Гидроколлоидами растительного происхождения являются биополимеры с большой молекулярной массой, растворимые или образующие суспензии в воде. Их важность в переработке мяса связана, прежде всего, с их высокой водосвязывающей способностью (ВСС) и способностью легкого образования стабильных гелей.
Часто они также обладают свойствами, облегчающими эмульгирование, диспергирующими, наполняющими и создающими защитные оболочки. Они находят широкое применение при производстве колбасных изделий с небольшим сроком хранения, копченостей, консервов и паштетов.
Все гидроколлоиды являются полимерами с большой молекулярной массой, что определяет их функциональные свойства. Их молекулы имеют линейный характер строения с боковыми цепочками, однако, форма молекулы может подвергаться изменениям в водном растворе. Внутренние связи, а также наличие зарядов в группах могут стать причиной сворачивания молекул и приобретения ими спиралевидных форм (спиралей) или приводить к появлению длинных цепочек, что в значительной мере влияет на такие свойства, как вязкость и стабильность растворов.
К основным свойствам гидроколлоидов относятся диспергируемость и растворимость, а также вязкость и гелеобразование. Часто, из-за больших размеров молекул, гидроколлоиды трудно диспергировать в воде, так как процесс гидратации происходит очень быстро и легко, образуются безводные внутри комки или происходит трудная для диспергирования желатинизация в поверхностном слое. Согласно определению, гидроколлоиды являются растворимыми в воде и полярном растворителе, однако они могут иметь значительные различия по степени растворимости и оптимальным температурам данного процесса.
Каррагинаны и гибридные каррагинаны
К наиболее используемым в технологических процессах переработки мяса гидроколлоидамотносится каррагинан. В зависимости от количества сульфатных групп в полисахаридной цепи, а также их локализации различают пять типов каррагинанов: каппа (κ), йота (ι), лямбда (λ), мю (μ), ню (ν), при этом в пищевой промышленности первостепенное значение имеют три первых вида. Цепочка, составляющая структуру каррагинана, неоднородна, однако в ней можно выделить повторяющиеся единицы, соответствующие основной структуре дисахаридов.
Каррагинаны растворяются в воде, создавая растворы, обладающие большой вязкостью. Данное свойство объясняется их неразветвленной, линейной структурой и полиэлектролитными свойствами. Взаимное отталкивание большого количества отрицательно заряженных сложноэфирных групп серной кислоты, размещенных вдоль цепи полимера, является причиной дисперсии молекул в растворе, вызванной окружением гидрофильных групп каррагинана молекулами воды. К наиболее интересным относятся многофракционные каррагинаны, получаемые из морских водорослей Gigartina, Chondrusspp. и Eucheumaspp., принадлежащих к классу Rodophyceae. Они состоят из специально подобранных фракций каррагинана, прежде всего типа каппа, йота и лямбда, благодаря чему они создают твердые, эластичные и стабильные гели. Стандартизация полученных с помощью хлорида калия, хлорида натрия и сахаров смесей различных фракций каррагинана обеспечивает постоянную высокую степень желирования. Гибридные каррагинаны проявляют необычайно сильное сродство с белками мяса, воздействуя синергически с другими функциональными добавками, такими как соевые белки и белки животного происхождения, крахмалы, камедь и клетчатка, которые широко применяются в перерабатывающей пищевой промышленности. Они характеризуются универсальностью применения и методов аппликации. Они могут добавляться во время куттерования, смешивания, а также в качестве компонента рассолов для засолки, как инъекционных, так и заливных. Создавая тиксотропные (псевдопластичные) растворы, они характеризуются ограниченной седиментацией, а также предотвращают оседание на фильтрах инъекторов других компонентов рассолов, таких как: белки, крахмалы и т.п. Гибридные каррагинаны в продуктах, упакованных в вакууме и MAP, значительно ограничивают вытекание свободного рассола. Они образуют устойчивый гель даже во время высокотемпературной термической обработки, благодаря чему могут применяться при производстве стерилизованных консервов, а также являются прекрасной добавкой для вареных колбас и блочных низкозатратных колбасных изделий. Применяемые при производстве копченостей, они гарантируют получение высокой эффективности. В мясной промышленности гидроколлоиды применяются для улучшения сочности, консистенции и питательной ценности готовых изделий. Добавляемые в небольшом количестве, они имеют высокую водосвязывающую способность, что позволяет сократить ее потери при термообработке, при этом улучшая консистенцию готового продукта.
