Синергизм в системах пищевых гидроколлоидов

План

 

Введение

1. Синергизм

1.1 Понятие о синергизме

1.2 Синергизм в системах пищевых гидроколлоидов

1.3 Факторы, влияющие на проявление синергизма

2. Гидроколлоиды. Общие сведения

3. Пектины

3.1 Общие сведения о пектинах

3.2 Применение пектинов

3.3 Растворимость пектинов

3.4 Желирование пектинов

3.5 Комплексообразование пектинов

3.6 Производство пектинов

3.7 Пектин как антитоксикант и радиопротектор

3.8 Особенности использования пектинов

4. Альгинат

4.1Общие сведения об альгинатах

4.2 Общие сведения об альгинате натрия

Заключение

Список литературы

Введение

 

В современной пищевой отрасли наблюдается интенсивный рост требований к потребительским свойствам продукции. Стремление добиться оптимального соотношения цена/качество вынуждает производителей использовать нетрадиционные подходы к решению производственных проблем с целью удовлетворения потребностей всего спектра потребительского рынка, учтивая запросы и покупательную способность различных групп населения.

Следует учитывать, что специалистам в этой области зачастую приходится работать в весьма непростых условиях, когда производственные мощности изношены, качество исходного сырья нестабильно, а жесткие условия рынка ни на минуту не позволяют прервать производственный процесс.

В таких условиях огромная роль отводится использованию пищевых добавок, каждая группа которых несет свои потребительские или технологические функции. При этом необходимо помнить, что рынок функциональных добавок огромен, а успешное применение того или иного ингредиента требует хорошего знания его свойств. В данной работе рассматривается такой класс пищевых добавок, как гидроколлоиды, а именно представители группы полисахаридов: пектин и альгинат натрия.

Нельзя забывать, что, говоря о какой-то конкретной добавке, мы подразумеваем целую группу веществ с широким диапазоном свойств. Поэтому понятие «постоянства уровня качества» всегда подразумевает довольно узкий, но все же диапазон физико-химических свойств, определяемых нормативной документацией. Однако последняя в основном содержит требования к системам на одном конкретном полимере, но не к системам, включающим совокупность нескольких гидроколлоидов.

При использовании сложных, несколько компонентных смесей гидроколлоидов (как в исследуемом случае: систем пектин + альгинат) необходимо точно знать и понимать, каким образом эти компоненты влияют друг на друга. Явление синергизма, при его наличии, должно быть учтено и изучено. Но нельзя не учитывать и индивидуальные характеристики каждого компонента в отдельности.

Дифференциированные характеристики: синергизма, как явления; пектина, как плодового пищевого полисахарида; альгината, как водорослевого пищевого полисахарида - представлены ниже, в основной части реферативного исследования (литературного обзора).

Синергизм

Понятие о синергизме

 

Синергизм (от греч. s ynergos: [ syn ] - вместе; [ ergos ] - действующий, действие) - это взаимодействие двух или более факторов, характеризующееся тем, что их совместное действие существенно превосходит эффект каждого компонента по отдельности (преумножающий эффект).

Для более наглядного пояснения данного явления, на мой взгляд, имеет смысл привести примеры из повседневной жизни и истории:

1) Знания и усилия нескольких человек могут организовываться таким образом, что они взаимно дополняют и усиливают друг друга («Если у Вас есть яблоко и у меня есть яблоко, и мы обменяемся ими, то у каждого так и останется по яблоку. Но, если у Вас есть интересная мысль и у меня - не менее интересная, то, поделившись ими друг с другом, у каждого будет по две замечательных мысли, которые могут дать новую идею, возможно даже не одну» - писáл Марк Твен);

2) Прибыль после слияния нескольких компаний может превосходить сумму прибылей этих компаний до объединения (После приобретения брендов «Сникерс» и «Твикс» капиталооборот компании «Марс Лтд.» увеличился более чем в 3,6 раза);

3) В православии под синергией понимается усилие сил человека и Бога в деле подвига и спасения (принесение Христом себя в жертву ради искупления грехов человечества).

Использование эффекта синергизма - один из наиболее эффективных подходов к созданию высокоактивных, селективных, функциональных систем в технологии пищевых продуктов.

