Альгинаты, агар-агар и их место в пищевой промышленности

Сырье, используемое в производстве кондитерских изделий, можно разделить на основное и дополнительное. Основное сырье формирует определенную структуру кондитерских изделий с необходимыми механическими и реологическими свойствами. Основным сырьем являются сахар, патока, какао-бобы, орехи, фруктово-ягодные полуфабрикаты, пшеничная мука, крахмал, жиры, на долю которых приходится 90% всего применяемого сырья.
      Дополнительное сырье, не изменяя своих реологических свойств, придает кондитерским изделиям пикантность, эстетичный внешний вид, улучшает структуру, удлиняет сроки хранения. К дополнительному сырью относятся студнеобразователи, пищевые кислоты и красители, ароматизаторы, эмульгаторы, пенообразователи, влагоудерживающие добавки и др.
     Загустители и гелеобразователи — это вещества, используемые в малых количествах, увеличивают вязкость пищевых продуктов, создают желеобразную структуру мармеладных изделий и конфет с желейными корпусами, а также стабилизируют пенную структуру пастильных изделий, сбивных корпусов конфет. Четкое разделение между загустителями и гелеобразователями не всегда возможно, так как есть вещества, обладающие в разной степени как свойствами загустителей, так и свойствами гелеобразователей. Некоторые загустители при определенных условиях могут образовывать прочные гели.
      К загустителям относят: модифицированный крахмал, карбоксиметилцеллюлозу Е466, камедь рожкового дерева Е410, гуаровую камедь Е412, ксантановую камедь Е415, аравийскую камедь Е414. Эти продукты являются веществами с очень высокой степенью связывания воды, гидроколлоидами с сильным загущающим действием и различным уровнем стабилизирующей активности. Желирующие вещества: агар-агар Е406, животный желатин, каррагинан Е407, пектин Е440, альгинат натрия Е401. Эти вещества также являются гидроколлоидами с длинной цепью полимера, обладают высокой желирующей активностью, превышающей их загущающую активность, а также имеют различный уровень стабилизирующей активности.
      Большинство загустителей и гелеобразователей относятся к полисахаридам. Исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу.
      Классификация полисахаридов со свойствами загустителей и гелеобразователей в зависимости от источника выделения представлена на рис. 1.
      Пектины Е 440 представляют собой группу высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и межклеточных образований совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином. Пектины — пищевые растительные волокна, которые сорбируют и выводят из организма токсичные продукты обмена, радионуклиды, тяжелые металлы, шлаки; нормализуют работу желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы; снижают уровень глюкозы в крови.
      Наибольшее количество пектина содержится в плодах и корнеплодах. В пищевой промышленности пектин получают из яблочных выжимок, из свекловичного жома и корзинок подсолнечника. Цитрусовые пектины вырабатывают из выжимок цитрусовых плодов: апельсинов, лимонов и т. п.
      К пектиновым веществам относят: пектовые кислоты — остатки галактуроновой кислоты, связанные a-1,4-гликозидной связью в длинные цепи, они малорастворимы в воде, не обладают студнеобразующей способностью; пектаты — соли пектовой кислоты; пектиновые кислоты — это пектовые кислоты, у которых небольшая часть карбоксильных групп этерифицирована метиловым спиртом; пектинаты — соли пектиновых кислот; протопектин — пектиновые кислоты, у которых значительная часть карбоксильных групп этерифицирована метиловым спиртом. Именно протопектин обладает желирующей способностью.

Гелеобразующая способность пектина зависит от молекулярной массы (20 тыс.–50 тыс.), а также от количества метильных групп, входящих в состав молекулы, и содержания свободных карбоксильных групп и замещения их металлами. В зависимости от степени этерификации карбоксильных групп различают низкоэтерифицированные и высокоэтерифицированные пектины, полученные из исходного сырья либо кислотной или щелочной экстракцией, либо путем ферментативного расщепления. Лучшие пектины получают из кожуры цитрусовых и яблок, а пектины из свекловичного жома отличаются более низким качеством.
