Пищевые добавки

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Моно- и диглицериды жирных кислот и их производные (E471, Е472а—E472g). Наиболее известная группа эмульгаторов, промышленное производство которых началось в 20-е годы XX в. Сегодня их доля в общем потреблении пищевых эмульгаторов составляет около 60%.

В группу пищевых добавок глицеридной природы входят неполные ацилглицерины (моно- и диглицериды), которые в промышленности получают глицеролизом жиров и масел или этерификацией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами, а также продукты их этерификации по первичной гидроксилъной группе пищевыми низкомолекулярными кислотами — уксусной, молочной, винной, диацетилвинной и лимонной.

Известны различные типы моноглицеридов, которые в зависимости от вида исходного жирового сырья и технологии получения могут содержать от 40 до 60 % фракции моноэфира в смеси с ди- (34—50 %) и триглицеридами (3,5—10 %) со значениями йодного числа, характеризующего степень непредельности ацилов жирных кислот, от 1 до 100 и температурой плавления от 40 до 70 °С.

При молекулярной дистилляции продуктов глицеролиза получают дистиллированные моноглицериды, содержащие не менее 90 % моноэфира, представляющего собой смесь α- и β-кристаллических форм, из которых наиболее активной с позиций функциональности является α-форма. Содержание α-формы может варьировать в интервале 40-90 %.

Общая формула, объединяющая эту группу добавок, может быть представлена следующим образом:

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Х1 — Н-моноглицериды (приХ2=Н) или их производные при Х2 (см. таблицу 1);

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

диглицериды (приХ2=Н) или их производные приХ2см. таблицу 1);

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)— ацил высшей жирной кислоты

В качестве пищевых добавок разрешены семь сложноэфирных модификаций неполных ацилглицеринов, представленных в таблице 1.

Три из них, как и исходные моно- (МГ) и диглицериды (ДГ), относятся к группе безопасных добавок — статус GRAS, применяемых без ограничений. Для остальных допустимая суточная доза (ДСД) составляет 30мг/кг, а для добавки Е472е — даже 50 мг/кг массы тела человека.

Таблица 1 - Пищевые добавки глицеридной природы
Таблица 1 — Пищевые добавки глицеридной природы

Все добавки этой подгруппы — липофильные неионогенные эмульгаторы.

С учетом промышленной технологии получения этой группы добавок в число специфических критериев их чистоты наряду с показателями, характеризующими содержание основного вещества, включены ограничения по содержанию глицерина и свободных жирных кислот (таблица 2).

Таблица 2 - Критерии чистоты глицеридов и их производных
Таблица 2 — Критерии чистоты глицеридов и их производных

По своим технологическим функциям пищевые добавки глице-ридной природы являются эмульгаторами и стабилизаторами пищевых дисперсных систем. Их модификация с образованием различных производных (таблица 1) позволяет направленно изменять ГЛБ молекул и, следовательно, их поверхностную активность на границах раздела фаз.

Дефиниции этих добавок, связанные с образованием и стабилизацией однородных дисперсных систем из двух и более несмешивающихся фаз, определяют основные области их применения в пищевых продуктах.

Введение в структуру глицеридных молекул ацилов низкомолекулярных кислот обеспечивает формирование новой технологической функции комплексообразования

Производные моноглицеридов нашли применение в кондитерской промышленности, хлебопечении, при производстве майонезов и маргаринов, мороженого, напитков, макаронных изделий и т. д.

Применение моно- и диацилглицеринов в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствения, в макаронной промышленности позволяет механизировать технологический процесс и повысить качество изделий (макароны перестают быть клейкими). В производстве маргаринов и майонезов добавки моно- и диацилглицеринов оказывают эмульгирующее, стабилизирующее и пластифицирующее действие.

Фосфолипиды (Е322, Е442). Наиболее популярны в этой группе природные лецитины (Е322), имеющие синтетический аналог под названием «аммониевые фосфатиды» (Е442).

В соответствии с Директивой Европейского Союза лецитины (Е322) представляют собой смесь фракций фосфатидов, полученную из животных или растительных объектов физическими методами, включающими использование ферментов. Содержание в этой смеси веществ, нерастворимых в ацетоне (собственно фосфолипидов), составляет не менее 56—60 %.