Альгинаты и альгиновые смеси
Среди натуральных гидроколлоидов, применяемых в производстве пищи, обширную группу составляют альгинаты (E 400, E 401, E 402, E 403, E 404, E 405). Альгинаты получают из бурых водорослей, прежде всего из Macrocystispyrifera, достигающих 60 метров длины. В Европе сырьем для производства альгинатов являются водоросли Ascophyllumnodosum и Laminariahyperborea. В материнских растениях эти соединения образуют структуру, связывающую воду, что предотвращает их высыхание в условиях воздействия воздуха, например, при отливах. Химические свойства альгинатов обеспечивают хорошие возможности прохождения процесса желирования пищевых продуктов. С точки зрения химии альгинаты - это соли или сложные эфиры альгиновой кислоты, которая является полимером гулуроновой или маннуроновой кислот с переменным участием обоих компонентов. В нейтральных растворах они почти полностью диссоциируются на молекулы с отрицательными зарядами и обладают обладают свойством увеличения клейкости. Снижение pH уменьшает электростатические силы отталкивания, цепи молекул взаимно приближаются, что проявляется в способности создавать гель.
Альгиновая кислота является линейным кополимером, образованным из двух единиц: D-маннуроновой и L- гулуроновой кислоты. В молекуле альгиновой кислоты чередуются блоки, состоящие из большого количества одноименных мономеров D-маннуроновой и L-гулуроновой кислоты, называемые блоками M или G. Под воздействием ионов кальция или других двухвалентных катионов подобной величины (напр. Ba+2, Sr+2), альгиновая кислота образует гель. Макромолекулы альгиновой кислоты принимают тогда упорядоченную конфигурацию, заключающуюся в димеризации единиц в блоках, состоящих из L-гулуроновых единиц. Две соседние цепи кислоты создают скоординированную структуру, в которой в пространство между димерами встраивается ион кальция и связывает карбоксильные группы и электроотрицательные атомы кислорода гидроксильных групп. «Встраивание» ионов кальция в пространственную структуру макромолекул кислоты, геометрически напоминает конструкцию упаковки для транспортировки яиц (eggbox). Так как желирование, вызванное ионами кальция, происходит в блоках, состоящих из G единиц, количество этих блоков, их длина, а также чередование с блоками М, определяет свойства гелей, полученных из альгиновых кислот разного происхождения. Альгинаты могут применяться в качестве загустителей и стабилизаторов для загущения соусов, а также могут использоваться в качестве пленкообразователя при нанесении оболочек на мясные и рыбные изделия. При производстве колбасно-копченых изделий без оболочек чаще всего применяется альгинат натрия. Кроме того, альгинаты обладают высокой водосвязывающей способностью и при этом не склонны к синерезису. Уровень добавления альгинатов в продовольственные продукты составляет от 0,1% до 1,5%. Благодаря сравнительно быстрому желированию под влиянием ионов кальция альгинат натрия также нашел применение в производстве реструктурированной пищи – в качестве связующего средства для небольших кусочков мяса (убойных животных, птицы, рыбы). Уникальная система желирования приводит к тому, что образующиеся гели обладают высокой термостабильностью.
Крахмалы и модифицированные крахмалы
Добавление крахмала используется с целью повышения водосвязывающей способности, стабилизации фарша, ограничения потерь при тепловой обработке, тем самым увеличивая объем полученного продукта. Это становится возможным благодаря свойству крахмала набухать в горячей воде, и в результате клейстеризации крахмала создавать коллоидный раствор с высокой вязкостью. Клейстеризация крахмала, вязкость раствора и характеристика крахмальных гелей зависят не только от количественного соотношения амилозы и амилопектина, температуры тепловой обработки, но и от вида и количества других компонентов, которые присутствуют в данной продовольственной системе (напр. жиры, эмульгаторы).
Крайне низкая растворимость в холодной воде, отсутствие эмульгирующих свойств, образование непрозрачных гелей исключает или значительно ограничивает использование этого компонента в производстве копченостей, пастеризованных или стерилизованных консервов, паштетов. В то же время, использование крахмала распространено при производстве популярного в нашей стране вида вареных колбас. Однако следует помнить, что чем больше добавлено крахмала, тем в большей степени происходит потеря вкусовых качеств ухудшение типичной для мясных продуктов структуры. Следует также принять во внимание подверженность нативного крахмала ретроградации, проявляющейся в неблагоприятном явлении синерезиса. Факторами, ускоряющими ретроградацию являются механические и термические операции, особенно широко применяемые при переработке пищевых продуктов, а также при хранении и дистрибуции, в особенности процессы замораживания и размораживания. Тем не менее, в связи с доступностью и привлекательной ценой, нативный крахмал является одним из наиболее распространенных видов сырья, наполнителей, применяющихся в пищевой промышленности.
Крахмальными препаратами обладающими значительно лучшими функциональными свойствами, являются модифицированные крахмалы. Модификацию крахмала можно проводить физическими, химическими и энзиматическими методами. Лучшие возможности получения высокофункционального крахмала дает химическая модификация. Используя различные виды модификационных процедур, такие как: деполимеризация кислотами, солями и щелочами, воздействие окислителями, замещающее воздействие веществами эстрификации и этерификации, сшивание поперечных молекул, а также одновременная комбинированная модификация двумя или более способами одновременно, можно получить продукты обладающие требуемыми функциональными свойствами. Большинство полученных таким образом продуктов уже не относятся к добавленным веществам, а к группе дополнительных веществ, обозначаемых символом Е.