      Высокоэтерифицированный (высокометоксилированный) пектин применяется в кондитерской промышленности главным образом для приготовления фруктовых изделий (мармелада, пастилы, желе, джемов), ароматизированных составными частями естественных фруктов или синтетическими ароматизаторами. Пектин с высоким содержанием метоксильных групп является хорошим стабилизатором для пенообразных кондитерских изделий: пастилы, зефира, сбивных конфетных масс.
      Высокоэтерифицированные пектины применяют в качестве студнеобразующего вещества в производстве фруктовых соков, мороженого, рыбных консервов и майонеза.
      Низкоэтерифицированные пектины применяют при изготовлении овощных и фруктовых желе, паштетов и студней. Этот вид пектина, не требующий добавления кислоты для студнеобразования, применяется для получения желейных изделий и начинок (например, желейных изделий с мятным или коричным вкусом), в которых неприемлем низкий диапазон рН, необходимый для студнеобразования высокометоксилированного пектина. Низкоэтерифицированный (низкометоксилированный) пектин при низких концентрациях может придавать кондитерским начинкам тиксотропную текстуру. При повышенных концентрациях можно получать холодное студнеобразование, если происходит диффузия ионов кальция в начинку.
      Для производства желейных кондитерских изделий различного ассортимента расход пектина колеблется от 8 кг для цитрусового до 26 кг для свекловичного пектина на 1 т готовой продукции.
      По сравнению с другими желирующими агентами, обычно используемыми для приготовления кондитерских изделий, пектин требует, чтобы строго соблюдались рецептурные и производственные параметры. С другой стороны, пектин дает такие преимущества, как очень хорошую текстуру и вкусовые ощущения во рту; кроме того, пектин из-за относительно быстрого и регулируемого студнеобразования выгодно использовать в современном непрерывном технологическом процессе.
      На рынке сырья для кондитерской промышленности широко представлены различные виды пектина иностранных фирм-производителей. Около 80% зарубежного пектина составляет пектин из крупноплодных цитрусовых. Основным производителем пектина из цитрусовых является американская фирма Gercules Inc. , имеющая около 150 дочерних предприятий в разных странах мира. Крупнейшее предприятие Kopenhagen pectin fabric (Дания) вырабатывает около 20 типов пектинов с торговой маркой «GENU» для различных областей пищевой промышленности. Яблочный пектин производится в основном в Англии, Франции, Австрии, Швейцарии, Германии, Мексике, Италии. Крупнейшими фирмами по выработке пектина из сушеных яблочных выжимок являются Grill & Grossman, Grinstedt, Herbsrtreit & Fox KG, Cesalpina.
      Желатин (от лат. gelatus — замерзший, застывший) — белковый продукт, представляющий собой смесь линейных полипептидов с различной молекулярной массой животного происхождения. Желатин изготовляют из костей, сухожилий, хрящей и прочего путем длительного кипячения с водой. При этом коллаген, входящий в состав соединительной ткани, переходит в глютин. Полученный раствор выпаривают, осветляют и охлаждают до превращения в желе, которое разрезают на куски и высушивают. Выпускают листовой желатин и измельченный.
      Готовый сухой желатин — без вкуса, запаха, прозрачный, почти бесцветный или слегка желтый. В холодной воде и разбавленных кислотах сильно набухает, но не растворяется. Набухший желатин при нагревании растворяется, образуя клейкий раствор, который застывает в студень.
      Желатин широко используется при изготовлении желе, зельца, мороженого, для производства желе, мармелада и других кондитерских изделий, а также в кулинарии. Кроме того, он применяется в технологиях приготовления пива и вина для их осветления. Обычные дозировки желатина составляют 0,5–8% от массы продукта. В пищевом производстве применяются различные марки желатинов, что обусловлено видом продукта и технологическими особенностями его производства.
