Структура и консистенция пищевых продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структура и консистенция пищевых продуктов

Большинство пищевых продуктов содержат значительное количество воды (60-85%, а некоторые овощи до 95-97%), но благодаря особому внутреннему строению и свойствам содержащихся в них компонентов обладают определенной формой и структурой. Придание пищевым изделиям в процессе производства заданной формы и структуры - одна из задач технологии пищевых продуктов.

Структура, или внутреннее строение, пищевых продуктов есть взаиморасположение их составных частей и связь между последними. Термин "структура" включает макроструктуру, видимую невооруженным глазом, микроструктуру, определяемую при помощи оптического микроскопа, и ультраструктуру, видимую только в электронном микроскопе. Микро- и макроструктура дает представление о биологическом и преимущественно технологическом аспектах образования или преобразования структуры пищевых продуктов, ультраструктура - о химическом, физико-химическом и биохимическом строении структурных элементов.

Интегральный подход, также имеющий место в оценке структуры, предполагает обобщение информации о структуре всех уровней, что способствует лучшему пониманию явлений, происходящих при переработке и хранении пищевых продуктов, и построению обобщающих моделей их поведения.

Классической систематизации структур пищевых продуктов Ребиндера сопутствуют и многочисленные другие, основанные на разных принципах классификации. Например, группы продуктов по структуре рассмотрены согласно следующей классификации: жидкости (напитки, молоко и др.), плотные жидкости (масла, плодовые концентраты, бульоны), пластичные пищевые продукты (сливочное масло, маргарин, творог, колбасные фарши), пластичные продукты гелевой структуры (мармелад, желе, пудинг, сыры), плотные продукты клеточной структуры (овощи, плоды), плотные продукты фибриллярной структуры (мясо, рыба). Эта классификация объединяет продукты как с нативной, природной структурой (плоды, овощи, молоко, мясо, рыба и др.), так и структурой, образовавшейся в результате обработки (фарши, желе, пудинги и др.). Различают и следующие типы микро- и макроструктуры: гомогенные, пористые, волокнистые, игольчатые, слоистые и смешанные. Тип структуры и механические свойства пищевых продуктов определяют их консистенцию. Консистенция является одной из наиболее сложных сенсорных характеристик пищевых продуктов. Однозначная интерпретация ощущения консистенции затруднена в силу особенностей восприятия и физического измерения этого свойства продуктов. Термин консистенция используется для обозначения сложных свойств пищевых продуктов, впечатление о которых получают с помощью осязательных ощущений, возникающих в момент соприкосновения с продуктом, и путем измерения инструментальными методами. Структуру оценивают органолептически по таким показателям, как геометрическое положение продукта в пространстве, однородность продукта, дисперсность составляющих его частиц, шероховатость, пористость, мягкость, твердость, тягучесть, рыхлость, густота, липкость, хрупкость; реологические показатели, в частности эластичность, вязкость, упругость, прочность и др. Сенсорно ощущаемая структура включает одновременно несколько показателей.

В дальнейшем мы будем характеризовать структуру продукта совокупностью органолептических и реологических свойств, а при необходимости дополнять и другими физическими показателями (водостойкость, набухаемость). При этом следует иметь в виду, что органолептические, реологические и другие физические показатели являются производными микроструктуры, т.е. структуры, формирующейся вследствие физико-химического взаимодействия на молекулярном уровне между белками, водой, углеводами, липидами и другими компонентами, входящими в состав пищевых продуктов.

Из множества разновидностей новых рыбных пищевых продуктов заданной структуры можно выделить в основном три типа: аналоги натуральных продуктов, формованные изделия и эмульсионные системы.

Продукты первого типа получают в основном путем перевода изолированных белков из раствора в пористый гель (текстурированный белок, или текстурат). Полученный белковый текстурат облагораживают жировыми, вкусоароматическими и красящими веществами, соответствующим образом кулинарно обрабатывают.

Формованные изделия получают из грубо или тонко измельченной пищевой массы путем придания ей желаемой формы.

Эмульсионные продукты представляют собой тонкодисперсные, вязкие, устойчивые системы, включающие водную и жировую фазы, причем одна из них остается непрерывной. Кроме перечисленных обязательных компонентов, в эмульсионные продукты включают белки, углеводы, минеральные вещества, красители, витамины. Как правило, эти системы имеют коагуляционную структуру и обладают тиксотропией.

