Hydrokoloidy stosowane w technologii żywności

Kolejny z serii artykułów typowo technologicznych. Hydrokoloidy stosowane są w dużej czesci produktów spożywczych, wiec warto cos o nich wiedziec.

Hydrokoloidy - są to substancje żelujące i zagęszczające, stosowane w technologii żywności. Są to biopolimery o dużej masie cząsteczkowej , rozpuszczalne w wodzie lub tworzące w niej zawiesinę. Zwiększają lepkość roztworów lub tworzą żele, często również wykazują właściwości emulgujące i stabilizujące. Stosuje się je w celu zapobiegnięcia retrogradacji , stabilizacji emulsji, lepszego związania wody, ukształtowania odpowiedniej tekstury produktu.

W zależności od pochodzenia można je podzielić na:

1.Naturalne:
- Wydzieliny roślin, np. guma arabska, tragakant, karaya, tara.
- Składnik roślin wyższych w postaci ekstraktu, np. pektyna, lub wyizolowanego składnika, np. skrobia, mączka chleba świętojańskiego,
- Składniki wodorostów, np.agar, alginiany, karagen,
- Produkty pochodzenia zwierzęcego, np. żelatyna,
- Substancje wytwarzane przez drobnoustroje, jak np. dekstran, ksantyn, kurdal.

2.Surowce roślinne modyfikowane metodami chemicznymi i fizycznymi , jak, np. celulozy, pektyna aminowana, skrobie modyfikowane.

3.Syntetyczne otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej, jak. np.
poli- N- winylopirolidon (PVP).

Większość z hydrokoloidów występujących w żywności są polisacharydami, aczkolwiek niektóre białka (żelatyna) wykazują podobne właściwości.

Funkcje pełniące w żywności:

1.Zagęszczającą - zwiększenie lepkości produktu,
2.Żelującą- zmiana struktury z ciekłej w stałą,
3.Stabilizująca- umożliwiają utrzymanie stałej struktury przez dłuższy czas,
Nie wszystkie hydrokoloidy żelują ( mączka chleba świętojańskiego, ksantyn) ale ich mieszaniny tworzą żel.

Zastosowanie hydrokoloidów:

1.Zwiększenie lepkości i nadanie tekstury,
2.Wywołanie uczucia pełności w ustach,
3.Uczucie sytości,
4.Zapobieganie retrogradacji skrobii,
5.Zapobieganie krystalizacji
6.Przedłużenie utrzymanie gazów w napojach,
7.Wiązanie wody,

Przykłady funkcji jakie mogą spełniać hydrokoloidy:










Skrobia modyfikowana - otrzymana w wyniku działania jednego lub więcej czynników chemicznych w wyniku depolimeryzacji skrobi czystej.. należa do niej produkty które nie uległy zbyt dużym zmianom w stosunku do surowca wyjściowego. W Polsce modyfikujemy skrobie ziemniaczana.

Estryfikowana - Najważniejsza zaleta jej jest zmniejszona lub żadna skłonność do retrogradacji. Dodaje się ją do sosów mrożonych.
Estryfikacja to połączenie reszt kwasu fosforowego, dlatego wyróżniamy:

Fosforan-1-skrobiowy - estryfikacja kwasem ortofosforowym lub ortofosoranem potasu lub sodu lub tri polifosforanem sodu. Następuje ona na skutek prażenia skrobi w temp 150C. Zawartość fosforu w tym fosforanie-1-skrobiowym nie przekracza maksymalnie 0,4%. Skrobi ta występuje jako E1410, nie zabezpiecza w pełni przed retrogradacja ale w bardzo dużym stopniu. Tworzy ona układ HELISY.

Fosoran-2-skrobiowy. Estryfikacja trimetylofosforanem sodu. Skrobia występuje w zawiesinie. Jest podgrzewana do 50C Ph zasadowe 9-11. Ilość wprowadzonego fosforu wynosi 0,04%. Następuje znaczne usztywnienie łańcuchów skrobi trwałe oddalenie ich tak że na całej długości nie mogą łączyć się ze sobą. Nie podlega retrogradacji. Występuje E 1411 i E1412.
Hydrolizowana- Hydrolizowana chemicznie: zasadowo, kwasowo lub enzymatycznie.