      Модифицированный крахмал. Процесс желирования крахмала достаточно продолжительный, и он используется для изготовления желейных корпусов конфет. Модифицированный крахмал применяется на мелких предприятиях, так как требует для образования студня большого количества воды (10–12-кратного), которую затем необходимо удалить. В НИИ кондитерской промышленности разработано производство модифицированного горохового крахмала. Конфеты, сделанные с использованием горохового сырья, нисколько не отличаются от традиционных по рецептуре (выработанных с использованием агара) ни по вкусу, ни по цвету, ни по запаху. При этом цена российского материала в 20 раз ниже заграничного.
      Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), или натриевая соль КМЦ, используется как стабилизатор консистенции. Чистый продукт представляет собой белые или кремовые волокнистые гранулы или порошок, которые гигроскопичны, не имеют запаха, устойчивы, растворимы в воде и нерастворимы в кислоте, метиловом спирте, этаноле, бензоле, хлороформе и других органических растворителях. КМЦ не подвержена воздействию животных или растительных масел яркого света.
      Карбоксиметилцеллюлоза используется лишь в нескольких отраслях пищевой промышленности. Она применяется при производстве мороженого, кондитерских изделий (желе, мусс, мармелад, джемы, фруктово-ягодные начинки, крем, паста, выпечка, макаронные изделия), соусов и мясных продуктов, входит в состав средств для капсулирования и таблетирования.
      Преимущества КМЦ перед другими стабилизаторами — это ее эффективность при незначительных концентрациях, способность значительно улучшить консистенцию, существенно снизить влияние термических перепадов, полная совместимость со всеми компонентами продуктов, в том числе и с другими гидроколлоидами.
      КМЦ имеет следующие характеристики:
      легко растворяется в воде, способствует загустению всех водных растворов;
      вязкость не изменяется в течение длительного времени;
      удерживает воду;
      обладает устойчивыми стабилизирующими и связывающими свойствами;
      проявляет эффект синергизма с биополимерами белковой природы (казеин, соевый протеин);
      образует прозрачную и прочную пленку;
      не растворяется в органических растворителях, маслах и жирах; не имеет запаха и вкуса, физиологически безвредна и признана безопасной пищевой добавкой.
      Отечественной фирмой «Гиорд» производятся различные пищевые добавки с использованием КМЦ: «Бланоза», «Аквасорб А-500», «Стабилан СМ» — натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Е 466).
      Повышенной влагоудерживающей способностью обладает «Аквасорб»: одна его часть способна связать 100 частей воды. Эти добавки находят свое применение не только в составе тестовых заготовок, они также эффективно могут использоваться для загущения и термоустойчивости фруктовых начинок, для предотвращения засахаривания шоколадной глазури, для стабилизации меренг и зефира.
      Использование «Стабилана» позволяет:
      получить продукт с густой консистенцией, в том числе не содержащий сахара или с пониженным содержанием сахара;
      сохранить структуру и внешний вид готового продукта при хранении;
      избежать отделения влаги.
      Экстракты из водорослей. В красных водорослях главными углеводами являются полисахариды, аналогичные по строению амилопектину. Группа ученых из Норвегии, США и России предложила новую номенклатуру для полисахаридов различных красных морских водорослей. Полисахариды, содержащие остатки только D-галактозы, стали называть каррагинанами, а те, в которых есть и L-галактоза, — агаранами. Если один из остатков галактозы замещен в полисахаридах на остаток 3,6-ангидрогалактозы, то названия заменяются на «каррагиноза» и «агароза» соответственно. К агарозам относятся агар-агар и агароид.
      Агар-агар получают из наиболее дорогих морских водорослей (анфельция, геллидиум, грациллярия, эухеум). Еще в начале 1990-х гг. в России было свернуто производство студнеобразователя агар-агара, который в настоящее время практически полностью закупается за рубежом.