Примером продуктов, имитирующих натуральные, могут служить аналоги крабового мяса, лососины, мускула гребешка, формованных изделий - котлеты, колбасы, сосиски. Примерами эмульсионных систем являются соусы, майонезы, забеливатели кофе, заменители молока, коктейли.

Получение устойчивых пищевых систем, обладающих составом и свойствами, отвечающими органолептическим требованиям потребителя, - сложная задача, поэтому одновременно с термопластической экструзией, криоструктурированием, формованием, гранулированием, таблетированием и т.д. применяют структурообразователи -- вещества, изменяющие консистенцию пищевых продуктов.

В литературе встречаются сведения по классификации структурообразователей. Так, Гликсмен структурообразователи объединяет под общим названием гидроколлоиды, считая их смолами, которые, растворяясь в воде или при диспергировании в ней, проявляют эффект сгущения. Другим важным свойством части гидроколлоидов является способность к гелеобразованию.

По Волкеру, смола - это растительное "выпотевание" (экссудат), водорастворимое или способное к диспергированию в воде. В более широком смысле смолы - это длинноцепочные полисахариды, неразветвленные, значительно разветвленные или даже с ковалентно образованными поперечными связями, способные в значительной степени взаимодействовать с водой. Однако под это определение не подходят структурообразователи - белки, такие как белки рыбной ткани, которые в производстве применяются в виде фарша сурими.

М.Никоноров выделяет группу веществ, добавляемых в продукты для улучшения технологии, в частности эмульгаторы, стабилизаторы и студнеобразователи. Причем к стабилизаторам он относит вещества, которые создают условия для связывания большого количества воды, увеличивают вязкость продукта, способствуют образованию стойких суспензий.

Другие исследователи выделяют группу веществ, изменяющих консистенцию; она включает два типа структурообразователей: 1) загустители, желе- и студнеобразователи; 2) эмульгаторы и стабилизаторы. У данных авторов функции эмульгаторов и стабилизаторов равнозначны, с чем нельзя согласиться. Это любое вещество, продлевающее продолжительность возможного хранения пищевого продукта, в который оно добавлено. В конкретизированном смысле стабилизатор - это вещество, уменьшающее скорость физико-механических изменений в продукте, таких как кристаллизация, седиментация, флокуляция, коалесценция, дезагрегация, синерезис и др. Приведенные выше данные свидетельствуют об отсутствии единого, общепринятого научно обоснованного подхода к классификации структурообразователей.

Классификация структурообразователей является, на наш взгляд, полной, если охватывает следующие признаки: происхождение (источник сырья), методы выделения, выполняемые функции, молекулярную структуру, термостабильность, химическую природу, заряд. Очевидно, всеохватывающая схема классификации структурообразователей может оказаться громоздкой и не выполняющей своих функций систематизации веществ. В таких случаях предпочтительно последовательное описание предмета исследований по отдельным признакам.

По источникам выделения различают структурообразователи животного, растительного и микробиологического происхождения.

Структурообразователи могут быть натуральными, биосинтетическими, полусинтетическими и синтетическими. Натуральные, в свою очередь, делятся на экссудаты, водорослевые сухие экстракты и порошки, получаемые из семян растений. К экссудатам относятся смолы, выделяемые растениями: гуммиарабик, смола гатти, смола карая. Экстракты, получаемые из морских водорослей, представлены агар-агаром, агароидом, альгинатами, каррагенанами, фурцеллараном. К натуральным структурообразователям, получаемым из зерен и плодов растений, относятся крахмалы (из пшеницы, кукурузы, картофеля, тапиока, ржи), порошки из семян семейства бобовых, гуар, тара, тамариндайвы, арабикогалактан, пектины. Биосинтетические гидроколлоиды - это декстрины, ксантан, кулдран, политран, геллан, пуллулан. Полусинтетические или модифицированные гидроколлоиды - производные целлюлозы (карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, оксипропилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза), производные крахмала (оксипропилкрахмал, карбоксиметилкрахмал), производные хитина (хитозан), производные альгинатов (пропилен альгинат), пектин с небольшим содержанием метоксильных групп, оксипропил гуар. К синтетическим относятся метилвиниловый эфир малеинового ангидрида, поливиниловый спирт, полиэтилен-гликоль полимеры.

