Особенности различных пектинов

Вин пектина	Характестика
по степени этерификации	по молекулярной массе	по наличию ацетильных групп
Яблочный	Высокоэтерифицированный	Высокомолекулярный	Неацетилированрованный
Цитрусовый	То же	Низкомолекулярный	То же
Свекловичный	Низкоэтерифицированный	То же	Метилированный
Подсолнечнико-вый	То же	Высокомолекулярный	То же

Указанные пектины отличаются также характером распределения карбоксильных групп по длине пектиновой молекулы: в яблочных пектинах это распределение равномерное, а, например, в цитрусовых — нет.

Особенности химического строения пектиновых молекул, в частности, степень этерификации, определяют различия их физико-химических свойств, основными среди которых являются растворимость, гелеобразующая и комплексообразующая способность.

Растворимость пектинов в воде повышается с увеличением степени этерификации их молекул и уменьшением молекулярной массы. Пектовая кислота, в молекуле которой нет этерифицированных карбоксильных групп, в воде нерастворима. При комнатной температуре в условиях интенсивного перемешивания в 100 мл воды растворяется от 4 до 8 г пектина, при температуре 60—80°С — около 10 г, т. е. максимальная концентрация водных растворов пектина может составлять 10 %. Растворимость повышается в присутствии Сахаров. Из-за наличия в пектиновых молекулах диссоциирующих свободных карбоксильных групп их водные растворы имеют кислую реакцию (рН около 3,5).

Главное свойство, на котором основано применение пектинов в пищевых технологиях, — гелеобразующая способность.

Гелевая структура растворов пектинов образуется в результате взаимодействия пектиновых молекул между собой и зависит от особенностей строения молекулы — молекулярной массы, степени этерификации, характера распределения карбоксильных групп. Кроме того, на процесс гелеобразования влияют температура, рН среды и содержание дегидратирующих веществ.

Формирование пространственной структуры геля может происходить двумя путями:

• за счет изменения сил электростатического отталкивания пектиновых молекул в присутствии дегидратирующих веществ (сахарозы) в кислой среде (сахарно-кислотное гелеобразование);

• при участии ионов поливалентных металлов.

Тип ассоциации пектиновых молекул определяется степенью эте-рификации. Высокоэтерифицированные пектины образуют гели в присутствии кислоты (рН 3,1—3,5) при содержании сухих веществ (сахарозы) не менее 65 %, низкоэтерифицированные — в присутствии ионов поливалентных металлов, например кальция, независимо от содержания сахарозы в широком диапазоне рН (от 2,5 до 6,5). Пектины высокой степени этерификации образуют высокоэластичные гели, имеющие тенденцию к возвращению формы в исходное состояние после ее изменения при механическом сдвиге.

Пектины низкой степени этерификации в зависимости от концентрации ионов кальция могут давать различные по консистенции гели — от высоковязких (не восстанавливающих исходную форму после деформирования) до высокоэластичных.

Комплексообразующая способность (образование циклических комплексов поливалентных металлов) различных пектинов зависит от содержания свободных карбоксильных групп, т. е. степени этерификации пектиновых молекул, и не зависит от их молекулярной массы.

Способность пектиновых молекул связывать поливалентные катионы увеличивается при снижении степени их этерификации и повышении степени диссоциации свободных карбоксильных групп (т. е. при повышении рН среды), а по отношению к различным катионам изменяется в ряду (Paskins-Hurlburt et al., 1977)

Mg < Mn < Сг < Hg < Fe < Ni < Co < Cu < Zn < Sr< Cd < Ba < Pb.

Основные области применения пектинов связаны с их функциональными свойствами. Гелеобразующая способность используется в кондитерской и консервной промышленности при изготовлении желейных кондитерских изделий и гелеобразной фруктово-ягодной консервной продукции. К ним относятся различные желе, мармелады, зефиры и пастила, джемы, конфитюры, а также фруктовые начинки. На способности пектиновых молекул образовывать комплексы с белками основано их использование при получении кисломолочных продуктов (йогуртов и т. п.). Молекулы высокоэтерифициро-ванных пектинов могут образовывать пектин-протеиновые комплексы. При рН 4,0—4,2 они вступают, например, во взаимодействие с молекулами казеина молока, что приводит к изменению общего заряда белковых молекул и обеспечивает их физическую стабильность в кислой среде.