      Основными производителями агар-агара являются следующие фирмы: Volf & Olsen, Algas Marinas S. A., B & V, Setexam, Instrimpex consfit import & export company и др. Основные поставки агар-агара осуществляются из таких стран, как Германия, Чили, Испания, Италия, Марокко, Китай и др.
      Агар — самый сильный желирующий агент. Способность агара образовывать студни уменьшается при его нагревании в присутствии кислот. Водный раствор агара образует студни при охлаждении до 45 оС. Температура плавления водного студня — 80–90 оС. Агар используют в кондитерской промышленности при производстве мармелада, желе, при получении мясных и рыбных студней, при изготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристалликов льда, а также при осветлении соков. Студни, приготовленные на основе агар-агара в отличие от всех других студнеобразователей характеризуются стекловидным изломом.
      Применение агара в пищевой промышленности не лимитировано, а его количество, добавляемое в пищевые продукты, обусловлено рецептурами и стандартами на эти продукты.
      Ориентировочная дозировка в кондитерских изделиях составляет 1–1,2% к массе готового продукта. В зависимости от содержания основного вещества желирующая способность агара, или прочность геля (концентрация 1,5%), может изменяться от 500 до 930 г/см при 20 оС по Никону. Желирующая способность определяет тип агара: 600, 700, 800, 900.
      Агароид (черноморский агар) получают из водорослей филлофлоры, растущих в Черном море. Как и агар, агароид в холодной воде плохо растворим, в горячей образует коллоидный раствор, при охлаждении которого образуется студень затяжистой консистенции. Студнеобразующая способность агароида в 2–3 раза ниже, чем у агара.
      Студни, полученные с применением агароида, имеют затяжистую консистенцию и не имеют стекловидного излома, характерного для агара. Температура застудневания у студней на агароиде значительно выше, чем у студня, приготовленного с применением агара. Также агароид образует студни с более слабой водоудерживающей способностью, поэтому он имеет пониженную стойкость к высыханию и засахариванию. В пищевой промышленности агароид находит аналогичное агару применение.
      Каррагинаны получают водной экстракцией из нескольких видов красных морских водорослей. Широкое применение каррагинанов в пищевой промышленности обусловлено их уникальными стабилизирующими и уплотняющими свойствами, они способствуют улучшению структуры продукта, увеличивают выход готового продукта, придают эластичность и упругость, устойчивость к синерезису. Эти свойства каррагинанов позволяют применять их в производстве вареных колбас, сосисок и сарделек, ветчинных колбас, цельномышечных продуктов из свинины и говядины. В зависимости от вида сырья, рецептуры вырабатываемого продукта, соотношения мышечной, жировой и соединительной ткани, уровня использования немясных ингредиентов дозировка каррагинанов в мясных продуктах может составлять 0,2–2 кг на 100 кг несоленого сырья.
      Каррагинаны широко используются в качестве вяжущего компонента при приготовлении пудингов и фруктовых йогуртов, диетических маргаринов и сливочного мороженого. Каррагинанами осветляют пиво и пропитывают ткани; его добавляют в самые разные изделия: в корм для кошек и собак, в облатки пилюль, в туалетное мыло и шампунь. Каррагинаны превращают жидкости в кремы или прозрачные желе, придают шоколадным напиткам тягучий вкус. Кроме того, благодаря каррагинанам мы не видим на замороженных продуктах кристалликов льда. В США и странах Юго-Восточной Азии это вещество добавляют даже в шницели и бифштексы, чтобы кусок мяса казался пышным, воздушным. Присутствие каррагинанов в продуктах питания показывает маркировка «E407», встречающаяся на упаковке.
      Вид водоросли влияет на тип и свойства получаемого каррагинана, которые зависят от содержания полисахаридов.
