Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

Гидроколлоиды – это собирательное название гидрофильных полимеров, способных в низкой концентрации образовывать стабильные гидрогели. К ним относят различные полисахариды, полученные из природного сырья (камеди, пектины, агар, крахмал); модифицированные полисахариды (карбоксиметилцеллюлоза) и синтетические гидрофильные полимеры (полиакриламид, производные полиэтиленоксида) [1].

Гидроколлоиды обладают способностью связывать жидкость и придавать конечному продукту необходимую структуру – от текучей, пастообразной до плотной, эластичной. Благодаря таким способностям, гидроколлоиды позволяют пищевым продуктам соответствовать тем многочисленным требованиям, которые предъявляют к ним современный рынок и потребитель. Именно это во многом объясняет тот факт, что доля гидроколлоидов в объеме мирового рынка ингредиентов неуклонно растет и в натуральном выражении составляет 17 %, уступая только ароматизаторам, на долю которых приходится 27 % (по данным исследовательской компании Leatherhead Food Research) [2].

В пищевой промышленности в качестве загустителей, стабилизаторов и гелеобразователей находят широкое применение вещества полисахаридной природы, такие как модифицированные крахмалы, целлюлоза и ее производные, пектины, галактоманнаны, полисахариды морских растений. Показательно, что в последние годы при запуске новинок гораздо активнее стабилизаторы начали использоваться производителями хлебобулочных и кондитерских изделий. По данным исследовательской компании Innova Market Insights доля хлебобулочных изделий в общем количестве новинок, выпущенных на рынок с применением стабилизаторов, в 2013 году составила 25,3 %, тогда как доля кондитерских изделий – 10,3 %, а молочных продуктов, десертов и мороженого – 19,3 %. В 2010 году при запуске новых продуктов использовались прежде всего такие стабилизаторы, как ксантановая и гуаровая камедь, пектин и желатин. По сравнению с 2009 годом наблюдался существенный рост применения данных ингредиентов. Так, доля новых продуктов, содержащих ксантановую и гуаровую камедь, выросла на 1,2% [2].

Рост популярности гидроколлоидов связан не только с их многофункциональностью, но и с изменением трендов на мировом рынке продуктов питания: наблюдается неуклонный рост спроса на «натуральные» продукты, низкокалорийные и так называемые «легкие» продукты, а также узкоспециализированные продукты – вегетарианские, безглютеновые и другие [2].

В чем же заключается привлекательность гидроколлоидов для производителей хлебобулочных изделий? В первую очередь, она обусловлена химической структурой и свойствами данной группы веществ. Рассмотрим два наиболее популярных представителя гидроколлоидов: гуаровую и ксантановую камедь.

Гуаровая камедь (Е 412) – относится к группе галактоманнанов; содержится в семенах растения Cyamopsis tetragonolobus (рис. 1). Гуаровая камедь представляет собой нейтральный полисахарид, состоящий из (1,4)-β-гликозидно связанных остатков маннозы, к которым 1,6-связями через равные интервалы (к каждому второму остатку маннозы) присоединены боковые цепи, состоящие из единичных остатков α-D-галактозы. Растворимость гуаровой камеди обусловлена особенностями строения: линейный D-маннан, не содержащий боковых заместителей, проявляет свойства, подобные его химическому аналогу – целлюлозе, в частности, не растворяется в воде. Наличие боковых цепей в полимерной молекуле обусловливает способность к образованию водных растворов, причем гуаровая камедь способна полностью гидратировать в холодной воде.

а – [3] б – [4]

Рис. 1. Внешний вид растения Cyamopsis tetragonolobus

Применение гуаровой камеди в технологии хлебобулочных изделий обусловлено ее способностью образовывать вязкие водные растворы; синергическим взаимодействием с другими полисахаридами, приводящим к формированию гелей различной текстуры; способностью регулировать процесс синерезиса, сопровождающий черствение хлеба. В результате мякиш хлеба становится более упругим, увеличивается срок годности изделий.

Гуаровая камедь, подобно производным целлюлозы и пектинам, не расщепляется в желудочно-кишечном тракте, поэтому служит относительно безвредной пищевой добавкой [5]. Наличие гуаровой камеди в пищевых продуктах способствует уменьшению аппетита; эффективному снижению уровня насыщенных жиров и холестерина в организме; выводу из кишечника токсинов. Используется в диетическом питании, помогая обеспечивать чувство сытости; вносится в диабетические препараты для замедления процесса усвоения сахара [6].