Синергизм компонентов пищевых систем может проявляться простым суммированием или потенцированием эффектов. Эффект суммирования (аддитивный) наблюдается при простом сложении отдельных эффектов каждого из компонентов. Если при введении нескольких веществ их общий эффект превышает (иногда существенно) сумму эффектов отдельных веществ, это свидетельствует о потенцировании (истинный синергизм).

Синергизм может быть прямой (если оба соединения действуют на один субстрат) или косвенный (при разной локализации их действия).

Способность одного вещества в той или иной степени уменьшать эффект другого называют антагонизмом. Данное явление, как следует из определения, противоположно синергизму. Кроме того, выделяют так называемый синергоантагонизм, при котором одни эффекты комбинируемых веществ усиливаются, а другие ослабляются.

 

Пектин

Общие сведения о пектинах

 

Пектиновые вещества или пектины (от греч. pectos - свернувшийся, замёрзший) - полисахариды, образованные остатками галактуроновой и галуроновой кислот. Присутствуют во всех высших растениях, особенно много их во фруктах. Пектины, являясь структурным элементом растительных тканей, способствуют поддержанию в них тургора, повышают засухоустойчивость растений, сохраняемость.

Используются в пищевой промышленности в качестве структурообразователей (гелеобразователей), загустителей, а также в медицинской и фармацевтической промышленности - в качестве физиологически активных веществ с полезными для организма человека свойствами. В промышленных масштабах получают пектиновые вещества в основном из яблочных и/или цитрусовых выжимок, жома сахарной свёклы, корзинок подсолнечника [2].

 

Применение пектинов

 

Пектин для применения в пищевой и фармацевтической промышленности получают кислотной экстракцией из цитрусовых (лайм, лимон, апельсин, грейпфрут), яблочных выжимок, жома сахарной свеклы или из корзинок подсолнечника. Технологическая схема получения пектина предусматривает его очистку после экстракции, осаждение органическими растворителями, сушку, измельчение и стандартизацию. Стандартизация представляет собой процесс модификации свойств пектина, достигаемой физическими и/или химическими способами, с целью приведения их в соответствие с технологическими и рецептурными требованиями производства различных групп пищевых и непищевых продуктов. Пектин является гелеобразователем, стабилизатором, загустителем, влаго-удерживающим агентом, осветлителем, веществом, облегчающим фильтрование и средством для капсулирования, зарегистрирован в качестве пищевой добавки E440. В пищевой промышленности пектин используют в производстве начинок для конфет, фруктовых начинок, кондитерских желейных и пастильных изделий (зефир, пастила, мармелад), молочных продуктов, десертов, мороженого, спредов, майонеза, кетчупа, сокосодержащих напитков и т.д. В фармацевтической и медицинской промышленности пектин используют для капсулирования лекарств, а также для изготовления специальных лечебно-профилактических средств [5].

 

Растворимость пектинов

 

Пектины для промышленного применения, полученные из различных растительных источников, представляют собою порошки без запаха и слизистые на вкус от светло-кремового до коричневого цвета. Цитрусовые пектины обычно светлее яблочных. Во влажной атмосфере пектины могут сорбировать до 20 % воды. В избытке воды они хорошо набухают. Пектины не растворяются в растворах с содержанием сухих веществ более 30 %.

В отличие от сахарного песка, который сразу же после попадания в воду начинает растворяться, частица пектинового порошка, попав в воду, всасывает ее, словно губка, увеличиваясь в размерах в несколько раз, и только после достижения определенного размера начинает растворяться.

Если частицы пектинового порошка при соприкосновении с водой находятся близко друг к другу, то, всасывая воду и разбухая, они слипаются, образуя липкий ком, медленно растворяющийся в воде [7].

Желирование пектинов

 

По особенностям химического строения и структурообразующим характеристикам пектины принято делить на высокоэтерифицированные и низкоэтерифицированные. Первая группа предоставляет более широкие возможности регулирования желеобразования, зато пектины второй группы способны желировать без применения добавок, в частности кислоты. Исходя из этих качеств, и принимается решения об использовании пектинов той или иной группы для конкретных целей и задач. Низкоэтерифицированные пектины зачастую применяют при производстве продуктов с нейтральным, терпким или сладким вкусом (например, со вкусом мяты, корицы, рома и т.д.).