Технологическая функция стабилизатора проявляется молекулами пектина в таких дисперсных пищевых системах, как мороженое, майонезы, соки с мякотью. Аналогично некоторым видам модифицированных крахмалов пектины можно использовать в качестве низкокалорийного заменителя жиров в эмульсионных продуктах (наливные маргарины, майонезы).

Содержание пектинов в пищевых продуктах составляет от 0,03 до 2,0 %, т. е. от 0,3 до 20 г на 1 кг изделия.

В последнее время пектины широко используют в качестве профилактических средств для групп населения, проживающих в зонах риска отравления тяжелыми металлами и радионуклидами, благодаря способности низкоэтерифицированных пектинов образовывать комплексные соединения с ионами цинка, свинца, кобальта, стронция, радионуклидами.

Кроме того, будучи растворимыми пищевыми волокнами, пектины являются физиологически ценными пищевыми добавками (функциональными ингредиентами), присутствие которых в пищевых продуктах традиционного рациона способствует улучшению состояния здоровья. Специфическое физиологическое воздействие растворимых пищевых волокон связано с их способностью снижать уровень холестерина в крови, нормализовать деятельность желудочно-кишечного тракта, связывать и выводить из организма некоторые токсины и тяжелые металлы. Рекомендуемое суточное потребление пектиновых веществ в рационе здорового человека составляет 5—6 г.

Все перечисленные свойства пектинов позволяют отнести их к ряду важнейших физиологически ценных пищевых добавок.

Пектины (Е440а) — добавки природного происхождения, совершенно безвредны, их можно использовать в неограниченных количествах. Суточная доза амидированных пектинов (Е440b) регламентируется и не должна превышать 25 мг на 1 кг массы тела.

Как и все прочие пищевые добавки, коммерческие пектины должны соответствовать определенным показателям качества, которые регламентируются официальными требованиями к чистоте этих продуктов. Предписания международных организаций включают 10—11 химических показателей, главным из них является содержание га-лактуроновой кислоты, характеризующей содержание собственно пектина, которое должно быть не менее 65 %. Ко второй группе химических показателей, определяющих качество коммерческих пектинов, относится содержание тяжелых металлов (меди, цинка, свинца). Например, содержание свинца в пектинах не должно превышать 10 мг/кг продукта. Для низкоэтерифицированных пектинов, полученных путем аммонолиза, регламентируется степень амидирования, которая не должна превышать 25 %.

В соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 наряду с химическими показателями в стандартном пектине следует определять показатели микробиологической безопасности, по которым осуществляют контроль на отсутствие патогенных микроорганизмов.

ГАЛАКТОМАННАНЫ

Галактоманнаны представляют собой гетерогликаны, содержащиеся в семенах стручковых растений. Они предотвращают обезвоживание семян. Коммерческие препараты растительных галактоманнанов получили название камедей. Наибольшее распространение получили галактоманнаны семян двух видов растений: гуара (Cyamopsis tetragonolobus), произрастающего в Индии и Пакистане, и рожкового дерева (Ceratoma siligua), произрастающего на побережье Средиземного моря, [камедь рожкового дерева (Е410), гуаровая камедь (Е412)].

Эти камеди имеют сходное химическое строение и представляют собой нейтральные полисахариды, состоящие из (1,4)-(β-гликозидно связанных остатков маннозы, к которым 1,6-связями через равные интервалы присоединены боковые цепи, состоящие из единичных остатков α-D-галактозы. У камеди гуара, получившей название «гуаран», остаток галактозы присоединен к каждому второму остатку маннозы, а у камеди из бобов рожкового дерева — к каждому четвертому (рис. 3.3) Причем галактопиранозные структурные единицы распределены вдоль полимерной цепи маннана не равномерно, а в виде блоков, что особенно характерно для галактоманнанов рожкового дерева. Таким образом, полимерная цепь галактоманнанов имеет нерегулярную структуру с чередующимися линейными и разветвленными зонами. От характера распределения этих зон, а также от соотношения галактозы и маннозы зависят основные свойства галактоманнанов.

