Для зміцнення структури продукту, т. Е. Його консистенції, використовують два типи структуроутворювачі: 1) емульгатори і стабілізатори, 2) а також студнеобразователи, загусники. До Структуроутворювачі відносяться речовини, які створюють умови для зв'язування великої кількості води, збільшують в'язкість продукту, сприяють утворенню стійких суспензій. Консистенцію і реологічні властивості емульсійних продуктів, їх засвоюваність можна регулювати шляхом підбору того чи іншого емульгатора, вибору відповідних технологічних режимів, співвідношення водної та жирової фаз, концентрації емульгатора, рН середовища, температури і способу емульгування.
За джерела виділення розрізняють структурообразователи тваринного, рослинного і мікробіологічного походження.
Класифікація структуроутворювачі за джерелом отримання представлена на рис. 1.
Натуральні структурообразователи - це, як правило, речовини (крім желатину, хітину і деяких ін.) Рослинного або мікробіологічного походження. До ексудату [1] відносять смоли, що виділяються рослинами: гуміарабік, смола Гатті, смола караючи. Екстракти, одержувані з морських водоростей, представлені агаром, агароидом, ал'гінатамі, каррагеном, фурцеллараном. До студнеобразователям, що одержуються з зерен і плодів рослин, відносять крохмалі (з пшениці, кукурудзи, картоплі та ін. Рослин), порошки з насіння сімейства бобових, гуар, тара, арабікогалактан, пектини. До Гідроколлоіди продукуються мікроорганізмами відносять декстран, ксантан, кулдран, геллан, політран і ін.
Напівсинтетичні структурообразрвателі- речовини, як правило, рослинного походження, близько стоять до целюлози або крохмалю. це
похідні натуральних продуктів, фізико-хімічні властивості яких змінені в бажаному напрямку введенням певних функціональних груп. До них відносяться метилцелюлоза, оксиетилцелюлоза, карбоксиметилцелюлоза, амилопектин і деякі інші. До цієї групи стуктурообразователей можна віднести хітозан, що є похідним хітину.
Синтетичні структуробразователі- водорозчинні полівінілові спирти або ефіри, поліакрілефіри і так далі. Вони складаються також з макромолекул.
Натуральні і напівсинтетичні загусники допускаються у виробництві харчових продуктів в обмеженій кількості. Синтетичні загусники застосовують тільки у виробництві косметичних виробів.
Структуроутворювачі вносять до складу харчових продуктів з різноманітними цілями, зокрема, для загущення, емульгування, водоутримання, піноутворення, флокуляції, седиментації, пригнічення кристалізації і черствленія і т.д.
Класифікація структуроутворювачі за метою використання представлена на рис. 2.
Принцип і механізм дії перерахованих добавок заснований на зміні колоїдних систем харчового продукту. У хімічному відношенні речовини, що впливають на консистенцію продукту, як правило, інертні і тому на вивчення їх токсичності звертали менше уваги, ніж на інші харчові добавки. Однак їх токсикологічної оцінкою і впливом на фізіологічні процеси не можна нехтувати, хоча б з тієї причини, що їх вносять в харчові продукти в значно більших кількостях, ніж інші добавки. Відносно високі концентрації цих речовин можуть вплинути на процеси травлення. Вони можуть змінювати характер всмоктування, як харчових речовин, так і сторонніх домішок.
Студнеобразователи - це речовини, здатні формувати при певних умовах (концентрація, температура та ін.) Тривимірні структури гелю, що відносяться до конденсаційно-кристалізаційних нетіксотропним структурам. До студнеобразователям належать агар, желатин, солі альгінових кислот, Каррагенани і ін.
Загусники - речовини, що утворюють у воді високов'язкі розчини. Причому з підвищенням концентрації розчинів їх в'язкість зростає, і при певних значеннях структура системи може перейти з коагуляционной в конденсаційно-крісталлізацілнную. Це означає, що всі студнеобразователи можуть бути загустителями. Наприклад, Каррагенани в залежності від дозування і умов можуть утворювати всі проміжні стадії отриманої структури - від слабких тиксотропних до структури гелю. Типовим представником загусники є мікрокристалічна целюлоза і прості ефіри целюлози, які не утворюють гелів і до класу студнеобразователей не належать.
Емульгатори - речовини, що зменшують поверхневий натяг і здатні утворювати адсорбційні шари на межі поділу фаз. Емульгатори умовно діляться на дві групи:
· Утворюють адсорбційні шари, але не володіють ефектом згущення (не формують структурні сітки гелю), (лецитин, солі жирних кислот і т.п.);
· Високомолекулярні поверхнево-активні речовини (впавши), здатні утворювати колоїдні адсорбційні шари на зовнішній поверхні крапельок жиру, а в безперервній фазі - формувати структурну сітку гелю (поряд з емульгуванням проявляють ефект згущення), (желатин, альгінати, яєчний білок і т.п .).