Коммерческие лецитины включают следующие основные фракции: фосфатидилхолины, т. е. собственно лецитины (до 25 %), фос-фатидилэтаноламины (до 25 %), фосфатидилсерины (до 15 %), фосфатидилинозиты и фосфатидные кислоты (5—10 %).

Аммониевые фосфатиды (Е442) представляют собой смесь аммониевых солей различных фосфатидных кислот, являющихся продуктами взаимодействия ортофосфорной кислоты с одним, двумя или тремя остатками ацетилглицеринов.

В соответствии с Директивой ФАО—ВОЗ для синтетических аналогов содержание связанного фосфора регламентируется в пределах 3,0—3,4%, а содержание азота — 1,2—1,5%.

Общая формула и основные фракции природных и синтетических фосфолипидов представлены ниже.

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Аммониевые  фосфатиды (Е442): Х= N+H4 → аммониевая соль фосфатидной кислоты. Основным источником промышленного получения лецитинов для пищевой промышленности служат масличные культуры (главным образом соя, реже — подсолнечник), из которых их выделяют гидратацией масел. Концентрированным источником фосфолипидов животного происхождения является яичный желток. Фракционный состав фосфолипидов сои и яичного желтка представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Фракционный состав (%) фосфолипидов сои и яичного желтка
Таблица 3 — Фракционный состав (%) фосфолипидов сои и яичного желтка

На базе растительных фосфолипидов сои и яичного желтка получают продукты различного состава и свойств, которые делят на три группы:

  • стандартизованные и модифицированные лецитины в масляном состоянии;
  • обезжиренные лецитины в порошкообразном и гранулированном виде;
  • фосфолипидные фракции в масляном и порошкообразном виде.

В странах Европы, Соединенных Штатах Америки и Японии лецитины имеют статус GRAS, их применение в пищевых продуктах не лимитируется.

Специфические критерии чистоты кроме содержания фосфолипидов включают ряд других показателей. Перечень этих показателей и их регламентируемые значения представлены ниже

Специфические критерии чистоты кроме содержания фосфолипидов включают ряд других показателей.

Принципиально возможны два способа модификации стандартных фосфолипидов: ферментативный и химический.

Продукты ферментативной модификации фосфолипидов могут быть различны. В зависимости от природы используемой фосфолипазы А происходит направленное отщепление ацила высших жирных кислот из первого или второго положения с образованием соответствующих лизоформ: лизофосфатидилхолина, лизофосфатидилэтаноламина и т.д. Под действием фосфолипазы В деэтерификация идет и в первом, и во втором положении, а фосфолипазы С и D, не затрагивая ацилов высших жирных кислот, осуществляют гидролиз в фосфорнокислой группе и приводят к образованию диацилглицеринов (фосфолипаза С) или фосфатидных кислот (фосфолипаза D):

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Во всех случаях конечный продукт ферментативной модификации не должен проявлять ферментативной активности.

Химическая модификация может протекать по двум направлениям:

  • обработка пероксидом водорода с образованием гидроксилированого  лецитана:обработка пероксидом водорода с образованием гидроксилированого лецитана
  • получение ацетилированных производных:получение ацетилированных производных

Все приемы модификации фосфолипидов приводят к изменению ГЛБ, а следовательно, и к поверхностной активности, определяющей технологические функции фосфолипидов в различных пищевых системах. Значения ГЛБ для различных модификаций лецитинов приведены ниже.

Значения ГЛБ для различных модификаций лецитинов

В основе получения синтетических аналогов лежит глицеролиз растительных масел и жиров с последующим фосфорилированием образовавшихся неполных ацилглицеринов фосфорным ангидридом и нейтрализацией кислотных форм газообразным аммиаком.

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

В отличие от своих природных аналогов аммониевые фосфатиды не имеют статуса GRAS, применение их в пищевых продуктах регламентируется соответствующими директивами.

Коммерческие препараты природных и синтетических фосфоли-пидов, как и других эмульгаторов, выпускаются под различными фирменными названиями.

