CC BY
233
УДК 664 Д. В. Хрундин
НЕКТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ В ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Ключевые слова: пектин, пищевые технологии.
В статье приводятся данные о пектиновых веществах, их строении, свойствах, области применения в различных отраслях пищевой технологии.
Keywords: pectin, food technology.
The article presents the data of pectin substances, their structure, properties, applications in various branches of food technology.
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ
Введение
Пектин обнаружен в составе клеточных стенок практически всех растений. Он выполняет множество функций в клеточной стенке: обеспечивает структуру и текстуру клетки, контролирует водный баланс, предотвращает микробиологическую порчу.
В 1990 г исследователи пектина могли отметить двухсотлетие его открытия. В 1790 г ученый Ваклен (Vauqulin) выделил из фруктового сока водорастворимое вещество, обладающее гелеобразующей способностью. Через 40 лет Браконно (Braconnot) назвал его пектиновой кислотой. В начале ХХ века Смоленский В.С. первым предположил, что пектин состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, соединенных через а-1,4-гликозидную связь в полимерную цепочку. В 1930 Майер (Meier) и Марк (Mark) подтвердили это предположение, экспериментально доказав существование полимерной молекулы пектина. В 1937 г Шнайдер (Schraider) и Бокк (Bock) впервые установили структурную формулу пектина.
Строение пектиновых веществ
Пектин локализован в клеточной стенке растений, и соединен с волокнами целлюлозы и гемицел-люлозы через боковые цепочки. Молекулы сахара рамнозы, соединенные с молекулой пектина, придают полимеру зигзагообразный вид. Наличие рам-нозы в составе пектина обосновывает его другое, более правильное название - рамногалактуронан. В молекуле пектина так же были обнаружены и другие сахара - арабам, галактан, ксилоглюкан. Эти нейтральные сахара образуют боковые цепочки полимера [1]. Таким образом, по химической природе пектин представляет собой гетерополисахарид, основным компонентом которого является галактуро-новая кислота. Карбоксильные группы в молекуле пектина могут быть свободными или естественным образом замещены (этерифицированы) метанолом. Если степень этерификации (т.е. соотношение ме-токсилированных и свободных карбоксильных групп) превышает 50 %, то такие пектины являются высокоэтерифицированными. Пектины, со степенью этерификации меньше, чем 50 %, относят к группе
низкоэтерифицированных. Степень этерификации является значимым показателем и определяет область применения пектина.
Кроме метоксильных и карбоксильных групп, в молекуле пектина были обнаружены некоторые другие функциональные группы, представленные в основном ацетильными и амидными.
Сырьё, область применения.
Классификация
Основным сырьем для получения пектинов служат корки апельсинов - отходы от производства апельсинового сока, а также яблочные выжимки -высушенные отходы, остающиеся при изготовлении яблочного сока. Кроме того, пектин так же получают из корок лимонов, лайма, мандаринов, сахарной свеклы, корзинок подсолнечника, арбузов. Имеются данные о получении пектинов из ягод черной и красной рябины. В Южной Америке пектин получают из некоторых видов кактусов (Opuntia ficus-indica) [2].
Яблочные пектины высоко ценятся производителями кондитерской продукции в мире, т.к. эти пектины обладают высокой желирующей способностью.
Для молочной и консервной промышленности (производство фруктовых соков) используются цитрусовые пектины, при этом лучшим качеством обладает пектин из лайма, хорошим - из лимона, удовлетворительным - из грейпфрута и апельсина. Неудовлетворительные характеристики имеет пектин из мандаринов.
Пектин из жома сахарной свеклы применяется для производства диетических и фармацевтических продуктов, т.к. данный вид пектина обладает высокой комплексообразующей способностью по отношению к ионам тяжелых металлов.
Пектин из корзинок подсолнечника обладает высокой молекулярной массой и низкой степенью эте-рификации, а также содержит небольшое количество ацетильных групп. Данный пектин в основном используется в производстве косметических изделий.