Структурообразователи вносят в состав создаваемых продуктов с очень разнообразными технологическими целями, в частности, для загущения, эмульгирования, водоудержания, пенообразования, флокуляции, сидементации, предотвращения гистерезиса, ингибирования кристаллизации и черствления, дегазации, коалесценции и т.д. При выполнении различных задач структурообразователи выступают в основном в виде студнеобразователей, загустителей, эмульгаторов, пенообразователей, связующих веществ и пленкообразователей.

Студнеобразователи - это вещества, способные формировать при определенных условиях (концентрация, температура и др.) трехмерные структуры геля, относящиеся к конденсационно-кристаллизационным нетиксотропным структурам. К студнеобразователям принадлежат агар-агар, желатин, соли альгиновых кислот, каррагенаны, белок в составе рыбного фарша сурими и др.

Загустители - вещества, образующие в воде высоковязкие растворы. Причем с повышением концентрации растворов их вязкость возрастает, и при определенных значениях структура системы может перейти из коагуляционной в конденсационно-кристаллизационную

Это значит, что все студнеобразователи могут быть загустителями. Например, каррагенаны, используемые для изменения реологических свойств продуктов питания, в зависимости от дозировки и условий могут образовывать все промежуточные стадии полученной структуры -- от слабых тиксотропных до структуры геля. Типичными представителями загустителей являются микрокристаллическая целлюлоза и простые эфиры целлюлозы, которые не образуют структуру геля и к классу студнеобразователей не относятся.

Эмульгаторы - вещества, уменьшающие поверхностное натяжение и способные образовывать адсорбционные слои на границе раздела фаз. Эмульгаторы можно условно разделить на две группы: 1) вещества, которые способствуют эмульгированию, образуют адсорбционные слои, но не формируют структурные сетки геля или хотя бы ее элементы, т.е. не обладают эффектом сгущения [(лецитин, жирные кислоты и их соли и др.); при использовании таких веществ в пищевой технологии часто возникает потребность введения в состав продукта специальных загустителей]; 2) эмульгаторы - высокомолекулярные поверхностно-активные вещества (ВПАВ), способные на внешней поверхности капелек жира образовывать коллоидные адсорбционные слои, а в непрерывной фазе формировать структурную сетку геля. Поэтому эмульгаторы ВПАВ одновременно являются и загустителями (желатин, альгинат, яичный белок и др.). Однако высокомолекулярные соединения, образующие гели, но не являющиеся поверхностно-активными веществами, стабилизировать эмульсии не могут.

В практике получения эмульсий применяют ионогенные и неионогенные эмульгаторы. Высокомолекулярные соединения относятся к неионогенным эмульгаторам, дифильные молекулы которых состоят из углеводородного радикала и углеводородной цепи с расположенными по всей ее длине полярными, но не способными к ионизации группами, чаще всего гидроксильными. Молекулы ионогенных эмульгаторов (мыла) содержат ионогенные полярные группы. В зависимости от электрического заряда ионогенной гидрофильной группы различают анионо и катионоактивные эмульгаторы. В пищевой технологии важно применение, прежде всего неионогенных эмульгаторов.

Пенообразователи - это вещества, способные образовывать защитные адсорбционные слои на поверхности раздела жидкой и газообразной фаз. Они выполняют две функции: при диспергировании газа в жидкости способствуют образованию пены и обеспечивают устойчивость структуры последней. Как правило, эмульгаторы являются и пенообразователями, причем лучшими из последних - белки.

Связующие вещества, или пищевые клеи, обладают высокой адгезионной способностью по отношению к поверхности частиц пищевых продуктов и благодаря этому связывают их в единое целое. Наиболее типичными представителями связующих веществ являются хитозан, карбоксиметилцеллюлоза, тонко измельченная мышечная ткань рыбы.

Пленкообразователи - высокомолекулярные вещества, растворы которых, обладая соответствующей вязкостью и адгезией, при формировании через фильеры заданного профиля фиксируются в виде пленок. Для формирования пленок применяют два метода: сухой, основанный на испарении растворителя, и мокрый, при котором фиксацию пленки проводят в осадительной ванне. В пищевой технологии в качестве пленкообразователей широко применяют желатин и альгинат натрия.

Из приведенных выше данных следует, что одни структурообразователи вследствие уникальности своей природы (химической, физической) проявляют многофункциональность свойств. Применение других возможно только в одном или двух направлениях. Конкретно свойства и пути их использования будут описаны в следующих разделах.