Технология получения коммерческих препаратов галактоманнанов основана на водной экстракции полисахаридов из измельченного растительного сырья с последующим отделением и очисткой экстракта, обработкой спиртом для выделения целевого продукта, который затем отфильтровывают, высушивают и измельчают

Растворимость галактоманнанов в воде зависит от особенностей их строения Линейный D-маннан, не содержащий боковых заместителей, проявляет свойства, подобные его химическому аналогу — целлюлозе, в частности, не растворяется в воде. Появление боковых цепей в полимерной молекуле обусловливает способность к образованию водных растворов, которая находится в корреляционной зависимости от степени замещения. Так, галактоманнаны с высокой степенью замещения первичных гидроксильных групп в остатках D-маннозы, представителем которых является гуаран, полностью гидратируют в холодной воде, тогда как галактоманнаны с ограниченной степенью замещения (камедь рожкового дерева) полностью растворяются только в горячей воде. Однако в обоих случаях процесс растворения является продолжительным Например, для приготовления раствора гуарана максимальной вязкости при температуре 25°С необходимо около 120 мин Ускорить процесс можно за счет интенсивного перемешивания или нагревания, при котором температура не должна превышать 80°С из-за потенциально возможной тепловой деструкции полимерных молекул Растворимость галактоманнанов в воде может быть снижена в присутствии других растворенных веществ, в связи с чем при создании пищевых систем галактоманнаны следует растворять в первую очередь.

Вязкость растворов галактоманнанов зависит от их концентрации. При низких концентрациях (до 0,5%) она имеет линейную зависимость, которая при дальнейшем повышении переходит в экспоненциальную (рис. 3.4).

Применение галактоманнанов в пищевых технологиях основано на трех ключевых свойствах, к которым относятся:

• способность образовывать вязкие водные растворы;

• синергическое взаимодействие с другими полисахаридами, приводящее к формированию гелей различной текстуры;

• способность регулировать процесс синерезиса. Способность камеди рожкового дерева повышать вязкость водных растворов известна с античных времен, когда древние египтяне использовали пасты измельченных бобов для бальзамирования мумий. Однако коммерческое применение этого препарата датируется началом нашего столетия. Причиной промышленного освоения гуаровых камедей, которое началось в сороковые годы нашего века, послужила нехватка камедей рожкового дерева.

2 остатка маннозы на каждый остаток галактозы

а

4 остатка маннозы на каждый остаток галактозы

б

Рис. 3.3. Фрагмент молекулы галактоманнанов:

а - камедь гуара, б— камедь рожкового дерева

Гуаровые камеди применяют при получении молочных продуктов, соусов и мучных изделий. Ее синергические смеси с карбоксиметилцеллюлозой, каррагинанами и ксантанами используют в производстве мороженого, сыров и других продуктов. Камедь рожкового дерева нашла применение в технологии молочных продуктов (низкожирные сыры, йогурты), низкокалорийных салатных заправок, мучных изделий, замороженных десертов. Синергический эффект этой камеди с ксантаном проявляется при образовании эластичных гелей, которые не формируются в случае самостоятельного применения этих загустителей. Введение камеди рожкового дерева в смеси с каррагинанами позволяет изменить текстуру геля, обеспечивая ей эластичность. Дозировки галактоманнанов в пищевых продуктах обычно составляют 0,05-1,0%.

Кроме рассмотренных выше камедей гуара и рожкового дерева статус пищевых добавок получили еще несколько растительных камедей, выполняющих в пищевых системах функции загустителей и стабилизаторов. К ним относятся: камедь карайи (Е416), гуммиарабик (Е414), камедь гхатти (Е419), камедь трагаканта (Е413) и камедь тары (Е417). Однако области этих камедей использования значительно уже.

Большинство галактоманнанов, подобно производным целлюлозы и пектинам, не расщепляется в желудочно-кишечном тракте, поэтому они — относительно безвредные пищевые добавки. Уровень их содержания в пищевых продуктах определяется технологическими задачами и регламентируется соответствующими технологическими инструкциями. Практически единственное исключение составляет камедь карайи, для которой установлены нормативы ее введения в пищевые продукты (табл. 3.12).

Рис. 3.4.Зависимость вязкости растворов галактоманнанов от концентрации

Таблица 3.12