В виду того, что источником пектинов является широкий спектр растительного сырья, четко клас-
сифицировать пектины достаточно сложно. Пектины, выделенные из одного вида сырья, условно относятся к классическим. Промышленностью так же выпускаются специальные смеси пектинов, (в основном цитрусово-яблочные и яблочно-цитрусовые) сочетающие в себе достоинства и цитрусового и яблочного пектинов. Другим классификационным критерием является степень этерификации. Однако данное деление достаточно условное, т.к. имеется только одна граница - степень этерификации 50 %. В тоже время, свойства пектинов, принадлежащих к одному классу, могут существенно отличаться на полюсах внутри самого класса. Для более эффективного использования пектина, степень этерифика-ции желательно устанавливать более четко экспериментальным образом. Следующим немаловажным критерием классификации пектинов является молекулярная масса. Ее величина существенно влияет и, во многом, определяет свойства пектина и область его применения. Молекулярная масса пектина определяет количественное соотношение карбоксильных (этерифициро-ванных и свободных) групп, их распределение в цепи полимера, а, следовательно, распределение заряда молекулы при диссоциации пектина в растворе.
Более высокая степень полимеризации и этери-фикации способствует возникновению большего количества зон связывания при гелеобразовании благодаря снижению взаимного отталкивания отрицательно заряженных молекул пектина.
Таким образом, несмотря на сложность составления общей классификации пектинов, знание трех перечисленных параметров, может существенно облегчить задачу по подбору наиболее подходящего типа пектина в каждом конкретном случае.
Применение пектинов
Пектины относятся к группе полисахаридов, которые могу быть использованы в различных отраслях пищевой промышленности в качестве загустителя, гелеобразователя, эмульгатора, стабилизатора и лечебно-профилактической добавки.
Применение пектина в хлебопечении. В виду ухудшения экологических условий, сопровождающихся загрязнением окружающей среды и продуктов питания, актуальной проблемой хлебопечения является разработка технологий, предусматривающих обогащение хлеба пищевыми волокнами, в том числе и пектиновыми веществами. Применение пектина в хлебопечении обусловлено еще рядом причин. Пектин, являясь гидроколлоидом, позволяет улучшить качественные показатели хлеба. При его применении наблюдалось увеличение удельного объема и пористости хлеба; улучшались структурно-механические свойства мякиша, отмечалось также увеличение его влажности. Вероятно, это связано с вла-гоудерживающей способностью пектиновых веществ, обусловленной наличием свободных карбоксильных и гидроксильных групп в молекуле полимера. Необходимо отметить, что внесение пектина позволило продлить срок хранения изделий. Предположительно это связано с тем, что пектиновые вещества конкурируют с крахмалом в процессе
поглощения воды и уменьшают его гидратацию; так же пектины в процессе выпечки способны выделять дополнительную влагу, благодаря чему происходит клейстеризация крахмала [3].
Были проведены исследования по использованию в хлебопекарном производстве различных видов пектинов: яблочного, цитрусового, свекловичного. Экспериментальные данные показали, что оптимальной дозировкой является количество пектина 0,1-0,3 % к массе муки. Медиками также установлено, что хлебобулочные изделия, обогащенные пектином, обладают сорбционным, местным противовоспалительным и антитоксичным эффектом [4].
Применение пектина в молочной промышленности. Как известно, молоко, белково-углеводное сырье и продукты его переработки являются ценными продуктами питания. Они содержат энергетические, регуляторные биологически активные вещества, необходимые человеческому организму для нормального роста и развития. Наиболее ценным компонентом молочного сырья являются белки, углеводы, жиры, а также минеральные вещества, витамины. Кроме того, соли кальция, магния, натрия и железа лимонной, фосфорной и других кислот, находящиеся в молоке в легкоусвояемой форме.
