Перспективы использования систем на основе альгината натрия и пектина в технологии пищевых продуктов

Опубликовано 21 Мар 2012. Автор:

А. А. Пестина
Харьковский государственный университет питания и торговли, г. Харьков

Современные социально-экономические условия диктуют необходимость разработки новых техно­логий переработки сельскохозяйственного сырья, обеспечивающих создание сбалансированных продук­тов питания, обладающих улучшенными свойствами. При этом важным является сохранение витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон, а также формирование направленных органолептических и структурно-механических характеристик.

На сегодняшний день на рынке Украины достаточно широко представлен ассортимент продук­тов переработки плодов и ягод. Данный сегмент интенсивно развивается, а его формирование идет не только по схеме «спрос — предложение», но и наоборот. При этом следует отметить, что поми­мо традиционно существующих продуктов переработки плодов в виде варенья, джемов, конфитюров, цукатов, пюре, повидла, компотов с добавлением сахаров и различных пищевых кислот, в настоящее время на рынке появились продукты с принципиально новыми функциональными свойствами. Это, в частности, разнообразные овощные и плодово-ягодные полуфабрикаты, предназначенные для даль­нейшей производственной переработки. К ним относятся: термостабильные начинки для кондитерских изделий, топинги, заливки для тортов, различные наполнители для йогуртов, мороженого, творожных масс и т. д. Для стабилизации этих продуктов используются различные структурообразователи: пектины, каррагинаны, желатин, камеди, альгинат натрия, производные целлюлозы, крахмалы. Они повышают стабильность продукта, предотвращают его растекание, связывают воду, повышают вязкость, вызывают гелеобразование.

Особую нишу среди таких продуктов занимают реструктурированные. Как метод технологического воздействия, реструктурирование позволяет восстановить и имитировать утраченную при получении пюре структуру и, тем самым, существенно повысить товароведно-технологический потенциал сырья. Развитие этого направления актуально на Украине и имеет большие перспективы как в теоретическом, так и в практическом плане.

В качестве гелеобразователя при производстве реструктурированных продуктов широко исполь­зуется альгинат натрия. Главным его преимуществом по сравнению с другими гелеобразователями полисахаридной природы является способность образовывать термостабильные гели, которые могут формироваться уже при комнатной температуре.

Структура образовавшихся гелей зависит ряда от факторов и определяется кинетикой реакции между молекулами альгината натрия и ионами кальция. Использование в качестве источника ионов кальция его растворимой соли, например такой как CaCl2, имеет существенный недостаток. Вследствие практически мгновенного растворения соли, скорость реакции гелеобразования очень велика и трудно контролируема. В результате образуется неоднородная структура, не обладающая достаточной механи­ческой прочностью. Для того, чтобы получить однородный, механически прочный гель, необходимо добиться медленного протекания реакции.

Для достижения этой цели предлагается использовать химическую систему «альгинат натрия — CaCO3 —D-глюконо-δ-лактон». В этом случае однородная по всему объему структура геля образуется путем контролируемого высвобождения ионов кальция в середине системы. В качестве источника ионов кальция выбрана его нерастворимая соль CaCO3 (Ks0 =3,8 · 109). При смешивании этой соли с раство­ром альгината натрия в нейтральной среде реакция протекать не будет. Для того чтобы инициировать реакцию гелеобразования в систему вводится D-глюконо-δ-лактон. В водном растворе он подвергается медленному гидролизу с образованием глюконовой кислоты, что дает возможность регулировать рН системы. Высвобождающиеся ионы водорода реагируют с молекулами СаСО3, способствуют посте­пенному их растворению и последующему медленному протеканию реакции гелеобразования согласно следующей схеме:

 

С5Н10О5С =О +Н2О −→ С5Н15СОО+

CaCO3 +H+ −→ Ca2+ +HCO3

 

4AlgNa +Ca2+ −→ Ca− Alg4− 2Na(гель) +2Na+ .