Hydroliza kwaśna- ogrzewanie skrobi od 40- 50C, 7%HCle i 2& H2SO4 i 7% fosforowego. Aby końcowe stężenie mieszaniny po hydrolizie (w trakcie ph 1-1,5) do ph4,8-7. Skrobia się suszy i następuje skrócenie łańcuchów. Jest łatwiej rozpuszczalna w wodzie na zimno jest łatwiej strawna, tworzy mniej lepkie roztwory. E 1401.

Zasadowa - Sucha skrobia ogrzewa się w temp 40-50C w 1% roztworze KOH lub NaOH a po zakończeniu hydrolizy ph 5-7,5. E1402.

Enzymatyczna - jest najlepsza z pośród skrobi hydrolizowanych ponieważ przez dobór odpowiednich enzymów oraz ich odpowiedniego stężenia możemy regulować stopień hydrolizy skrobi. Przykładem są maltodekstryny, które sie dzieli na: lepko maltodekstryna, ciężko maltodekstryna, średnio maltodekstryna. Wszystkie są rozpuszczalne w wodzie szczególnie lekka, tworzy przezroczyste roztwory.
Najważniejsza cechą skrobi hydrolizowanej jest dobre rozpuszczanie w zimnej wodzie i zmniejszona lepkość roztworu, brak podatności na pseudożelowanie.

Utleniona - Otrzymuje się ją w wyniku obróbki skrobi w wodnej zawiesinie pod chlorynem sodu w temp 40C w ph 9. W tych warunkach następuje ci sieniowa depolimeryzacja skrobi( maksymalna zawartość chloru 5,5%) E1404.


Żelatyna - jest otrzymywana z kolagenu w wyniku jego chemicznej hydrolizy. Im silniejsza jest hydroliza tym większą wydajność żelatyny lecz słabsza żelatyna (o mniejszej masie cząsteczkowej) Dlatego żelatyna w praktyce nie jest jednolita, może zawierać reszty kolagenu. Żelatyna nie rozpuszcza się na zimno ale rozpuszcza się na gorąco, natomiast w zimnej wodzie pęczniej co jest wskazane. Dzięki temu szybciej i łatwiej się rozpuszcza chroni przed degradacja już rozpuszczonej żelatyny (nie jest stabilnym układem) nie wymaga wysokiej temp. Żelatyna ma masę cząsteczkową od 50- 100 tyś. A średnicą kłebka 25nm.
Woda gorąca (od 60- 70C)- rozpuszczenie się, początkowo temp. wynosi 25-29C, chłodzenie (poniżej 30C)- żel.
Woda( powyżej 80C)- termo hydroliza.- oznacza się rozszczepierne się łańcucha pod wpływem temp w obecności wody. Temp dostarcza energie a woda dopełnia końcowe grupy. Rozkładowi również sprzyja kwaśne środowisko (w obecności kwasu octowego), ponieważ żelatyna jest dobrym podłożem dla rozwoju pleśni.
Żel żelatyny jest prawie nierewersyjny (po rozpuszczeniu się na gorąco nie wraca do postaci żelu) w przeciwieństwie do agaru.
Żelatyna (średniej jakości) ogrzewana po rozpuszczeniu przez 6min. W temp. 100% C nigdy nie wytworzy już żelu, gdyż jest za bardzo stermohydrolizowana. Optymalne stężenie żelatyny wynosi 4-6%, aby z roztworu koloidalnego powstał żel. Żelatynę oceniamy na podstawie sprężystości żelu. Żelatyna nie posiada tryptofanu tyrozyny i cysteiny.
Zbyt silne składanie żelatyny nie jest wskazane ponieważ łatwo się ona napowietrza.
UWAGA Żelatyna nie nadaje się do produkcji konserw w galarecie ponieważ nie wytrzymuje sterylizacji.
Kolagen zbudowany z trzech zhelisowanych łancuchów zwanych tropokolagenem. w obrazie w przekroju są zauważalne wypustki- resztki hydroksyproliny, która występuje wyłącznie w kolagenie. Te reszty są odpowiedzialne za zdolność zahaczania się rozpuszczonych łańcuchów żelatyny podczas stygnięcia jej roztworów i zmniejszaniu częstości ruchów Browna. W efekcie końcowym tworzy się polimer o masie cząsteczkowej kilku milionów który dobrze wiąże wodę zarówno przez wiązania chemiczne i pułapkowanie (kapilary). Kolagen w swej naturalnej postaci nie jest rozpuszczalny w wodzie zimnej, gorącej roztworach soli i kwasach.

