Hydrokoloidy roślinne są to biopolimery o dużej masie cząsteczkowej rozpuszczalne lub tworzące zawiesinę w wodzie. Ich znaczenie w przetwórstwie mięsa opiera się przede wszystkim na: zdolności wiązania dużych ilości wody oraz łatwości tworzenia trwałych żeli.
Często posiadają one również właściwości wspomagające emulgowanie, rozpraszające, wypełniające i tworzenia powłok ochronnych. Znajdują one szerokie zastosowanie w wytwarzaniu nietrwałych wędlin drobnorozdrobnionych, wędzonek, konserw oraz pasztetów.
Wszystkie hydrokoloidy są polimerami o dużej masie cząsteczkowej, co determinuje ich właściwości funkcjonalne. Cząsteczki mają charakter liniowy z bocznymi łańcuchami, jednakże kształt cząsteczek może ulegać zmianie w roztworze wodnym. Wewnętrzne wiązania czy też obecność ładunków w grupach mogą przyczyniać się do zwijania cząstek w formy spiralne (helisy) lub tworzenia długich form łańcuchowych, co wpływa w istotny sposób na takie właściwości, jak lepkość i stabilność roztworów.
Do podstawowych właściwości hydrokoloidów zalicza się dyspresyjność i rozpuszczalność oraz lepkość i żelowanie. Bardzo często, ze względu na duże rozmiary cząstek, hydrokoloidy trudno jest zdyspergować w wodzie, ponieważ proces hydratacji zachodzi bardzo szybko i łatwo tworzą się zbrylenia, wewnątrz nie uwodnione, lub następuje trudne do rozproszenia zżelowanie w warstwie powierzchniowej. Zgodnie z definicją hydrokoloidy są rozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalniku polarnym, ale różnią się znacznie stopniem rozpuszczalności oraz optymalną temperatura tego procesu.
Karageny i karageny hybrydowe
Do najczęściej stosowanych hydrokoloidów w technologii mięsa zalicza się karagen. W zależności od liczby grup siarczanowych w łańcuchu polisacharydowym oraz ich umiejscowienia rozróżniamy pięć typów karagenów, tj. kappa (κ), iota (ι), lambda (λ), mi (μ), nu (ν), przy czym w przemyśle spożywczym największe i decydujące znaczenie mają trzy pierwsze rodzaje. Łańcuch tworzący strukturę karagenu nie jest jednorodny, ale można w nim wyróżnić powtarzalne jednostki, odpowiadające podstawowej budowie dwucukrów.
Karageny są rozpuszczalne w wodzie, dając roztwory o dużej lepkości. Właściwość ta jest spowodowana ich nierozgałęzioną, liniową strukturą i polieletryczną naturą. Wzajemne odpychanie się wielu ujemnie naładowanych grup estrowych kwasu siarkowego, rozmieszczonych wzdłuż łańcucha polimeru jest przyczyną rozproszenia cząsteczek w roztworze, co jest wywołane otoczeniem cząsteczkami wody grup hydrofilowych karagenu. Do bardzo interesujących należą karageny wielofrakcyjne otrzymywane z wodorostów morskich Gigartina, Chondrus spp. i Eucheuma spp. należących do klasy Rodophyceae. Zbudowane są z odpowiednio wyselekcjonowanych frakcji karagenu głównie typu kappa, iota oraz lambda, dzięki czemu tworzą twarde, elastyczne, stabilne żele. Standaryzacja otrzymanych mieszanin różnych frakcji karagenu za pomocą chlorku potasu, chlorku sodu, cukrów zapewnia stałą, wysoką siłę żelowania. Karageny hybrydowe wykazują niezwykle silne powinowactwo do białek mięsa, oddziaływując synergistycznie z innymi dodatkami funkcjonalnymi takimi jak białka zwierzęce i sojowe, skrobie, gumy oraz błonniki, które powszechnie stosowane są w przetwórstwie. Charakteryzują się uniwersalnością zastosowań oraz metod aplikacji. Mogą być dodawane podczas kutrowania, mieszania oraz jako składnik solanek peklujących zarówno nastrzykowych, jak i zalewowych. Tworząc roztwory tiksotropowe (pseudoplastyczne) mają ograniczoną sedymentację, jak również zmniejszają osiadanie na filtrach nastrzykiwarek innych składników solanek takich jak: białka, skrobie itp. Karageny hybrydowe w produktach pakowanych próżniowo oraz MAP ograniczają znacząco podcieki wolnej solanki. Tworzą stabilny żel nawet podczas wysokotemperaturowej obróbki cieplnej, dzięki czemu mogą być stosowane w produkcji konserw sterylizowanych. Stanowią również doskonały dodatek do kiełbas parzonych i wędlin blokowych wysokowydajnych. Stosowane w wędzonkach zapewniają uzyskanie wysokich wydajności końcowych. W przemyśle mięsnym stosuje się hydrokoloidy w celu polepszenia soczystości, konsystencji i wydajności gotowych wyrobów. Dodawane w niedużych ilościach mają wielką zdolność wiązania wody, co pozwala zredukować jej straty w czasie obróbki cieplnej, polepszając jednocześnie konsystencję gotowego wyrobu.