      Каррагинан, полученный из красной водоросли Eucheuma cottonii, предназначен для использования в качестве желирующего вещества в жидких желейных десертах. Данный вид каррагинана дает чистый коллоидный раствор, формирует прозрачный гель и может образовывать упругий гель с камедью рожкового дерева.
      Используется также в мясоперерабатывающей промышленности, увеличивает выход готовых мясных продуктов.
      Каррагинан получают также из ирландского мха (хондрус) — Chуndrus crispus (L.), произрастающего на северо-западном побережье Ирландии и американского штата Массачусетс. В Ирландии заготовку водорослей проводят осенью, а в Америке — летом. По химическому составу хондрус близок к агару и содержит 55–80% полисахаридов-каррагинанов. Основными являются a-, b- и g-каррагинаны, отличающиеся по количеству 3,6-ангидро-D-галактозы. Кроме того, ирландский мох, или хондрус, содержит около 10% белка, богат солями галогенов (йода, брома, хлора), карбонатом кальция. Особенностью ирландского мха в отличие от агара является высокое содержание серы.
      Из балтийской водоросли фурцеллярии получают каррагинан под названием фурцелларан. Структурная формула фурцелларана аналогична формуле каррагинанов. Хотя фурцелларан содержит меньше серы, ему характерны все свойства, присущие каррагинану. Прочность студня фурцелларана меньше, чем у агара, но больше, чем у агароида.
      Производство каррагинанов как важного сырья для медицинской, пищевой и некоторых других отраслей промышленности развито в основном в США, Франции, Канаде, Англии, Швеции, Норвегии, Ирландии, Португалии, Филиппинах и некоторых других странах. Мировое потребление каррагинанов составляет более 14 000 т в год и увеличивается на 1–3% ежегодно.
      Производство агароида в бывшем СССР было налажено в прибалтийских странах и на Украине. Добывали его из красных водорослей фурцеллярии и филлофоры. В связи с почти полным отчуждением от России Балтийского и Черноморского бассейнов страна лишилась этих источников сырья. Одним из крупных поставщиков фурцелларана в Российскую Федерацию является эстонская фирма Est-Agar. На Дальнем Востоке и Белом море налажена переработка анфельции и получение из нее агар-агара. Для этих же целей в Южном Приморье используется грацилярия, введенная в марикультуру. В течение ряда лет предпринимаются попытки наладить выпуск каррагинанов из хондруса шиповатого, но его производство фактически отсутствует.
      Агар-агар, каррагинаны и пектины являются схожими по назначению пищевыми добавками, но ограниченно взаимозаменяемыми. Из-за более низкой желирующей способности каррагинанов и пектинов для получения кондитерского изделия с заранее заданными свойствами их требуется в несколько раз больше, чем агар-агара.
      Альгинаты. Среди всех получаемых полисахаридов из морских водорослей самая большая доля приходится на альгинаты — натриевые, калиевые, кальциевые соли альгиновой кислоты, экстрагируемые из бурых водорослей. Высокая потребность в альгинатах объясняется тем, что они находят самое широкое применение в целом ряде производств и отраслей промышленности. Альгинаты представляют собой полисахарид, состоящий из остатков D-маннуроновых и L-гулуроновой кислот. Альгинаты были изучены на людях. В результате исследований не было выявлено негативного влияния альгинатов на усвоение кальция из рациона питания. По данным экспертов ФАО/ВОЗ, допу-стимая суточная доза потребления альгинатов составляет до 50 мг на 1 кг веса тела человека, а это существенно выше той дозы, которая может поступить в организм с пищевыми продуктами.
      Основным свойством альгинатов является способность образовывать особо прочные коллоидные растворы, отличающиеся кислотоустойчивостью. Растворы альгинатов безвкусны, почти без цвета и запаха. Они не коагулируют при нагревании и сохраняют свои свойства при охлаждении, при замораживании и последующей дефростации. Поэтому наиболее широко альгинаты применяются в пищевой промышленности в качестве студнеобразующих, желирующих, эмульгирующих, стабилизирующих и влагоудерживающих компонентов.