Механизмы желирования у названных групп пектинов отличаются. Высокоэтерифицированные пектины желируют при высоком содержании сухих веществ в среде (например, при высоком содержании сахара) и высокой кислотности; низкоэтерифицированные пектины способны образовывать гели при низких содержаниях сухих веществ и невысокой кислотности. Желирование высокоэтерифицированных пектинов - это процесс, при котором полимерные молекулы в условиях высокой кислотности и высокого содержания сухих веществ, взаимодействуют друг с другом через образование химических связей - водородных мостиков, образуют плотную пространственную структуру, называемую гелем или желе. Молекулы пектина образуют равномерно распределенную трехмерную сеть, связывая при этом большое количество воды. Желирование низкоэтерифицированных пектинов происходит как по механизму желирования высокоэтерифицированных пектинов, так и в результате взаимодействия с ионами поливалентных металлов, например, с ионами кальция Са²⁺. При этом ионы кальция являются связующими звеньями между полимерными молекулами пектина, образующими пространственную структуру геля. Именно гелеобразующая способность пектина является определяющим фактором его широкого применения в пищевой промышленности [6,7].

 

3.5 Комплексообразование пектинов

 

Комплексообразующая способность основана на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых металлов и радиоактивных веществ. Благодаря наличию в молекулах большого количества свободных карбоксильных групп именно низкоэтерифицированные пектины проявляют наибольшую эффективность в отношении связывания вредных веществ. Специальные препараты, содержащие комплексы высоко- и никзоэтерифицированных пектинов, включают в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами, и имеющих контакт с тяжелыми металлами. Специальные высокоочищенные пектины могут быть отнесены к незаменимому веществу для использования в производстве функциональных пищевых продуктов, а также продуктов здорового и специального (профилактического и лечебного) питания. Оптимальная профилактическая доза пектина составляет 3-5 г в сутки, а в условиях радиоактивного загрязнения - 15-18 г [7].

Производство пектинов

 

Производство пектина - динамически развивающийся бизнес с ежегодным увеличением производства на 3-4 %. Мировое производство и рынок пектина в основном сосредоточены в Европе (Германия, Швейцария, Дания, Прибалтика и др.), а также в Аргентине, Бразилии, Южной Африке, Китае. Объем производства составляет приблизительно 28-30 тыс. тон в год. На долю пектина из цитрусовых культур приходится 70 % производимого пектина, на долю яблочных пектинов - 30 %. Ведущими мировыми производителями этого продукта являются компании Herbstreith & Fox, Cargill, Danisco, Unipectin.

В Российской Федерации пектин в основном применяют для производства кондитерских желейных изделий (мармелад, зефир), фруктовых желейных консервов (конфитюр, джем, повидло), кисломолочных продуктов (йогурты). Крупнейший поставщик пектина в Россию - ЗАО "Балтийская группа". Для широкого потребителя в промышленных условиях производят пектин 2 форм - жидкий и порошкообразный. От формы используемого пектина зависят правила смешивания продуктов [7].

 

Альгинат

Заключение

 

Что же дает применение гидроколлоидов, в частности загустителей группы полисахаридов на примере систем «пектин + альгинат», в контексте их совместного синергетического действия?

Во-первых, функциональная активность смеси превышает сумму активностей отдельных компонентов.

Во-вторых, готовая продукция на порядок меньше подвержена процессу синерезиса.

В-третьих, в готовом продукте зачастую улучшаются органолептические показатели.

Данные результаты ожидаемы в связи с предыдущими исследованиями, проводимыми в данной области. Однако полное изучение данной проблемы (синергизма пищевых гидроколлоидов) и конструктивный анализ экспериментальных данных могут быть отражены лишь после серии опытов и осмысления их результатов. Ряд опытов будет поставлен на кафедре Технологии и организации общественного питания Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова в рамках исследований научной школы доктора химических наук, академика РАЕН профессора Птичкиной Наталии Михайловны.