Структурообразователи, используемые в пищевых продуктах, должны отвечать ряду требований. Разрешается использование только тех веществ, которые не представляют опасности для здоровья человека, что устанавливают на основании токсикологических испытаний или других научных данных. В случае изменения условий применения структурообразователей или появления новых данных о свойствах этих веществ они должны быть подвергнуты повторной оценке. Применяемые пищевые структурообразователи должны соответствовать требованиям нормативных документов по чистоте и идентичности. При выдаче разрешения на постоянное или временное применение структурообразователей учитывают ограничение применения их для конкретных продуктов или целей при определенных оговоренных условиях, применение самых низких доз, необходимых для достижения желаемого эффекта, приемлемое суточное поступление в организм человека и суточное поступление их из всех возможных источников.

Применение нескольких структурообразователей одновременно требует особой осторожности, так как химическое взаимодействие между ними может привести к образованию токсических веществ.

В то же время влияние структурообразователей на организм человека изучено в меньшей степени, чем многих химически активных веществ, так как некоторые из них являются натуральными компонентами пищевых продуктов. Большинство структурообразователей индифферентные соединения, не взаимодействующие с другими компонентами продукта и в меньшей мере, чем химически активные вещества, включающиеся в обменные процессы в организме человека. Эти вещества требуют к себе особого внимания лишь в тех случаях, когда их доза в пищевом продукте значительно превосходит обычные дозы добавок или когда они способны оседать на стенках сосудов и изменять процессы переваривания и всасывания пищи.

Поскольку вещества, изменяющие консистенцию пищевых продуктов, применяют в значительных количествах, особую роль играет наличие в них примесей, появляющихся в процессе их производства, в частности диоксида серы, консервантов, растворителей, отбеливателей, тяжелых металлов. Наличие указанных примесей лимитируется.

Структурообразователи должны быть химически инертны по отношению к компонентам пищевых продуктов, т.е. не окислять липиды, не разрушать витамины и т.д. Структурообразователи должны образовывать при определенных рН, концентрации и температуре водные растворы, обладающие структурной вязкостью, т.е. проявляющие эффект сгущения; предпочтительны бесцветные растворы, лишенные вкуса и запаха. Структурообразователи должны проявлять способность к гелеобразованию: при определенных условиях формировать трехмерную, объемную структурную сетку. Они должны обладать адгезией (прилипанием) по отношению к поверхности компонентов, входящих в состав продуктов. Эмульгаторы, связующие вещества, пленкообразователи должны проявлять поверхностную активность.

Технологическая обработка (высокие или низкие отрицательные температуры, механическое воздействие и др.) должна благоприятно влиять на функциональные свойства структурообразователей.

Предпочтительно, чтобы структурообразователи были веществами натурального происхождения, т.е. являлись естественными компонентами традиционных пищевых продуктов, вырабатывались в промышленном масштабе, были дешевыми.

Механизм образования структуры изделий зависит от вида структурообразователя, состава той пищевой массы, в которую он вводится, и технологических условий обработки.

Как правило, при использовании в пищевых или кормовых продуктах белков имеет место переход системы в гелеобразное состояние, т.е. процесс структурообразования следует рассматривать как формирование пространственной сетки геля. Гели могут содержать до 99,9% воды и в то же время проявлять свойства, характерные для твердого состояния, в частности, обладать эластичностью и жесткостью, сохранять определенное пространственное положение (форму). Их свойства являются следствием трехмерного переплетения макромолекул белков или полисахаридов, заполняющих объем, занятый гелем.

Механизм формирования структуры белковых гелей заключается в следующем. В растворах белков при определенных условиях происходит конформационный переход макромолекул, в результате чего образуются их агрегаты, являющиеся частицами дисперсной лиофильной фазы. С увеличением числа таких частиц возникают контакты между ними, и образуется объемная структура геля, обеспечивающая системе соответствующие механические свойства (вязкость, прочность, упругость, эластичность).

При формировании структуры гелей образуются различные типы связей: водородные с участием пептидных групп цепей, гидрофобные между углеводородными радикалами, электростатические между полярными группами, дисульфидные при наличии серосодержащих аминокислот. Поэтому индивидуальные особенности каждого вида белка (состав и последовательность в полипептидной цепи аминокислот, спирализация и пространственная укладка), а также внешние условия (рН, температура, присутствие ионов) определяют тип взаимодействий и соответственно оказывают влияние на процесс структурообразования и свойства структур.