      Добавление 0,1–0,2% альгината натрия в соусы, майонезы, кремы улучшает их взбиваемость, однородность, устойчивость при хранении и предохраняет эти продукты от расслаивания. Введение 0,1–0,15% альгината натрия в варенье и джемы предохраняет их от засахаривания. Альгинаты вводятся в состав мармеладов, желе, разнообразных заливных блюд. Их добавление в состав различных напитков предупреждает выпадение осадка. Альгинат натрия может использоваться также в качестве замутнителя при производстве безалкогольных напитков. Сухой порошкообразный альгинат натрия используют для ускорения растворения сухих порошкообразных и брикетированных пищевых продуктов (растворимые кофе и чай, порошкообразное молоко, кисели и т. д.). Альгинаты применяются для приготовления формованных продуктов — аналогов рыбного филе, фруктов и т. д., широко используются для приготовления гранулированных капсул, содержащих текучие пищевые продукты. Водные растворы солей альгиновой кислоты используют для замораживания филе мяса, рыбы и морских беспозвоночных животных. За послед-ние десятилетия особенно быстро росло потребление альгината для приготовления сливочного мороженого, которому он придает нежную консистенцию и значительно увеличивает стабильность при хранении.
      Кроме пищевой промышленности альгинаты широко применяются в медицине, текстильной, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей и других отраслях промышленности. В фармацевтической промышленности альгиновую кислоту и ее соли применяют в качестве склеивающего и разрыхляющего вещества при производстве таблеток, драже, пилюль. Благодаря способности альгинатов поглощать 200–300-кратное количество воды с образованием лишенных вкуса, цвета и запаха вязких стабильных гелей, их применяют в качестве компонентных основ для различных мазей и паст. Альгиновые гели используют также как носители антибиотиков и других лекарственных препаратов.
      Одним из наиболее ценных и перспективных свойств растворимых альгинатов является их способность задерживать всасывание радиоактивного стронция в кишечнике человека, предотвращая таким образом накопление этого радионуклеида в организме. Они препятствуют также накоплению солей тяжелых металлов. На основе альгината создан перевязочный материал — альгипор, который наряду с влагопоглощающими и ранозаживляющими свойствами оказывает четко выраженное антисептическое воздействие. В связи с этим альгипор может применяться при лечении открытых обширных раневых поверхностей, возникающих при ожогах и лучевых поражениях.
      В настоящее время широкое распространение получили некоторые зарубежные и отечественные препараты из водорослей. Они обладают иммуностимулирующими и гепатопротекторными свойствами, снижают уровень холестерина и липидов в крови, способны стимулировать кроветворение, имеют энтеросорбирующий и онкопрофилактический эффект. Наиболее широкую известность получил отечественный препарат Кламин, вырабатываемый из липидной фракции ламинариевых водорослей.
      Широко применяются альгинаты в текстильной и бумажной промышленности. В текстильной промышленности они используются для загущения красок, а также как заменители крахмала при шлихтовании пряжи. К перспективным направлениям использования альгинатов относится их применение при производстве особо прочных и эластичных искусственных волокон и влагонепроницаемых тканей.
      В целлюлозно-бумажной промышленности альгинаты используются для поверхностной обработки картона и специальных сортов бумаги для перфолент, а также бумаги с пленочным покрытием. Альгинаты также используются в производстве ламинированных декоративных пленок для покрытия древесно-стружечных плит.
      В России промышленное производство альгинатов налажено на Архангельском опытно-водорослевом комбинате. До недавнего времени выпуск пищевого альгината составлял около 35 т в год (0,6% существовавшей потребности), а технического — около 150 т в год (около 3% потребности). Это производство основано на переработке сырья Белого и Баренцева морей, запасы которого в настоящее время уже не удовлетворяют потребностям и восполняются частично за счет местной марикультуры и ввоза.