Список литературы

 

1. Ботанико-фармакологический словарь. - М.: «Высшая школа», 1990. - 314с.

2. Булдаков А.В. Пищевые добавки. Справочник. - С-Пб.: Фолио, 2002. - 293с.

3. Гурова Н.В. и др. Функциональные свойства гидроколлоидов // Учебно-методическое пособие «Химия пищевых гидроколлоидов». - 2001. - С. 12-34

4. Кулев Д.Х. Синергизм пищевых добавок // Молочная промышленность. - 2006. - №8. - С. 79-80

5. Нечаев А.П., Кочеткова А.А., Зайцев А.Н. Пищевые добавки. - М.: Колос, 2001. - 355 с.

6. Птичкин И.И., Птичкина Н.М. Пищевые полисахариды. Структурные уровни и функциональность. - Саратов, 2009. - 152 с.

7. Филлипс С.О., Вильямс П.А. и др. Справочник по гидроколлоидам. - СПб.: ГИОРД, 2006. - 536 с.

План

 

Введение

1. Синергизм

1.1 Понятие о синергизме

1.2 Синергизм в системах пищевых гидроколлоидов

1.3 Факторы, влияющие на проявление синергизма

2. Гидроколлоиды. Общие сведения

3. Пектины

3.1 Общие сведения о пектинах

3.2 Применение пектинов

3.3 Растворимость пектинов

3.4 Желирование пектинов

3.5 Комплексообразование пектинов

3.6 Производство пектинов

3.7 Пектин как антитоксикант и радиопротектор

3.8 Особенности использования пектинов

4. Альгинат

4.1Общие сведения об альгинатах

4.2 Общие сведения об альгинате натрия

Заключение

Список литературы

Введение

 

В современной пищевой отрасли наблюдается интенсивный рост требований к потребительским свойствам продукции. Стремление добиться оптимального соотношения цена/качество вынуждает производителей использовать нетрадиционные подходы к решению производственных проблем с целью удовлетворения потребностей всего спектра потребительского рынка, учтивая запросы и покупательную способность различных групп населения.

Следует учитывать, что специалистам в этой области зачастую приходится работать в весьма непростых условиях, когда производственные мощности изношены, качество исходного сырья нестабильно, а жесткие условия рынка ни на минуту не позволяют прервать производственный процесс.

В таких условиях огромная роль отводится использованию пищевых добавок, каждая группа которых несет свои потребительские или технологические функции. При этом необходимо помнить, что рынок функциональных добавок огромен, а успешное применение того или иного ингредиента требует хорошего знания его свойств. В данной работе рассматривается такой класс пищевых добавок, как гидроколлоиды, а именно представители группы полисахаридов: пектин и альгинат натрия.

Нельзя забывать, что, говоря о какой-то конкретной добавке, мы подразумеваем целую группу веществ с широким диапазоном свойств. Поэтому понятие «постоянства уровня качества» всегда подразумевает довольно узкий, но все же диапазон физико-химических свойств, определяемых нормативной документацией. Однако последняя в основном содержит требования к системам на одном конкретном полимере, но не к системам, включающим совокупность нескольких гидроколлоидов.

При использовании сложных, несколько компонентных смесей гидроколлоидов (как в исследуемом случае: систем пектин + альгинат) необходимо точно знать и понимать, каким образом эти компоненты влияют друг на друга. Явление синергизма, при его наличии, должно быть учтено и изучено. Но нельзя не учитывать и индивидуальные характеристики каждого компонента в отдельности.

Дифференциированные характеристики: синергизма, как явления; пектина, как плодового пищевого полисахарида; альгината, как водорослевого пищевого полисахарида - представлены ниже, в основной части реферативного исследования (литературного обзора).

Синергизм

Понятие о синергизме

 

Синергизм (от греч. s ynergos: [ syn ] - вместе; [ ergos ] - действующий, действие) - это взаимодействие двух или более факторов, характеризующееся тем, что их совместное действие существенно превосходит эффект каждого компонента по отдельности (преумножающий эффект).