Однак високомолекулярні сполуки, що утворюють гелі, але не є ПАР, стабілізувати емульсії не можуть.
У практиці отримання емульсій застосовують іоногенні і неіоногенні емульгатори. Високомолекулярні сполуки відносяться до неіоногенних емульгаторів, дифільні молекули яких складаються їх вуглеводневої радикала і вуглеводневого ланцюга з розташованими по всій її довжині полярними, але не здатними до іонізації групами, найчастіше гідроксильних. Молекули йоногенних емульгаторів (наприклад мила) містять йоногенних полярні групи. Залежно від електричного заряду ионогенной групи розрізняють аніоно- і катіоноактивні емульгатори. У харчовій технології використовують, в основному, неіоногенні емульгатори.
Піноутворювачі - це речовини, здатні утворювати захисні адсорбційні шари на поверхні розділу рідкої і газоподібної фаз. Вони виконують дві функції:
· Сприяють утворенню піни при диспергування газу в рідині;
· Забезпечують стійкість структури піни.
Як правило, емульгатори є і пенообразователями, причому кращими пенообразователями, використовуваними в харчовій промисловості, є білки.
Сполучні речовини - харчові клеї, мають високу адгезійною здатністю по відношенню до поверхні частинок харчових продуктів і завдяки цьому пов'язують їх в єдине ціле. Найбільш типовими представниками сполучних речовин є хітозан, карбоксиметилцелюлоза, тонко подрібнена м'язова тканина риб.
Пленкообразователи - високомолекулярні речовини, розчини яких, володіючи відповідною в'язкістю і адгезію, при формуванні через фільєри заданого профілю фіксуються у вигляді плівок. Для формування плівок застосовують два методи:
· Сухий, заснований на випаровуванні розчинника;
· Мокрий, при якому фіксацію плівок проводять в осаджувальної ванні.
У харчовій промисловості в якості плівкоутворювачів широко застосовують желатин і альгінат натрію.
Вимоги, що пред'являються до Структуроутворювачі.
1. Дозволяється використовувати тільки нетоксичні речовини.
2. Застосовувані харчові структурообразователи повинні відповідати вимогам НД по чистоті і ідентичності.
3. Застосування декількох структуроутворювачі одночасно вимагає особливої обережності, так як хімічну взаємодію між ними може привести до утворення токсичних речовин.
4. Повинні бути хімічно інертними по відношенню до компонентів харчових продуктів.
5. Виявляти свої властивості при малихконцентраціях.
6. Мати невисоку вартість.
Переважно, щоб структурообразователи були речовинами натурального походження, тобто були природними компонентами традиційних харчових продуктів.
Щоб надати харчовим продуктам бажану консистенцію або поліпшити її, застосовують різні структурообразователи. До них відносяться загусники, желе- і студнеобразователи. Ними найчастіше є природні полімери, які мають вуглеводну або білкову основу. Загусники утворюють з водою високов'язкі розчини, а структурообразователи і желюючий речовини - гелі. В обох випадках вода виявляється пов'язаної, так як в колоїдних системах вона втрачає свою рухливість, і консистенція харчового продукту змінюється.
З структуроутворюючих речовин найбільшого поширення набули желатин, яєчний альбумін, казеїн, крохмаль, пектин, альгінати, мікрокристалічна і модифікована целюлоза, фосфати (солі ортофосфорної, пірофосфорної або метафосфорной кислот). Для отримання необхідного технологічного ефекту зазначені речовини вносять у кількості від 0,2 до 0,8% від маси напівфабрикату, цукру вносять у кількості не більше 6% від маси напівфабрикату, фосфати - не більше 0,5%.
Стабілізація структури фаршів при зберіганні в замороженому вигляді і в умовах підвищених температур, що викликаються механічною обробкою або нагріванням, досягається використанням цукрів, кухонної солі або фосфатів. При цьому збільшується ВУС фаршів, зростають реологічні показники (максимальне напруження зсуву (ПНС), липкість, в'язкість), що в, кінцевому підсумку, позитивно впливає на органолептичні властивості готового продукту і збільшує його вихід. Поліпшення структурних властивостей фаршів відбувається протягом певного часу після внесення добавок.
У громадському харчуванні для цих цілей використовують в основному борошно, крохмаль, пшеничні хліб і сухарі, яєчний порошок і яйцепро-дукти, кухонну сіль і ін. Кількість цих речовин регламентують-ється нормами закладки.