Использование пищевых добавок этой группы связано с их технологическими функциями — функциями эмульгаторов, обладающих антиоксидантным эффектом.

Особенности эмульгирующих свойств фосфолипидов обусловлены способностью образовывать и поддерживать в однородном состоянии как прямые, так и обратные эмульсии, что расширяет возможности их использования: от майонезов и различных соусов для салатов (прямые эмульсии) до аналогов сливочного масла и маргаринов различного жирнокислотного состава (обратные эмульсии).

Другой отличительной особенностью фосфолипидов от большинства пищевых эмульгаторов является их способность образовывать липосомы. липидные везикулы («пузырьки»), представляющие собой частицы, образованные концентрическими замкнутыми липидными бислоями с внутренним водным слоем, изолированным от внешней среды и содержащим в зависимости от назначения липосом различные включения, например пептиды или белки Использование липосомных систем в пищевых продуктах связано с функциями защиты отдельных пищевых компонентов от внешнего воздействия (защита дрожжевых клеток от охлаждения в замороженных мучных полуфабрикатах и пицце), сохранением влаги (мороженое) или органических, например вкусовых, веществ (хлеб и бисквиты), снижением точки замерзания продуктов, готовых к употреблению

Антиоксидантное действие фосфолипидов, как и большинства других пищевых антиокислителей, связано с подавлением реакций автоокисления непредельных органических соединений, прежде всего ненасыщенных жирных кислот, в составе липидов.

Антиоксидантные свойства фосфолипидов проявляются в трех случаях:

  • при инактивации α-метиленовых групп в жирных кислотах за счет комплексного взаимодействия с кислотной фосфатной группой, образующейся при расщеплении фосфолипидов;
  • при инактивации гидропероксидов в результате комплексного взаимодействия с образованием меланофосфолипидов;
  • при ингибировании реакций расщепления токоферола в конкурирующей реакции фосфолипидов с пероксидными соединениями или радикалами.

Являясь эффективными антиоксидантами, фосфолипиды могут выступать и в качестве синергистов других антиокислителей. Эффективно, например, совместное использование фосфолипидов с эфирами аскорбиновой кислоты [(аскорбилпальмитатом (Е304) и аскорбилстеаратом (Е305)] и производными галловой кислоты [пропилгаллатом (Е310) и октилгаллатом (Е311)].

Эффекты антиоксидантного и синергического действий фосфолипидов неодинаковы и связаны с особенностями химического строения отдельных соединений. Например, в исследованиях синергического эффекта препаратов различных фосфолипидов и α-токоферола, применяемого для замедления процессов автоокисления в жирах, было установлено, что чистые фосфатидная кислота и фосфатидилэтаноламин гораздо более эффективны, чем фосфатидилхолин и фосфатидилсерин, а фосфатидилинозит практически не проявляет синергического эффекта.

Максимальная антиоксидантная эфективность может быть достигнута путем создания композиций фосфолипидов определенного состава.

Поверхностная активность фосфолипидов на различных межфазных границах (твердое вещество — жидкость; жидкость — газ и т. д.) обусловливает эффективность их действия в многокомпонентных дисперсных системах, включая структурированные, в которых функции этих добавок сводятся к изменению реологических свойств.

Величина технологического эффекта, связанная с химической природой отдельных фосфолипидов, для конкретной пищевой системы будет зависеть от фракционного состава фосфолипидной добавки. Примером, подтверждающим это общее положение, могут служить диаграммы, иллюстрирующие изменение вязкости трех типов шоколадных масс в присутствии различных по составу фосфолипидов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Влияние 0,5% добавок различных фракций лецитина на вязкость шоколадных масс
Рисунок 1 — Влияние 0,5% добавок различных фракций лецитина на вязкость шоколадных масс

В отличие от большинства других пищевых добавок препараты фосфолипидов обладают высокой физиологической эффективностью, связанной с уменьшением уровня холестерина в крови, улучшением функции печени и состояния центральной и периферической нервной систем, торможением процессов старения организма и нормализацией иммунобиологической реактивности организма. И хотя диетологи не относят фосфолипиды к незаменимым факторам питания, эти добавки являются физиологически ценными компонентами пищи, суточная потребность в которых составляет около 5 г. В связи с этим использование фосфолипидов выходит за рамки решения только технологических задач и создает предпосылки для создания новых видов продуктов питания, оказывающих положительное влияние на здоровье человека.