Специфичность влияния рН на механизм структурообразования подтверждается тем, что водные системы желатина переходят в состояние геля в широком диапазоне рН, водные растворы яичного альбумина образуют гель в кислых (ниже 3) и щелочных (выше 10) областях, а гелеобразование в водных растворах казеина наиболее интенсивно при рН 12-13. Ионная или тепловая денатурация яичного альбумина упрочняет его структуру.

Возникновение пространственной структуры геля происходит при определенной концентрации макромолекул белка. Она составляет (при 20°С) для водных растворов желатина 1, яичного альбумина - 2, казеина - 15 г/100 мл. С повышением концентрации белка скорость гелеобразования возрастает, вследствие увеличения числа контактов межмолекулярных пространственных связей. Причем низкоконцентрированные системы имеют коагуляционные структуры, а концентрированные гели, например желатина (концентрация 3 г/100 мл) и казеина, имеют конденсационно-кристаллизационные структуры, не обладающие тиксотропией.

Для формирования структуры требуется определенное время, т.е. процесс структурообразования развивается во времени и достигает максимума, например, для желатина и казеина при 20°С через 3-4 и 10-12 сут соответственно.

Судя по литературным данным, процесс гелеобразования в системах полисахаридов на молекулярном уровне системно и детально не исследован. То же можно сказать и об изучении кинетики процесса гелеобразования в зависимости от различных технологических факторов, определяющих структуру и, соответственно, консистенцию гелей. Несмотря на это, все же можно выделить несколько обзоров, посвященных структурообразованию гидроколлоидов, выполненных Д.Г. Окенфуллом, М.Гликсмэном, Б.Увонкером.

Полисахариды в отличие от белков имеют менее выраженную третичную структуру и меньшую подвижность макромолекул, встречаются в природе в виде плотно упакованных, строго упорядоченных цепей (например, амилаза и амилопектин в зернах крахмала). При гелеобразовании полисахаридов формируются структуры трех типов: спирали, рифленые ленты и плотно уложенные ленточные структуры, например целлюлозы.

Многократное повторение моносахарида создает закручивание полимерной цепи в виде двойной спирали. Один виток спирали образуется примерно шестью моносахаридными элементами. Такая двойная спираль получается вследствие возникновения водородных связей. Подобный вид структуры характерен для гелей крахмала, каррагенана [ПО]. Гели агара имеют свободную сетчатую структуру, состоящую из длинных цепей макромолекул, удерживающихся вместе в ряде зон двухспиральных соединений.

Структуры рифленых лент характерны для альгинатов и пектинов. Цепи макромолекул, упакованные в такой конфигурации, имеют поры или полости, соответствующие размеру полного радиуса Са+2. Гелеобразование в этих структурах идет интенсивно при заполнении пор ионами кальция. В альгинатных гелях участки рифленых лент образованы из D-мануроновой и L-глюкуроновой кислот, соединенных гликозидными связями.

Пектин, взаимодействуя с кальцием, образует гель при тех же условиях, что и альгинат. Взаимодействие происходит между сегментами из двух цепей галактуроновой кислоты, и соединительные зоны содержат от 30 до 5000 мономерных единиц в зависимости от степени этерификации пектина.

Изменяя технологические параметры, регулируя тем самым количество зон соединений, можно формировать структуру полисахаридных гелей с заданными реологическими свойствами. Этого можно достичь выбором того или иного способа формирования, изменением концентрации ионов, повышением или понижением температуры. Например, ионы Са+2 способствуют гелеобразованию альгината, а ионы К+ усиливают гелеобразование каррагенана. Добавление сахара способствует гелеобразованию за счет увеличения зон соединения вследствие незначительного дегидратирования полимера.

При экструдировании смесей, содержащих крахмал, лучшими условиями гелеобразования являются температура 100°С, влажность смеси 23%. При таких условиях образуется тестоподобная масса, которая в экструдере принимает ламинарное течение, при этом макромолекулы крахмала ориентируются в направлении потока, что способствует образованию поперечных связей, формирующих структуру геля. Улучшить свойства гелей можно смешением двух или нескольких полисахаридов.