Білок яйця має високу розчинність, піно-і гелеоб-разующімі властивостями, має хороші адгезійні характеристики, підвищує стабільність і в'язкість емульсій. Основний білок курячо-го яйця - овальбумин - може утворювати гелі та емульсії самостійно і при взаємодії з альбумінами крові, ліпопротеїдом і лізоцин харчової сировини. Білки яєчного жовтка також мають високу емульгує і гелеутворюючого здатністю.
Більшість молочно-білкових препаратів, таких як сухе молоко, казеїнат натрію, молочна сироватка, знежирене молоко, містять водорозчинні білки (лактальбумин, лактглобуліни), які мають високу влагосвязивающую, емульгуючу і піно-творчу здатність.
Фосфатні добавки ефективно підвищують сполучні властивості білків м'яса і риби. Вони являють собою натрієві і калійні солі ортофосфорної, пірофосфорної, тріполіфосфорной і гексаметафосфорной кислот. За хімічною природою, структурою та властивостями фосфати поділяють на дві групи: ортофосфати і поліфосфати. При впливі на м'язовий білок працює тільки залишок фосфорної або поліфосфорною кислот (аніон), тому необхідно, щоб застосовувані фосфати мали високу ступінь дисоціації. Фосфорні добавки підвищують здатність м'язових білків зв'язувати воду і жир, при цьому поліпшується соковитість, ніжність і підвищується вихід продукту; покращують емульгуючу здатність; регулюють рН; є антиокислювачами; можуть надавати слабку антисептичну дію. Гранично допустима кількість фосфатів - 300-500 г на 100 кг сировини.
Важливою характеристикою фосфатів є рН їх 1% розчину. З цієї величині їх підрозділяють на кислі, основні і нейтральні, а також визначають напрямок використання. Кислі фосфати використовують для розм'якшення і набухання сполучнотканинних бел-ков, вони здатні знижувати рН сировини до ізоелектричної точки, в якій влагосвязивающая здатність сировини мінімальна. Лужні фосфати вводять в тузлук при виробництві копченої продукції і при виробленні напівфабрикатів з морозива і худого сировини.
Недоліки фосфорних добавок:
кислі фосфати негативно впливають на гідратацію білкових речовин, але покращують кольороутворення;
нейтральні фосфати мають невисоку ефективність;
лужні фосфати можуть надавати мильний присмак, погіршувати колір продукту і створювати сприятливі умови для розвитку патогенної мікрофлори.
Для вирішення цієї проблеми необхідно використовувати суміші різних фосфатів.
Вплив фосфатів на влагоудерживающую здатність обумовлено їх здатністю змінювати рН середовища, збільшувати іонну силу. Діючи як електроліти, вони пов'язують іони двовалентних металів, викликають дисоціацію актомиозинового комплексу. Вологоємність актину і міозину вище, ніж актомиозинового комплексу за рахунок розширення простору між зростаючою кількістю негативно заряджених білкових груп.
Деякі фосфати погано розчиняються у воді, тому при приготуванні тузлуков в першу чергу розчиняють фосфати, а потім інші компоненти.
При правильному застосуванні фосфатів можна істотно підвищити функціональні властивості сировини: влагоудерживающую здатність - на 2-25%, жіроудержівающую здатність - на 2-3%, стійкість емульсії - на 5-25% і вихід продукту - на 3-7%.
У Росії розроблені наступні фосфати оптимального дії - "Полифан А-Е" і "Полифан А-Е-К".
Основний обсяг крохмалю виробляють з картоплі та кукурудзи, значно менше - з пшениці, рису, сорго, маніоки і інших рослин. Останнім часом широкого поширення набувають модифіковані крохмалі. Модифікацію природних крохмалів проводять з метою збільшення в'язкості, підвищення стабільності продовольчих систем при технологічній обробці, спрямованого регулювання смаку і кольору, поліпшення желирования. В даний час виробляють розщеплені, набухають, заміщені крохмалі.
Крохмалі і крахмалсодержащіе матеріали використовують в якості сполучного і текстурируются компонента у виробництві рубаних напівфабрикатів, паштетів, заморожених м'ясоовочевої продуктів. Для поліпшення формоутворення і забезпечення зв'язку між складовими частинами сировини при обробці холодних мас доцільно використовувати фосфатні набухають крохмалі, особливо амілопектинового і тапіоковий. Застосування даних модифікованих крохмалів забезпечує хорошу якість котлетної маси.
Кукурудзяні крохмалі різних модифікацій широко використовують при виробництві швидкорозчинних супів, соусів, підлив, швидкорозчинних напоїв. При цьому отримують продукти ніжною, кремообразной структури, а напої добре розчинні в холодній воді кімнатної температури.