Karageny

1.Otrzymywanie:
• Z czerwonych wodorostów:
• Chonolrus
• Cucheuma
• Gigartina
• Iridcae

2.Skład chemiczny:
• Galaktoza- 25-35%
• Anhydrogalaktoza- 25-35%
• Siarczany- 25-35%
• Woda- 12%
• Wapń- 3,5%
• Potas- 1,5%
• Sod- 1,5%
• Magnez- 0,1%

3.Masa cząsteczkowa:
100.000 - 500.000 Da
pH roztworu 7-10

Karageny mogą być zarówno dodatkami żelifikującymi jak również tylko zagęszczającymi (zwiększają lepkość). To jakimi są zależy od ulokowania grupy siarczanowej „OSO3". Warunkiem żelowania karagenu jest występowanie gr.siarczanowej przy węglu C4 - galaktozy. Jeżeli grupa siarczanowa występuje przy 4 węglu galaktozy, a także w innych pozycjach np. anhydrogalaktozy, to taki karagen żeluje jeszcze silniej.
Karagen kappa - OSO3 - C4 - żelująca
Karagen Jota - OSO3 - C4 - C2 (anhydro.)
Karagen Lambda - OSO3 - C2- C6 (anhydro.)

Przebieg rozpuszczania karegenu (podgrzewanie):

I faza- przejście z formy kłębuszkowatej (roztwór)
II faza- schłodzenie- następuje zhelisowanie łańcuchów (synereza) (żel 1)
III faza- synereza się pogłębia- tworzy się polimer (żel 2)
Żel powstaje głównie podczas synerezy zhelisowanych łańcuchów i gdyby tylko takie odcinki występowały w karagenie to żel byłby twardy i kruchy. Natomiast żel karacenowy jest silny, ale nie tak łamliwy jak agar, zapewnia elastyczność.
Karageny jako hydrokoloidy są wyjątkowe bo o ile inne hydrokoloidy są przeważnie obojętne oparte na wiązaniach wodorowych (HOH) i dipolowym charakterze wody o tyle karageny posiadają dość liczne grupy SO4, które zapewniają wiązania elektrostatyczne. Ponieważ wiązania te mają charakter ujemny dlatego karageny są hydrokoloidami jonowymi -> anionowymi (ujemny ładunek). To posiadanie ujemnego ładunku umożliwia im łączenie się z innymi dodatnimi grupami (silne - elektrostatycznymi wiązaniami) innych składników żywności np. białek.
Z grupami NH3+ może reagować karagen i jest to największą jego zaleta.
Silne wiązanie elektrostatyczne występujące między grupami ujemnymi karagenu a dodatnimi białka, powodują skuteczna konformację cząsteczki białka i zapobiegają w ten sposób wszelkim jego zmianom pod wpływem różnych czynników technologicznych (np. zamrażania, wysalania, obróbki cieplnej).
Największe znaczenie w przypadku karagenu ma obecność wiązań jonowych.
Pod względem zdrowotnym nie budzą żadnych zastrzeżeń. Ale w żywności dla dzieci nie wskazana jest tak duża dawka siarczanów. Są doskonałymi stabilizatorami wszelkiego rodzaju sosów, gdzie ich dodatek dopuszczony do stosowania może sięgać 20g/kg.
E 407, E 410, E 412, E 415

Alginiany - otrzymywane z wodorostów morskich (glonów- zielenice, brunatnice, krasnorosty).
Kwas alginowy i jego sole metali 2+ i 3+ (Mg2+ wyjątek)- nierozpuszczalne w wodzie
Sole kwasu alginowego K+, Na+, NH4+- rozpuszczalne w wodzie.
Podstawowym źródłem alginianów jest zawarty w wodorostach kw. alginowy (zbudowany z kw. mannuronowego i glukuronowego). Produkcja polega na depolimeryzacji kw. alginowego, w konsekwencji otrzymujemy preparaty handlowe o różnej nazwie handlowej tego samego pochodzenia, różniącej się rozpuszczalnością, lepkością.
Wyższy stopień depolimeryzacji- więcej krótkich łańcuchów.
Żaden z preparatów nie jest jednorodną substancją a jedynie mieszaniną, w której dominuje jakiś fragment kw. alginowego.
Dodatek alginianów do żywności wynosi 0,5- 2%
Alginiany należą do błonnika, są nieprzyswajalne dla ludzkiego organizmu. W przemyśle spożywczym najczęściej używany jest alginian sodu.