Дело в том, что по значению константы диссоциации глюконовая кислота является кислотой более слабой, чем маннуроновая и гулуроновая: маннуроновая (рКа =3,38) > гулуроновая (рКа =3,65) > D­-глюконо-δ-лактон (рКа =3,70). Введение определенныхконцентрацийD-глюконо-δ-лактона обеспечит медленное подкисление раствора и постепенное разложение СаСО3. По сути дела, образуется буферная система, в которой до определенных пределов поддерживается постоянная концентрация ионов Н+ , способствующих растворению СаСО3. Избыток ионов Н+ связывается анионами СО32в гидрокарбонат  ион, поскольку исходя из значения константы диссоциации для НСО3 −  (рКа1 =6,35), этот процесс является более вероятным, чем образование альгиновой или глюконовой кислот. В конечном счете, гидролиз D-глюконо-δ-лактона определяет кинетику всего процесса, так как непосредственно влияет на скорость растворения СаСО3, высвобождение ионов Са2+ и, соответственно, сшивку гулуроновых блоков альгината натрия. В результате проведенных исследований [1, 2] теоретически обоснована и экспериментально под­тверждена зона рациональных значений рН =5,5…7,0, которая обеспечивает контролируемое протека­ние системы реакций, обеспечивающих гелеобразование. Исходя из условий стехиометрии реакций, про­текающих в системе, обоснованы рациональные концентрации компонентов: AlgNa — 1,5 %; СаСО3 — 0,04моль/л;D-глюконо-δ-лактон—0,08моль/л и их рациональные соотношения : массовое соотношение AlgNa : СаСО3 = 4:1(г/г);  молярное соотношение СаСО3 : D-глюконо-δ-лактон =1:2(моль/моль); массовое соотношение AlgNa: СаСО3: D-глюконо-δ-лактон =1,5:0,4:1,4(г/г/г), которые закреплены как параметры модельных систем для получения реструктурированных продуктов. Установлены фак­торы, которые влияют на гелеобразование и структурно-механические свойства образующихся гелей. Изучена кинетика гелеобразования, на основании чего обоснован порядок введения реагентов в реакци­онную смесь. Установлено, что D-глюконо-δ-лактон необходимо вводить в последнюю очередь, чтобы обеспечить медленное протекание реакции и однородную структуру геля. С применением методов математического моделирования обоснован рецептурный состав и опре­делены рациональные параметры процесса производства реструктурированного продукта из дыни. При дальнейшей доработке возможно использование предлагаемого метода структурирования для получения реструктурированных продуктов на основе других видов плодово-ягодного и овощного сырья. Основное преимущество таких продуктов состоит в том, что им можно придавать необходимую форму и текстуру, они устойчивы при нагревании и охлаждении, имеют высокие вкусовые достоинства и характеризуются лечебно-профилактическими свойствами. При дальнейших исследованиях в направлении поиска новых текстур представляет интерес геле­образующая система «альгинат натрия — высокоэтерифицированный пектин — D-глюконо-δ-лактон». Особенность этой системы заключается в том, что ни альгинат, ни пектин сами по-себе в данных усло­виях геля не образуют. Кроме того, при использовании в качестве подкислителя другой более сильной кислоты гель либо не образуется вообще, либо образуется неоднородная структура. В совокупности же эти три компонента образуют однородный по всему объему гель, который формируется при комнатной температуре. D-глюконо-δ-лактон используется здесь также как и в первой системе в качестве мягкого подкислителя, обеспечивая постепенное высвобождение ионов водорода и формирование структуры. В данном случае также имеет место образование буферной системы. Гелеобразование не протекает при рН выше 3,4. Это дает возможность предположить, что для образования гелевой структуры остатки гулуроновой и галактуроновой кислот должны быть частично протонированы, т. к. исходя из значений констант диссоциации для этих кислот (галактуроновая (рКа =3,5) > гулуроновая (рКа =3,65) > D-глюконо-δ-лактон (рКа =3,70)), при рН ≤ 3,4 равновесие их диссоциации смещено влево, т.е. диссоциация подавлена. Судя по-всему, в таких условиях реакции проявляется эффект синергизма «аль­гинат — пектин» и осуществляются межцепочечные пространственные взаимодействия (ассоциации) между звеньями гулуроновой и галактуроновой кислот макромолекул альгината и пектина.

Структура образовавшегося геля зависит от соотношения концентраций альгинат :пектин и кон­центрации D-глюконо-δ-лактона. Наиболее прочные гели получены при соотношении концентраций альгинат :пектин =1:1и концентрации D-глюконо-δ-лактона, обеспечивающей рН ≤ 3,4.

Преимуществом предложенной системы «альгинат натрия — высокоэтерифицированный пектин — D-глюконо-δ-лактон» является то, что она может быть использована для гелеобразования в пищевых средах с низким содержанием сахара или вообще без него, а также при полном отсутствии ионов кальция, что обеспечивает не только экономический эффект, но и социальный.

Дальнейшие исследования в этой области направлены на изучение механизма гелеобразования в системе «альгинат натрия — высокоэтерифицированный пектин — D-глюконо-δ-лактон», факторов, влияющих на него, возможности использования данной системы при разработке технологий пищевых продуктов с новыми текстурами, в том числе и реструктурированных.

Внедрение рассмотренных методов гелеобразования позволит рационально использовать отече­ственное сезонное сырье, расширить ассортимент продовольственных товаров и кулинарной продукции высокого качества и тем самым улучшить структуру питания населения.

Список литературы

1              ПестiнаГ.О. Технологiя реструктурованого напiвфабрикату з динi. 05.18.16 — технологiя продуктiв харчування: автореферат дисертацii на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук. — Харкiв: ХДУХТ, 2009. — 17 с.

2              Пестiна Г. О., Пивоваров Т. П. Сучаснi напрямки в технологii переробки динi: монографiя. — Харкiв: ХДУХТ, 2010. — 163 с.

 

Пестина А. А. Перспективы использования систем на основе альгината натрия и пектина в технологии пищевых продуктов // Материалы V Международной конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», СПбГУНиПТ, 2011. С.255-257.

 

Оставить отзыв