Гидроколлоиды в пищевом производстве: свойства и особенности применения
На сегодняшний день сложно представить производство продуктов питания без применения специальных веществ различной природы, улучшающих функциональные свойства конкретного продукта. Это становится необходимым по причине все возрастающего недостатка сырья, а также увеличением себестоимости продукта.
Помимо растительных и животных белков, пищевых фосфатов и эмульгаторов, существует еще одна важная группа веществ, влияющих на структуру и консистенцию продуктов, это гидроколлоиды. По химической природе гидроколлоиды относятся к высокомолекулярным полисахаридным соединениям, которые или полностью растворимы в воде или набухают в ней. По своему происхождению их можно классифицировать на три группы: полисахариды растительного происхождения, животного происхождения и вещества, полученные в результате функционирования микроорганизмов.
Полисахариды растительной природы получают при обработке специальными методами растений или сока растений, зерен, морских водорослей. Их можно условно подразделить на экстракты семян растений, экстракты самих растений и продукты, производимые из плодов и овощей. Экстракты семян растений называют галактоманнанами, так как их молекулы состоят из остатков галактозы и маннозы. Из этих остатков молекул состоит основная часть эндосперма семян некоторых растений семейства бобовых. Такие камеди отличаются друг от друга в зависимости от процентного соотношения галактозы и маннозы. Основные их разновидности: камедь гуара (бобы гуара), камедь тара (бобы цезальпинии), камедь рожкового дерева (бобы рожкового дерева). По внешнему виду эти камеди представляют собой измельченную муку семян соответствующего растения, без кожуры и зародыша. К гидроколлоидам, получаемым из самих растений, относятся такие соединения как камедь трагаканта (смола деревьев), камедь карайи (стебли дерева Стеркулии), камедь трагаканта (смола кустарников рода Астрагал) и некоторые другие. Из морских водорослей получают группу веществ, которые обладают незаменимыми гелеобразующими свойствами, такие как альгинаты, агар, агароид, различные формы каррагинана. И к третьей разновидности растительных камедей относятся пектины и крахмалы. Пектины получают кислотной экстракцией различных фруктов, жома сахарной свеклы, некоторых видов трав. Крахмальные зерна выделяют из множества культур, таких как картофель, кукуруза, пшеница, рис, горох и некоторые другие.
К гидроколоидам, которые продуцируются живыми микроорганизмами, относятся камедь ксантана (образуется при ферментации сахаров бактериями Xanthomonas campetris) и камедь геллана (продуцируется бактериями Sphingomonas elodea). Сюда также относятся рамзановая и велановая камедь, но они пока не нашли столь широкого применения в пищевой промышленности.
К третьей группе гидроколлоидов относиться желатин, его получают из шкур крупного рогатого скота гидролизом коллагена.
Основные физические характеристики гидроколлоидов – это растворимость в воде и диспергируемость, а также вязкость или способность к гелеобразованию. Поскольку молекулы полисахаридов очень большого размера, то в воде они диспергируются очень медленно, и в результате при контакте с водой они образуют сгустки, которые необходимо тщательно вымешать или выдержать некоторое время до полного диспергирования.
По своим функциональным свойствам, то есть способности связывать влагу и образовывать прочные нарезаемые гели, гидроколлоиды выгодно отличаются от белковых веществ. Они способны активно взаимодействовать с молочными и мясными белками благодаря пространственной «сшивке» полимерных групп. Это приводит к тому, что у готового продукта существенно повышается сочность, «нарезаемость» и «кусаемость», увеличивается выход готового продукта за счет уменьшения количества исходного сырья, также уменьшается количество отделяемой жидкости (синерезис) в готовом продукте.
Основные области пищевой промышленности, в которых активно применяются гидроколлоиды, это мясная, молочная и кондитерская. В производстве мясных изделий гидроколлоиды используются в качестве влагосвязующих и структурообразующих агентов, что позволяет улучшить консистенцию и повысить питательную ценность практически во всех видах колбас. Грамотный подбор гидроколлоида или их смеси позволяет снизить себестоимость и существенно улучшить структурные свойства продукта. Особенно это актуально при производстве вареной группы колбас, сосисок и сарделек, поскольку для данной группы изделий используется сырье заниженного качества и содержится большое количество жира и воды, который необходимо связывать. В таких мясных системах стабилизаторы на основе гидроколлоидов позволяют образовывать устойчивые водно-жировые эмульсии. В копченых и полукопченых колбасах гидроколлоиды придают колбасе эластичную консистенцию и большую «нарезаемость».
Характеристики основных гидроколлоидов, применяемых в колбасном производств
В качестве основных веществ, используемых в пищевом производстве в качестве загустителей, наибольшим спросом пользуются камеди гуара, ксантана и рожкового дерева. Гуаровая камедь (Е412) способна образовывать густые вязкие растворы в воде, а также ее действие может усиливать присутствие других гидроколлоидов, таких как камедь рожкового дерева, пектин, агар-агар. Она хорошо удерживает влагу, эффективно уменьшает отделение воды в продукте. Гуаровая камедь обладает повышенной стойкостью в циклах замораживания-оттаивания. Она находит применение в мясной промышленности как один из основных компонентов стабилизаторов структуры.
Еще один эффективный загуститель – это камедь ксантана (Е415). Она хорошо диспергируется в холодной и горячей воде, в молоке, в солевых растворах. При взаимодействии с водой молекулы ксантана образуют трехмерную сетку, состоящую из сдвоенных спиралей, структура которых обладает очень большой вязкостью. При взаимодействии с другими гидроколлоидами проявляет эффект синергизма, то есть вязкость растворов становится значительно выше.
Камедь рожкового дерева (Е 410) находит широкое применение как загуститель благодаря своей химической стабильности. Раствор этой камеди устойчив к действию кислот, солей и высокой температуры. Камедь рожкового дерева является сильным синергистом для камеди гуара, каррагинана, геллановой камеди и агар-агара, усиливая влагосвязующее действие этих веществ.
Следует отметить, что степень вязкости растворов гидроколлоидов зависит от времени набухания молекул в воде, а также степени перемешивания и температуры воды. Например, камедь гуара достигает своей предельной вязкости при комнатной температуре только через 2-3 часа. 
Что касается гелеобразователей, то очень перспективным является применение такого гидроколлоида как каррагинан. Различают пять форм каррагинанов – каппа, йота, лямбда, мю и ню в зависимости от пространственного расположения сульфатных групп в молекуле. Практическое применение в пищевой промышленности находят первые три модификации. Молекулы каррагинанов способны образовывать очень плотные, эластичные гели, которые остаются стабильными долгое время. Для того, чтобы каррагинан максимально проявил свои свойства, его, как правило, стандартизуют хлоридом калия. В результате молекулы каррагинана образуют длинные закручивающиеся цепочки, способные образовывать тиксотропные растворы или прочные гели. Это свойство карагинанов незаменимо при разработке рассольных препаратов и стабилизаторов для мясных изделий. В растворах молекулы каррагинанов характеризуются слабой седиментацией и способствуют уменьшению оседания компонентов рассольных препаратов, а именно сои, белков, крахмалов и др.