Начиная с 30-х годов прошлого столетия, появились первые результаты по изучению способности некоторых природных поликислот взаимодействовать с водными растворами белков. В течение ряда лет велись систематические исследования совместимости белков и полисахаридов в водной среде [5]. При смешивании растворов белка и полисахарида образуется двухфазная система, причем белок содержится в одной фазе, а полисахарид - в другой. Было установлено, что в определенных условиях разделение белка и полисахарида может быть полным. Эти особенности фазового равновесия в системе вода-белок-полисахарид указали на возможность разделения и концентрирования белков обезжиренного молока пектином. Данные исследования по фракционированию белков молока легли в основу безотходных технологий переработки молока с применением полисахаридов.
В настоящее время в молочной промышленности применяют специальные пектины для стабилизации структуры и удлинения сроков хранения разнообразных молочных продуктов - жидких йогуртов, йогуртов с желеобразной консистенцией, творога, пудингов, десертов и мороженого.
Фракционирование молочного сырья пектином предусматривает смешение исходного сырья с раствором пектина и получение в результате самопроизвольного или направленного разделения двух фаз концентрата натурального казеина и безказеиновой фазы. Для этих целей лучше подходит высокоэте-рифицированный пектин, при этом массовая доля белка в концентрате составляет 12-14% (при фракционировании обезжиренного молока), в безказеи-новой фазе - 0,8-1,0 %. Так же изучается возможность фракционирования и других видов молочного сырья (восстановленного и сгущенного, а также цельного и нормализованного молока).
Полученные продукты фракционирования обладают высокой биологической ценностью и полезными функциональными свойствами. На их основе возможно получение новых структурных элементов с заданным химическим составом и лечебно-профилактическими свойствами [6].
Применение пектина в кондитерской промышленности. Благодаря способности образовывать студни, пектин широко используется при производстве желейных изделий: мармелада, желейных начинок для конфет. В отличие от других студнеобра-зователей, высокоэтерифицированные пектиновые вещества образуют студни в водных растворах только в присутствии сахара и кислоты. Сахар играет роль дегидратирующего агента, кислота способствует сближению пектиновых молекул в растворе и образованию трехмерного каркаса студня. При этом на процесс студнеобразования влияет не только количество добавляемой кислоты, но и ее природа, вследствие различной степени диссоциации. Рядом исследований установлено, что наиболее прочные студни образуются в присутствии винной и лимонной кислот и наименее - янтарной и молочной [7]. Изменяя соотношение пектин: сахар: кислота можно регулировать процесс студнеобразования и получать гели различной прочности [8].
Пектиновые вещества являются обязательным компонентом при производстве пастилы и зефира. Благодаря наличию пектина в своем составе пас-тильные изделия имеют нежную пористую структуру и хорошо усваиваются организмом человека.
Кроме приготовления самостоятельных кондитерских изделий, пектиновые вещества могут использоваться для изготовления отделочных полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и выпечки.
По сравнению с другими желирующими агентами, применяемыми в производстве кондитерских изделий, пектин требует точного соблюдения рецептурных и технологических параметров. С другой стороны, пектин имеет следующие преимущества: хорошая структура и вкусовые ощущения во рту, относительно быстрая скорость студнеобразования, что позволяет использовать начинки на его основе в современном непрерывном технологическом процессе.
Применение пектина при производстве безалкогольных напитков. Пищевая и биологическая ценность безалкогольных напитков обусловлена содержанием в них усвояемых сахаров (фруктозы и глюкозы), витаминов, минеральных веществ и других веществ, содержащихся в исходном сырье.
В настоящее время в целях предотвращения избыточного накопления тяжелых металлов в организме человека, а также профилактики вызываемых ими заболеваний, разрабатываются специальные виды напитков. К их числу относятся напитки лечебно-профилактического действия, обогащенные пектином. Пектин в составе таких напитков находится в гидратированной форме и поэтому оказывает на организм человека более эффективное физиологическое воздействие [9].