Часто процесс формирования элементов структурной сетки геля имеет место и при получении пищевых эмульсий. В технологии производства эмульсионных продуктов основной задачей является придание устойчивости дисперсной системе в отношении седиментации, коагуляции (флокуляции), коалесценции. Исследованиям физикохимических и реологических свойств эмульсий, стабилизированных различными эмульгаторами, посвящены монографии В.Н.Измайловой, А.А.Абрамзона, Ф.Шермана.

В результате эмульгирования создается однородная система, в которой одна из несмешивающихся жидкостей образует дисперсную среду (непрерывная фаза), а другая находится в диспергированном состоянии (внутренняя фаза). Если диспергированная фаза - масло, то тип эмульсии масло-вода, если наоборот, то тип эмульсии вода-масло. Для облегчения эмульгирования и обеспечения стабильности структуры эмульсии в процессе хранения в состав компонентов включают специальные вещества - эмульгаторы, т.е. поверхностно-активные вещества (ПАВ), образующие на границе раздела фаз прочные адсорбционные слои, препятствующие коалесценции капель жира, обусловливающей расслоение эмульсии. В качестве эмульгаторов применяют: белки яичные и молочные, желатин; полисахариды, в частности альгинат натрия, пектины, каррагенаны, хитозан, а также эфиры жирных кислот, лецитин и др. Помимо поверхностной активности эмульгаторы в пищевых эмульсиях должны обладать структурной вязкостью, т.е. придавать им желаемую консистенцию - выступать в роли загустителей.

Согласно современным теориям устойчивости эмульсий стабилизация структуры дисперсных систем происходит за счет образования защитных оболочек эмульгаторов на поверхности раздела фаз. Имеются также сведения, что стабильность эмульсиям придает наличие глобул двойного электрического поля, образующегося на границе раздела адсорбционных оболочек, свойства и строение которых различные. Последняя теория имеет немногочисленных сторонников.

Механизм образования адсорбционных межфазных слоев высокомолекулярных ПАВ заключается в следующем. Адсорбция макромолекул ВПАВ на поверхности раздела фаз ведет к их конфирмационным изменениям, выраженным в развертывании макромолекул и ориентации гидрофильной части в воду, а гидрофобной - в углеводород. Взаимодействие белков с углеводородами происходит самопроизвольно и обратимо, оно заключается в распределении углеводородов между неполярными областями макромолекул белка и водой. Солюбилизация углеводородов макромолекулами белка способствует их большей развертываемости на границе раздела фаз, а, следовательно, и упрочнению адсорбционного слоя. Денатурация белка на границе с углеводородом способствует повышению прочности межфазных слоев. Это связано с тем, что при добавлении денатурирующих агентов или повышении температуры разрушается нативная структура глобул, молекулы развертываются, положительно изменяется их гидрофильно-гидрофобный баланс, что и ускоряет образование прочного межфазного слоя. Процесс формирования межфазного адсорбционного слоя развивается во времени и идет за счет образования связей, скрепляющих двухмерную пространственную структуру. Причем для одних ВПАВ основными типами связей являются водородные (желатин, поливиниловый спирт), для других -- гидрофобное взаимодействие (глобулярные белки).

Таким образом, ПАВ, стабилизируя эмульсию, выполняют две функции: придают устойчивость эмульсиям за счет образования мономолекулярных адсорбционных слоев, препятствующих коалесценции, и создают в непрерывной фазе вокруг капелек высоковязкие растворы, препятствующие сближению капелек и как бы "замуровывающие" их в высоковязкой среде. Первый механизм присущ низкомолекулярным ПАВ, способным образовывать в непрерывной фазе студнеобразные структуры (трехмерные сетки геля).

Причем отмечается, что эмульгирующие свойства высокомолекулярных ПАВ не связаны с их студнеобразующими свойствами. Например, ацетилированные поливиниловые спирты - превосходные стабилизаторы эмульсий, хотя и не образуют студней, а агар-агар, являющийся хорошим студнеобразователем, в качестве стабилизатора эмульсий малоэффективен. Некоторые гидроколлоиды, в частности камедь акации, стабилизируют эмульсии в отсутствии эмульгатора.

В эмульсиях присутствие гидроколлоидов (даже в небольшом количестве) повышает устойчивость капелек масла благодаря замедлению скорости их движения.