Alginiany i mieszanki alginianowe
Pośród naturalnych hydrokoloidów stosowanych w produkcji żywności rozbudowaną grupę tworzą alginiany (E 400, E 401, E 402, E 403, E 404, E 405). Alginiany otrzymuje się z alg brunatnych zwłaszcza z Macrocystis pyrifera sięgających 60 m długości. W Europie surowcem do produkcji alginianów są algi Ascophyllum nodosum i Laminaria hyperborea. W macierzystych roślinach związki te tworzą strukturę wiążącą wodę, przez co zapobiegają ich wysychaniu przy wystawieniu na działanie powietrza, np. w warunkach odpływu. Chemiczne właściwości alginianów stwarzają duże możliwości kształtowania procesu żelowania produktów spożywczych. Pod względem chemicznym alginiany są solami lub estrami kwasu alginowego, który jest polimerem kwasów guluronowego i mannuronowego o zmiennym udziale obu składników. W roztworach obojętnych są one prawie całkowicie zdysocjowane na cząstki o ujemnych ładunkach i mają właściwość zwiększania lepkości. Obniżenie pH znosi elektrostatyczne siły odpychania, łańcuchy cząsteczek wzajemnie zbliżają się i mają skłonność tworzenia żelu.
Kwas alginowy jest liniowym kopolimerem zbudowanym z dwóch jednostek: kwasu D-mannuronowego i kwasu L-guluronowego. W cząsteczce kwasu alginowego występują przemiennie bloki złożone z wielu jednoimiennych monomerów kwasu D-mannuronowego lub L-guluronowego, nazywane blokami M lub G. W obecności jonów wapnia lub innych dwuwartościowych kationów o podobnej wielkości (np. Ba+2, Sr+2), kwas alginowy tworzy żel. Makrocząsteczki kwasu alginowego przyjmują wtedy uporządkowaną konfigurację, polegającą na dimeryzacji jednostek w blokach złożonych z jednostek L-guluronowych. Dwa sąsiadujące łańcuchy kwasu tworzą skoordynowaną strukturę, w której w przestrzeń pomiędzy dimerami wbudowuje się jon wapnia i wiąże grupy karboksylowe i elektroujemne atomy tlenu grup hydroksylowych. „Wpasowanie” się jonów wapnia w przestrzenną strukturę makromolekuł kwasu, geometrycznie przypomina budowę opakowania do transportu jaj (egg box). Ponieważ żelowanie wywołane jonami wapnia zachodzi w blokach złożonych z jednostek G, liczba tych bloków, ich długość oraz przemienność z blokami M określa właściwości żeli otrzymanych z kwasów alginowych różnego pochodzenia. Alginiany mogą być stosowane jako środki zagęszczające do zagęszczania sosów, stabilizujące oraz mogą być wykorzystywane jako czynnik tworzący film przy powlekaniu wyrobów wędliniarskich i rybnych. Do produkcji wędlin bezosłonkowych stosuje się najczęściej alginian sodu. Ponadto alginiany mają zdolność wiązania wody bez obawy o synerezę. Poziom dodatku alginianów do żywności wynosi od 0,1% do 1,5%. Dzięki stosunkowo szybkiemu żelowaniu pod wpływem jonów wapniowych alginian sodu znalazł również zastosowanie w produkcji żywności restrukturyzowanej – jako lepiszcze do małych kawałków mięsa (zwierząt rzeźnych, drobiu, ryb). Unikatowy system żelowania, powoduje, że wytworzone żele posiadają cechy wysokiej termostabilności.
Skrobie i skrobie modyfikowane
Dodatek skrobi ma na celu zwiększenie wiązania wody, stabilizację farszu, ograniczenie ubytków termicznych, a tym samym zwiększenie uzysku produktu. Efekty takie uzyskuje się dzięki właściwości skrobi do pęcznienia w gorącej wodzie i tworzenia rozworów o dużej lepkości na skutek kleikowania skrobi. Kleikowanie skrobi, lepkość roztworów oraz chrakterystyka żeli skrobiowych zależy nie tylko od stosunku ilościowego amylozy do amylopektyny, temperatury obróbki termicznej, ale i od rodzaju i ilości innych obecnych składników w danym układzie żywnościowym (np.tłuszczu, emulgatorów).
Bardzo słaba rozpuszczalność w zimnej wodzie, brak właściwości emulgujących, tworzenie nieprzezroczystych żeli, wyklucza lub znacznie ogranicza wykorzystanie tego składnika w produkcji wędzonek, konserw pasteryzowanych czy sterylizowanych, paszetów. Stosowanie skrobi jest natomiast atrakcyjne w popularnej w naszym kraju grupie kiełbas parzonych. Należy jednak pamiętać, że im większy dodatek skrobi tym w większym stopniu następuje zubożenie smakowitości i pogorszenie typowej dla produktów mięsnych tekstury. Uwzględnić należy również podatność skrobi natywnej na retrogradację, objawiającą się niekorzystnym zjawiskiem synerezy. Czynnikami przyspieszającymi retrogradację są operacje mechaniczne i termiczne, a szczególnie tak powszechnie stosowany w przetwórstwie żywności oraz jej przechowywaniu i dystrybucji, proces zamrażania i rozmrażania. Tym niemniej ze względu na powszechną dostępność i atrakcyjną cenę skrobie natywne są jednym z najbardziej rozpowszechnionych surowców, wypełniaczy stosowanych w przetwórstwie żywności.
Preparatami skrobiowymi o znacznie udoskonalonych właściwościach funkcjonalnych są skrobie modyfikowane. Modyfikacje skrobi prowadzić można metodami fizycznymi, chemicznymi i enzymatycznymi. Największe możliwości w otrzymywaniu wysokofunkcjonalnych skrobi daje modyfikacja chemiczna. Stosując różnego rodzaju zabiegi modyfikacyjne, jak depolimeryzację kwasami, solami i alkaliami, działanie substancjami utleniającymi, podstawiające działanie czynnikami estryfikującymi i eteryfikującymi, usieciowanie międzycząsteczkowe oraz równoczesne modyfikacje dwoma i więcej sposobami można otrzymać produkty o pożądanych właściwościach funkcjonalnych. Większość z otrzymanych w ten sposób produktów nie zalicza się już do składników dodanych, a do grupy oznakowanych symbolem E substacji dodatkowych.