Эфиры полиглицерина (Е475)

Добавки этой группы представляют собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином и могут быть представлены в виде общей формулы:

Добавки этой группы представляют собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином

Технология их получения основана на полимеризации глицерина с последующей этерификацией пищевыми жирами или высшими жирными кислотами (пальмитиновой, стеариновой и олеиновой).

Эфиры полиглицерина — неионогенные ПАВ. Они могут проявлять как гидрофильные, так и липофильные свойства со значениями ГЛБ от 5 до 13, что зависит от степени полимеризации глицерина (преимущественно п= 1, 2, 3, 4) и степени этерификации гидроксильных групп. Согласно Директиве Европейского Союза критерии чистоты эфиров полиглицерина включают.

общее содержание эфиров жирных кислот — не менее 90%, свободные жирные кислоты (в пересчете на олеиновую) — не более 6 %, общее содержание глицерина и полиглицерина — соответственно не менее 18% и не более 60%, свободный глицерин и полиглицерин — не более 7 %

Их применение в пищевой промышленности связано с технологическими функциями эмульгаторов, пеногасителей, смазочных материалов, замутнителей. Основные объекты использования — хлебопекарные и кондитерские изделия, а также маргариновая продукция. ДСД эфиров полиглицерина в общем случае не должна превышать 25 мг/кг массы тела человека.

Эфиры сахарозы (Е473)

По химической природе они представляют собой смесь преимущественно моно-, да- и триэфиров сахарозы с природными высшими жирными кислотами:

Эфиры сахарозы (Е473).

Получение этих добавок основано на реакции между сахарозой и метиловыми или этиловыми эфирами пищевых кислот жирного ряда в среде органического растворителя (диметилсулъфоксида или диметилформамида), остаточное содержание которого в пищевой добавке не должно превышать 1 или 2 мг/кг (соответственно для диметилформамида и диметилсульфоксида).

Общее содержание эфиров должно составлять не менее 80% при контролируемом уровне содержания сахарозы не более 5 % и свободных жирных кислот не более 3 %. ДСД эфиров сахарозы может достигать 25мг/кг массы тела человека. Добавки этой группы, отличающиеся содержанием моноэфиров, являются неионогенными эмульгаторами и характеризуются различной гидрофильностью: например, при содержании моноэфира, равном 10%, ГЛБ эмульгатора соответствует 2, а при содержании 70% равно 15 (таблица 3).

Таблица 3 - Гидрофильность эфиров сахарозы в зависимости от содержания моноэфира
Таблица 3 — Гидрофильность эфиров сахарозы в зависимости от содержания моноэфира

Применение эфиров сахарозы в пищевой промышленности связано с их технологической функцией эмульгаторов, образующих и поддерживающих в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз в широком диапазоне качественного и количественного составов. В связи с этим спектр применения этих добавок очень широкий — от пищевых эмульсий до структурированных систем.

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Эмульгирующие и влагоудерживающие свойства эфиров сахарозы эффективны в технологиях майонезов, маргаринов, соусов, диетических молочных продуктов и мороженого. Введение этих добавок в рецептуры хлебобулочных и мучных кондитерских изделий замедляет процессы их черствения, улучшает структуру продукта. Поверхностная активность эфиров сахарозы в пищевых суспензиях проявляется в изменении реологических свойств последних и влиянии на консистенцию продукта. Введение добавки эфиров сахарозы, например в расплавленную шоколадную массу, приводит к снижению вязкости и структурной прочности массы, облегчает процесс конширования.

Эфиры сорбитана (Е491—Е496)

Эта группа пищевых добавок представляет собой сложные эфиры шестиатомного спирта сорбита в моноангидроформе (моноангидросорбита, или сорбитана) с природными высшими жирными кислотами — лауриновой, пальмитиновой, стеариновой и олеиновой. Сложные эфиры ангидросорбита и жирных кислот иногда называют сокращенно СПЭНами.