Разработаны технологии напитков на основе яблочного и томатного соков и свекловичного пектина. Такие напитки могут быть рекомендованы широким слоям населения (особенно жителям мегаполисов); людям, страдающим хроническими заболеваниями. Кроме того, введение напитков, обогащенных пектином, в рацион лиц, занятых на вредных производствах (металлургия, химическая промышленность), будет способствовать профилактике заболеваний, вызываемых условиями труда.
Таким образом, литературный анализ показал широкие возможности применения пектинов в различных областях пищевой промышленности. Однако применение пектина в технологии мясных изделий носит ограниченный характер. Поэтому исследование возможности применения пектина в технологии мясных изделий является перспективным направлением не только с научной точки зрения, но и с практической.
Заключение
Широкий выбор направлений использования пектина, а также невозможность большей частью его адекватной замены другими веществами, позволяет отнести этот ингредиент к пищевым добавкам, без которых невозможно производство качественно новых пищевых продуктов, отвечающих современным физиологическим и эстетическим потребностям человека.
В связи с этим представляет интерес изучение не только свойств пектина в отдельности и в рамках конкретного применения. Гораздо важнее является комплексное изучение пектина. Необходимо исследовать пектин не как отдельную добавку (гелеобра-зователь, загуститель и проч.), а изучать как технологические, так и функциональные свойства одновременно, параллельно. Такие исследования позволять в дальнейшем не только лучше понять механизмы взаимодействия пектина и других веществ, но и позволит выделить новые пути получения и применения пектина. Понимание строения пектина даст возможность для дальнейшего видоизменения пектина в целях усиления или ослабления его конкретных свойств, необходимых в том или ином случае.
Решение данных задач позволит более эффективно использовать пектин, что, возможно, будет способствовать увеличению его производства, а, следовательно и снижению затрат на его получение.
Литература
1. Голубев, В.Н. Пектин: химия, технология, применение I В.Н. Голубев. - М.: Химия, 1995. - 3S7 с.
2. M.E. Jaramillo-Flores, L. Gonzalez-Cruz, M. Cornejo-Mazon, L. Dorantes-Alvarez, G.F. Gutierrez-Lopez and H. Hernandez-Sanchez. Effect of Thermal Treatment on the Antioxidant Activity and Content of Carotenoids and Phenolic Compounds of Cactus Pear Cladodes (Opuntia ficus-indica) II Food Science and Technology International 2003. -№9. - с. 273
3. Донченко, Л.В. Технология пектина и пектинопродук-тов I Л.В. Донченко. - M.: ДеЛи, 2000. - 255 с.
4. Левченко, Б.Д. Пектин. Пектинопрофилактика / Б. Д. Левченко, Л. М. Тихонова. - Краснодар: Изд-во Куб-ГТУ, 1992. - 16 с.
5. Сапожникова, Е.В. Химия углеводов / Е. В. Сапожни-кова. - М.: Наука, 1967. - 740 с.
6. Толстогузов В. Б. Новые формы белковой пищи / В. Б. Толстогузов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 303 с.
7. Хрундин, Д.В. Факторы, влияющие на прочность гидроколлоидных пектиновых структур / Д.В. Хрундин,
Н.К. Романова, О.А. Решетник // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. №3. - с. 24-26.
8. Хрундин, Д.В. Влияние технологических факторов на основные свойства цитрусового пектина / Д.В. Хрундин, Н.К. Романова, О.А. Решетник // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010. №3. - с. 32-33.
9. Бимяков, Н.А. Энтеросорбция / Н. А. Бимяков. - Л.: Химия, 1991. - 193 с.
© Д. В. Хрундин - к.т.н. доцент кафедры ТММП КНИТУ, [email protected].
© D. V. Khrundin, Ph.D., assistant professor. Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU, [email protected].