Stabilność alginianu sodu:
- jest odporny na wysokie temperatury
- w pH ok.7 wytrzymuje ogrzewanie do 200st.C
- w środowisku kwaśnym pH<5 lub zasadowym pH>9 ulega częściowej depolimeryzacji
- charakteryzuje się dużą zawartością wody w żelach (do 99%)
- bardzo duża zdolność wiązania wody
- preparaty alginianów nadają się zarówno do stabilizowania lepkości i żelowania.

Żel otrzymujemy na dwa sposoby:

1.Przez zakwaszenie - jeżeli stosunek jonów wodorowych do sodowych jest większy niż 1:3 co przypada w pH 3,5 lub niższym to wtedy żelują.
2.Przez dodanie jonów wapnia do roztworu alginianu np. wapnia w postaci chlorku wapnia do glukanianu sodu. Następuje konwersja- zastępowanie, wymiana jonów sodu na jony wapnia w alginianie zależna od stężenia dodanego jonu wapnia.
Konwersja polega na ułożeniu się jonów wapnia, między łańcuchami alginianu i stworzeniu kompleksu zhelisowanych łańcuchów z jonami wapnia.
W wyniku konwersji jonów sodu przez jony wapnia powstają bardzo silne żele, które wykorzystujemy jako powłoki alginowe (otoczki).

Wytwarzanie powłok alginowych służy:

- zmniejszeniu ubytku masy (zatrzymuje wodę)
- zmniejszenie absorpcji tłuszczu
- przedłużenie trwałości.
Typowym przykładem wykorzystania powłok alginowych jest produkcja syntetycznego kawioru.
Do wytwarzania powłok najlepsze są alginiany sodu o średnim stopniu depolimeryzacji.
Do powłok wytwarzanych metodą kwasową stosuje się alginiany nisko depolimeryzowane.
Alginian bardzo dobrze znosi mrożenie, nie ulega synerezie.

Guma guarowa - jest otrzymywana z nasion guary (strączkowe - podobne do grochu, Indie , Pakistan, południe USA-uprawa). Nasiona guary składają się z włóknistej łuski (zarodka bogatego w białko i endospermy bogatej w gumę). Zawartośc czystej gumy guarowej jest b. wysoka ok. 80%. W zależności od stopnia oczyszczenia może być proszkiem o białej lub lekko żółtawej barwie. Charakteryzuje się bardzo dużą trwałością (może być składowana przez kilka lat). Nie traci na zdolnościach zagęszczających. W nasionach guary białko stanowi 3-4%, a substancje nierozpuszczalne gł.celuloza 1,5-2%, zw.mineralne 0,4-0,5, woda10-12%, reszta 80-85% - czysty galaktomannan.
Guma guarowa rozpuszcza się na zimno(tak jak alginiany).
Posiada dobre roztwory o bardzo dużej lepkości. Charakteryzuje się wysoka odpornością na zamrażanie jak i pasteryzację i sterylizację.
Odporność na pH 1-9 jest stabilna(w silnie zasadowym zaczyna depolimeryzować). Słaba odporność na jony aluminium i chromu.
Jest polisacharydem typu niejonowego (obojętnego).
Ze względu na swoje właściwości jest doskonałym dodatkiem do stabilizowania białek podczas zamrażania i składowania. Ani sama ani z guma ksantanową nie tworzy żelu.


Źródło: notatki

Zmieniony przez - domer w dniu 2010-05-23 15:08:20

Ciekawa sprawa Domer dodajesz te arty do zbioru linków ? bo potem przepadną w ogniu postów.....
Jak nie to dodaj.