Полисахариды имеют склонность к сгущению (увеличению вязкости) вследствие невысокой гибкости и способности образовывать зоны соединений между областями упорядоченной конформации их макромолекул. Гидроколлоиды увеличивают вязкость непрерывной среды пропорционально концентрации. И если на первой стадии сгущения эмульсия обладает тиксотропией, то с повышением концентрации ВПАВ может наступить такой момент, когда в непрерывной фазе образуется прочная структура геля, не обладающая тиксотропией, а консистенция эмульсии становится пастообразной.

Повышенную вязкость системы с высоким содержанием эмульгатора не следует связывать (кроме белков) с увеличением его адсорбции вокруг капель масла. Для многих эмульгаторов маловероятно, чтобы адсорбционный слой был больше толщины одной молекулы.

Консистенцию, реологические свойства эмульсионных продуктов, их усвояемость можно регулировать путем подбора того или иного эмульгатора, а также применения соответствующих технологических режимов их приготовления, в частности, подбора соотношения водной и жировой фаз, концентрации эмульгатора, рН среды, температуры и способа эмульгирования. Известен полуэмпирический метод подбора эмульгатора, основанный на гидрофильно-липофильном балансе (HLB). Молекула любого ПАВ состоит как из гидрофильных, так и гидрофобных групп, соотношение которых (HLB) влияет на характер эмульгирования. Эмульгаторы с высоким HLB (9-J3) являются гидрофильными и стабилизируют эмульсию типа масло-вода. Эмульгаторы с низким HLB (1-4) относятся к липофильным и стабилизируют эмульсии типа вода-масло. Однако эмульгирующая способность эмульгатора зависит не только от его природы. Установлено, что наибольшее количество масла, которое можно ввести в эмульсию, определяется концентрацией эмульгатора и степенью дисперсности системы: чем выше концентрация эмульгатора при равенстве всех прочих условий, тем большее количество масла может быть введено в эмульсию. Также при возрастании степени дисперсности эмульсии (зависит от способа эмульгирования, давления, скорости вращения мешалки и др.) увеличиваются ее вязкость и стабильность в отношении коалесценции.

Для придания продукту требуемой структуры применяют не только загустители и эмульгаторы, но и связующие вещества. В пищевых продуктах связующее, клеящее вещество - как правило, полимер- белок или полисахарид - находится между твердыми частицами, поверхности которых образованы также белками, полисахаридами, жирами. Это значит, что в пищевых продуктах имеет место совпадение химической природы клея и склеиваемых материалов. При образовании структуры такой системы развиваются рассмотренные выше процессы адсорбции вещества на границе раздела двух фаз и гелеобразования. В дополнение к ним следует учитывать электростатические силы и диффузионное взаимодействие.

Электрические силы взаимодействия возникают вследствие образования двойного электрического слоя при контакте двух поверхностей и их адгезии. Его возникновение связано с выравниванием энергетических уровней соприкасающихся тел, обменом электронами вследствие донорно-акцепторного взаимодействия. Характерно, что двойной электрический слой образуется, прежде всего, при адгезии пленок.

При контакте двух высокомолекулярных веществ происходит их самослипание вследствие диффузии, обусловленной тепловым движением цепных макромолекул с образованием слоя смешивания. Диффузия идет легче, если оба полимера неполярны и без боковых цепей или оба полярны. В последнем случае взаимодействуют также и полярные группы. Процесс связывания во многом определяется технологическими параметрами, прежде всего давлением, температурой и временем контакта.

Продукты питания являются многокомпонентными системами, в которых в структурную сетку геля включаются частицы жира, воды, твердых веществ, а также возможно взаимодействие нескольких структурных сеток, например, геля белков ткани рыбы и геля крахмала при производстве формованных изделий из фарша сурими.

Белки и полисахариды могут иметь градиенты плотности заряда вдоль цепи молекул. Одна их часть может быть высокоионной, а другая высокогидрофобной. В таких системах, как правило, гелеобразование либо подавляется, либо усиливается, а консистенция комбинированного геля может сильно отличаться от консистенции геля, образуемого каждым компонентом в отдельности. Например, известно, что миоглобин и бычий сывороточный альбумин подавляют образование альгинатных гелей, камедь плодов рожкового дерева, смешанная с каррагенаном, дает более эластичные гели, чем сам каррагенан, причем наибольший эффект достигается при их соотношении 1:1, а гель, полученный из рыбного и соевого белка, синергирует [ПО]. Однако глубоких теоретических исследований процесса образования смешанных гелей пока что не проводилось.

пищевой структурообразователь консистенция

Размещено на Allbest.ru