Для более наглядного пояснения данного явления, на мой взгляд, имеет смысл привести примеры из повседневной жизни и истории:

1) Знания и усилия нескольких человек могут организовываться таким образом, что они взаимно дополняют и усиливают друг друга («Если у Вас есть яблоко и у меня есть яблоко, и мы обменяемся ими, то у каждого так и останется по яблоку. Но, если у Вас есть интересная мысль и у меня - не менее интересная, то, поделившись ими друг с другом, у каждого будет по две замечательных мысли, которые могут дать новую идею, возможно даже не одну» - писáл Марк Твен);

2) Прибыль после слияния нескольких компаний может превосходить сумму прибылей этих компаний до объединения (После приобретения брендов «Сникерс» и «Твикс» капиталооборот компании «Марс Лтд.» увеличился более чем в 3,6 раза);

3) В православии под синергией понимается усилие сил человека и Бога в деле подвига и спасения (принесение Христом себя в жертву ради искупления грехов человечества).

Использование эффекта синергизма - один из наиболее эффективных подходов к созданию высокоактивных, селективных, функциональных систем в технологии пищевых продуктов.

Синергизм компонентов пищевых систем может проявляться простым суммированием или потенцированием эффектов. Эффект суммирования (аддитивный) наблюдается при простом сложении отдельных эффектов каждого из компонентов. Если при введении нескольких веществ их общий эффект превышает (иногда существенно) сумму эффектов отдельных веществ, это свидетельствует о потенцировании (истинный синергизм).

Синергизм может быть прямой (если оба соединения действуют на один субстрат) или косвенный (при разной локализации их действия).

Способность одного вещества в той или иной степени уменьшать эффект другого называют антагонизмом. Данное явление, как следует из определения, противоположно синергизму. Кроме того, выделяют так называемый синергоантагонизм, при котором одни эффекты комбинируемых веществ усиливаются, а другие ослабляются.

 

Синергизм в системах пищевых гидроколлоидов

 

С точки зрения физической химии, заливные, желированные, вязко-жидкие продукты представляют собой гелеобразные системы, роль гелеобразователя (студнеобразователя) в которых зачастую выполняют полисахариды (в ряде случаев - белки). Использование в таких системах смесей пищевых добавок, обладающих гелеобразующими свойствами и синергетическим эффектом, позволяет корректировать нестабильные функционально-технологические свойства сырья и продукта, а также снизить экономические затраты на достижение требуемого эффекта [4].

Основными требованиями, предъявляемыми к функциональным свойствам гелеобразователей, являются низкая критическая концентрация гелеобразования, высокая прочность, отсутствие синерезиса. Кроме того, учитываются санитарно-гигиенические показатели, органолептические свойства добавки, удобство применения и цена. Все вышеназванные параметры могут быть достигнуты с меньшими затратами и лучшим результатом при использовании несколько компонентной системы синергетиков.

Одним из наиболее эффективных гелеобразователей является альгинат, основные недостатки которого (относительная «хрупкость» гелей и наличие частичного синерезиса), можно устранить при его совместном использовании с другими полисахаридами, например с пектином, который лишен данных недостатков. Применение таких композиций позволяет целенаправленно регулировать структурно-механические свойства гелей (студней), а также снижать затраты на производство продукции [6]. Многие исследователи отмечают синергизм между каррагинаном и галактоманнанами (камедь рожкового дерева, гуаровая камедь, камедь тары и т.д.).

Тем не менее, четкое однозначное объяснение механизма этого явления отсутствует. Это не позволяет на качественном уровне предсказывать структуру сложных систем и химическое взаимодействие их компонентов.

Последние три года в лаборатории ЗАО «Компания Милорд» было предпринято систематическое изучение явление синергизма пищевых полисахаридов. Результаты исследований легли в основу создания рецептур и технологий пищевых добавок - стабилизирующих комплексов на основе альгинатов, каррагинанов, пектинов, разлтчных камедей [5].

Из выше сказанного следует, что комплексы пищевых стабилизаторов/загустителей представляют собой сложные смеси полисахаридов, каждый из которых оказывает влияние на свойства итогового продукта. Очевидно, что при варьировании соотношения полисахаридов в смеси можно регулировать свойства композиции в целом. Именно этот факт позволил создать различные комплексы для различных нужд (соусов, заливных мясных и рыбных, желе и др.).