Гелеобразователи

Гелеобразователи (gelling agents)

Гелеобразователи (желеобразователи, желирующие вещества) — это вещества, в определённых условиях способные образовывать гели.

Гели (желе) представляют собой дисперсные системы, по крайней мере, двухкомпо- нентные. Дисперсионной средой является жидкость. В пищевых системах это обычно вода, и гель носит название гидрогеля.

Дисперсной фазой является желеобразователь, полимерные цепи которого образуют поперечно сшитую сетку. Вода в такой системе физически связана и теряет подвижность. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта.

Молекулы гелеобразователя связаны в трёхмерную сетку и тоже не обладают той подвижностью, которая есть у молекул загустителя в высоковязких растворах. Чёткое разграничение между гелеобразователями и загустителями, однако, невозможно. Обе группы веществ представляют собой макромолекулы с гидрофильными группами, которые вступают в физическое взаимодействие с имеющейся в продукте водой.

Структура и прочность пищевых гелей могут сильно различаться, например «нежный» эластичный желатиновый гель совсем не похож на «короткий» ломкий непрочный каррагинановый. За исключением желатина (животный белок), гелеобразователи являются углеводами (полисахаридами) растительного происхождения, растительными гидроколлоидами. Их получают из наземных растений или водорослей.

По химической природе гелеобразователи являются кислыми полисахаридами с остатками серной кислоты. Гель практически является закреплённой формой коллоидного раствора, золя. Для превращения золя в гель необходимо, чтобы между распределёнными в жидкости молекулами начали действовать силы, вызывающие межмолекулярную сшивку.

Это может происходить по-разному: снижением количества растворителя за счёт испарения; понижением растворимости распределённого вещества за счёт химического взаимодействия; добавкой веществ, способствующих образованию связей и поперечной сшивке; изменением температуры и регулированием величины рН.

Начало желирования сопровождается замедлением броуновского движения частиц дисперсной фазы (возрастанием вязкости), их гидратацией и образованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать гели зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стери- ческие затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Для протекания процесса поперечной сшивки необходимо наличие активных или активированных групп (ОН, СООН) в определённых положениях.

Механизмы желирования различных геле- образователей также могут сильно различаться. Сравним механизмы желирования высоко- и низкоэтерифицированных пектинов. Способность желировать у высокоэтери- фицированных пектинов (степень этерифи- кации > 50 и < 75%, молекулярная масса > 10 000 и < 300 000) основана на свойстве линейных молекул образовывать трёхмерную полимерную сетку в присутствии воды, кислоты и сахара.

Межмолекулярные связи представлены водородными мостиками, свободные сегменты молекул сильно гидратиро- ваны. Присутствие определённого количества кислоты необходимо для подавления диссоциации свободных карбоксильных групп. Таким образом, общий отрицательный заряд молекул снижается и тем самым подавляется их взаимное отталкивание.

Высокая концентрация нейтральных Сахаров, например сахарозы, в свою очередь снижает водную активность системы с одновременной дегидратацией пектиновых молекул, что приводит к более лёгкому сближению зон связывания.

Низкоэтерифицированные пектины (степень этерификации < 50%), как и другие ионные гелеобразователи, желируют в присутствии определённых катионов, обычно кальция. Способность желировать для низкоэтерифицированных пектинов практически не зависит от содержания сухих веществ и значения рН.

Так, молочные гели имеют рН около 6.5, а желированные фруктовые и овощные соки — около 2.5. Связывание полимерных цепочек низкоэтерифицированных пектинов происходит посредством поливалентных катионов (Са++). Причём концентрация ионов кальция очень важна для свойств геля, например при их недостатке гель не образуется, а при избытке образуется гель, склонный к синерезису; кроме того, в осадок выпадает соль — пектинат кальция.

Гелеобразователи не являются эмульгаторами. В их молекулах отсутствуют липо- фильные и гидрофильные группы, однако некоторые гелеобразователи стабилизируют эмульсии. В первую очередь это относится к альгинатам, поэтому их обычно используют в кисломолочных продуктах, подвергаемых пастеризации. При совместном использовании различных гелеобразователей возможно проявление эффекта синергизма, взаимного усиления.

Гелеобразователи могут выполнять функции стабилизаторов пены и средств для обработки виноматериалов.

Области применения: мармелады, желе, варенья, фруктовые наполнители, жевательные конфеты, жевательная резинка, прали- новые и другие кондитерские массы, низкокалорийные продукты, кисломолочные продукты, низкокалорийные масла, какао и шоколадные напитки, молочно-фруктовые напитки, молоко, сливки и сгущённое молоко и сливки, мороженое и другие молочные десерты, пудинги, сыры, плавленые сыры и продукты их переработки, быстрозамороженные продукты, особенно рыба, заливки для овощей, мяса или рыбы, студень, фарше- вые мясо- и рыбопродукты, новые продукты на основе эмульсий.

Гелеобразователи, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов .

Е400 альгиновая кислота, Е401-404 альгинаты натрия, калия, аммония, кальция, Е406 агар, Е407 кар- рагинан и его натриевая, калиевая, аммонийная соли, включая фурцеллеран, Е407а каррагинан из водорослей Euchema, E410 камедь рожкового дерева, Е411 овсяная камедь, Е415 ксантан, Е416 карайи камедь, Е418 геллановая камедь, Е425 камедь коньяку, Е440 пектины, Е461 метилцеллюлоза,

Е464 гидроксипропилметилцеллюлоза, Е465 этилметилцел- люлоза, Е467 этилгидроксиэтилцеллюлоза, Е1405 крахмал, обработанный ферментными препаратами, желатин, Е1401 крахмал, обработанный кислотой, Е1402 крахмал, обработанный щёлочью, Е1405 крахмал, обработанный ферментными препаратами, Е1410 монокрахмалфосфат, Е1412 дикрахмалфос- фат, этерифицированный тринатрийметафосфатом;

этерифицированный хлорокисью фосфора, Е1413 фосфатированный дикрахмалфосфат «сшитый», Е1414 ацетилированный дикрахмалфосфат «сшитый», Е1420 ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом, Е1421 ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом, Е1422 ацетилированный дикрахмалоадипат, Е1423 ацетилированный дикрахмалоглицерин, желатин.