолиевые эфиры), в результате чего получают эмульгаторы с измененными эмульгирующими свойствами. Наиболее известные из них так называемые СПЭНы и Теины. СПЭНы — это сложные эфиры жирных кислот с сорбитами, а Твины — СПЭН-эмульгаторы с гидроксильными группами, полностью или частично замещенными группами О—(СН2—СН2—О)„—Н, т. е. представляют собой продукты полиоксиэтиленов со СПЭНами. Эфиры сахарозы и жирных кислот (Е 473) применяются в производстве кондитерских изделий, мороженого и хлебопечении. Сорбитанмоностеарат, или СПЭН 60 (Е 491), сорбитантристеарат (Е 492), сорбитанмонолаурат, или СПЭН 20 (Е 493), сорбитан-моноолеат, или СПЭН 80 (Е 494), сорбитантриолеат, или СПЭН 85 (Е496), Теин 20, Теин 40, Теин 60, Теин 80 (Е 432— Е 435) применяют при изготовлении жировых эмульсий, шоколада, печенья, кондитерских изделий, мороженого из сухого молока, яичного и какао-порошков, а также для улучшения растворимости кофе. Сложные эфиры сахара, сорбита и жирных кислот не представляют опасности в токсикологическом отношении, но они не должны содержать растворителей. Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам для сложных эфиров сорбита и жирных кислот, а также для сложных эфиров полиоксиэтиленсорбатов и жирных кислот установил допустимое суточное потребление, составляющее 0—25 мг, для сложных эфиров сахарозы и жирных кислот — 2,5 мг на 1 кг массы тела. При этом допустимое содержание диметилформамида как остатка растворителя ограничивается 50 мг на 1 кг вещества. Добавка сложных эфиров сахарозы, сорбита и жирных кислот в пищевые жиры ограничена количеством до 20 г на 1 кг продукта, а сложных эфиров сахарозы в маргарине — 10 г/кг. В России применение пищевых добавок Е 491 —Е 496 запрещено. Эфиры сахарозы и жирных кислот разрешены в России и странах Европейского Сообщества, за исключением Германии. Экстракт мыльного корня — это классический стабилизатор пены. Однако в мыльном корне содержатся сапонины, обладающие токсическими свойствами. В связи с этим в нашей стране его использование в пищевой промышленности, в частности в кондитерской и при производстве безалкогольных напитков, не разрешается. Исключением является только производство халвы: этот экстракт при обработке измельченных масличных семян и карамельной массы допускается использовать. Фосфаты (Е 450) наиболее широко применяют в качестве стабилизаторов влагоудерживающей способности колбасного фарша, мяса рыбы и беспозвоночных. В производстве пищевых продуктов используют как нейтральные, так и кислые монофосфаты, дифосфаты, трифосфаты и высшие полифосфаты, степень конденсации которых находится в пределах 4—4600. Эмульгирующие соли 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. Эффект достигается путем снижения межфазного поверхностного натяжения. К этому функциональному классу относятся солиплавители и комплексообразователи, применение которых, например при изготовлении плавленых сыров, позволяет предупредить отделение жира благодаря взаимодействию молекул эмульгирующей соли с белками сырной массы. По химической природе добавки этого функционального класса, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов, представляют собой преимущественно соли фосфорных кислот с щелочными и щелочноземельными металлами, а также соли этих металлов с отдельными органическими кислотами. Контрольные вопросы: 1. Какова способность и свойства поверхностно-активных веществ применительно к пищевым добавкам? 2. Что собой представляют эмульгаторы, обозначаемые как Е 472е и Е 472f (ДВК-эфиры, DATEM)? 3. Какова токсилогическая безопасность и хранение эмульгаторов? 4. В чем заключается технологическая функция эмульгирующих солей?