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

В Codex Alimentarius включены шесть эфиров сорбитана (таблица 4).

Таблица 4 - Эфиры сорбитана, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов
Таблица 4 — Эфиры сорбитана, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов

Добавки этой подгруппы служат липофильными неионогенны-ми эмульгаторами. ГЛБ для сорбитанмоностеарата составляет 4,7.

Области использования этих добавок в пищевых продуктах связаны с технологическими функциями эмульгаторов, стабилизаторов и пеногасителей. ДСД для этих добавок составляет 0—25 мг/кг массы тела человека.

Эфиры сорбитана используются в производстве мучных кондитерских изделий, сухих дрожжей и забеливателей для кофе. В производстве маргаринов они применяются для модификации кристаллов жира.

Эфиры полиоксиэтиленсорбитана (Е432—Е436)

Представляют собой оксиэтилированные эфиры сорбитана — эфиры моноангидросор-бита с жирными кислотами, в молекулах которых свободные ОН-группы замещены оксиэтилированными группами:

Эфиры полиоксиэтиленсорбитана (Е432—Е436)

Моноэфиры:  лаурат (Е432), олеат (Е433), пальмитат (434), стеарат (Е435).

Триэфиры:  тристеарат (Е436).

В эфирах пищевого назначения степень оксиэтилирования — равна 20, т. е. добавки этой подгруппы представляют собой эфиры полиоксиэтилен (20) сорбитана.

Коммерческие препараты добавок этой группы получили название «Полисорбаты» или «Твины».

В перечень добавок, разрешенных к применению в производстве пищевых продуктов, включены пять Полисорбатов.

Эти неионогенные эмульгаторы получают взаимодействием окиси этилена с эфирами ангидросорбита и жирных кислот в среде 1,4-ди-оксана. При этоксилировании гидрофильность эфиров сорбитанов, зависящая от числа ацилов жирных кислот в их молекулах, значительно повышается:

Основные группы пищевых поверхностно-активных веществ (ПАВ)

В зависимости от особенностей пищевой системы ПАВ этой подгруппы могут проявлять технологические функции эмульгатора, стабилизатора, пеногасителя, смачивающего агента и добавки, контролирующей пенообразование. Допустимая суточная доза Полисорбатов составляет 0—25 мг/кг массы тела человека. Эфиры полиоксиэтилен-сорбитана применяются при производстве мороженого, сливок для кофе, замороженных десертов, кексов и других кондитерских изделий.

Эфиры молочной кислоты — лактилаты (Е481 и Е482)

В эту подгруппу ПАВ, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов, входят производные молочной кислоты с высшими жирными кислотами (стеариновой или олеиновой) в виде натриевых или кальциевых солей:

  • лактилаты натрия (Е481);
  • стеароиллактилат (Е481i);
  • олеоиллактилат (Е481ii);
  • лактилаты кальция (Е482).

Общая формула, описывающая структуру основного вещества, имеет вид

Эфиры молочной кислоты — лактилаты

В основе получения этих добавок лежит взаимодействие карбоксильной группы стеариновой (или олеиновой) кислоты с гидроксильной группой пищевой молочной кислоты с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия или кальция свободных карбоксильных групп в молекулах синтезированных эфиров Поскольку в коммерческих концентрированных растворах молочная кислота находится преимущественно в полимеризованной форме, переходящей в свободную молочную кислоту в водной среде, в условиях описанной реакции наряду с монолактилатами (n = 1) могут образовываться некоторые количества эфиров ди-, три- и тетрамеров. В связи с этим критерии чистоты лактилатов имеют интервалы значений, которые представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Критерии чистоты лактилатов
Таблица 5 — Критерии чистоты лактилатов

Стеароиллактилаты натрия и кальция могут быть отнесены к группе анионактивных ПАВ с отрицательным зарядом на поверхностно-активной части молекулы.

Значение ГЛБ для стеароиллактилата натрия составляет 10—12, для кальциевой соли — 5—6. Основные области использования — производство хлеба и хлебобулочных изделий, пудингов, взбитых сливок и др.

ДСД лактилатов с пищевыми продуктами должно составлять О— 20 мг/кг массы тела человека.