Ксантановая камедь (Е415) – продукт микробиологического синтеза, получаемый в результате ферментации глюкозы или сахарозы бактерией Xanthomonas compestris. Представляет собой гетерополисахарид, сформированный из трех типов моносахаридов – β,D-глюкозы, α,D-маннозы и α,D-глюкуроновой кислоты в соотношении 2:2:1. Структурной единицей молекулы ксантановой камеди является повторяющийся пентасахаридный фрагмент, имеющий строение, показанное на рис. 2.

Рис. 2. Ксантановая камедь [7]

Молекулы β, D-глюкозы, соединяясь 1,4-гликозидной связью, образуют основную цепь, где каждый второй глюкозный остаток содержит боковое звено из трех моносахаридных единиц, в котором остаток глюкуроновой кислоты располагается между двумя остатками α,D-маннозы. Конечный остаток маннозы может содержать пируватную группу, а манноза, примыкающая к основной цепи, – ацетатную группу при шестом углеродном атоме.

Как правило, каждое второе боковое ответвление содержит пируватную группу, однако соотношение пируватных и ацетатных групп зависит от условий получения.

Благодаря наличию регулярных боковых звеньев с кислотными группировками происходит взаимное отталкивание отдельных молекул, что приводит к повышению их гидратации. Поэтому ксантановая камедь растворяется в воде даже при комнатной температуре, а также в растворах соли и сахара. При производстве хлебобулочных изделий рекомендуемая дозировка ксантановой камеди составляет 0,1-0,2 % к массе муки [5].

Таким образом, благодаря способности рассмотренных гидроколлоидов связывать и удерживать воду, повышать вязкость растворов, возможны два основных направления их использования в технологии хлеба: первое – продление сроков годности продукции из традиционных видов муки (пшеничной и ржаной); второе – в качестве заменителей клейковины при производстве безглютенового хлеба.

Первому направлению посвящен ряд работ [8, 9]. Авторами отмечено, что внесение при замесе теста из пшеничной муки гуаровой или ксантановой камеди в негидратированном виде приводит к ухудшению показателей качества изделий по удельному объему и пористости мякиша. Это обусловлено тем, что камеди обладают высокой способностью поглощать воду, при этом образуется плотная структура геля, препятствующего развитию клейковинного каркаса и получению продукции хорошего объема. При внесении на замес теста 0,5 и 1,0 % предварительно гидратированной гуаровой камеди ситуация кардинально изменяется: тесто с гидратированной гуаровой камедью лучше поддается механической обработке, оно более пластичное, не прилипает к рукам, легче формуется, округляется (на практике при механизированной разделке это будет способствовать снижению расхода муки на подпыл и потерь при округлении тестовых заготовок); увеличивается удельный объем булочных изделий на 8,5 % и 10 % при дозировке гуаровой камеди соответственно 1,0 % и 0,5 % по сравнению с контролем (без гидратации). В процессе хранения отмечено замедление черствения хлеба с гуаровой камедью, о чем свидетельствуют более высокие значения общей деформации сжатия и относительной пластичности мякиша [9].

Ксантановая камедь образует белково-полисахаридные комплексы, поэтому в дозировке от 0,2-0,5 % улучшает характеристики пшеничной муки с низким содержанием клейковины [10].

Второе направление применения гуаровой и ксантановой камедей в технологии хлеба – это производство безглютеновой продукции, которое в последние годы становится все более актуальным в связи с увеличивающимся числом людей, испытывающих аллергические реакции на белки традиционных злаков, а также больных целиакией [11-14].

Авторами [15] рекомендуется использовать при производстве теста для вареников смесь гидроколлоидов: крахмал и ксантановую камедь, что увеличивает его пластичность и эластичность.

Классические рецептуры безглютенового хлеба основаны на рисовой и кукурузной муке в комбинации с белковыми изолятами. В качестве корректоров реологических свойств теста и мякиша хлеба рекомендуется применение таких гидроколлоидов как ксантановая камедь, модифицированные крахмалы в количестве 1-3 % от массы муки [16].

Нами исследована возможность и целесообразность применения ксантановой камеди в производстве безглютенового хлеба из амарантовой муки. В опытных пробах дозировка ксантановой камеди варьировала от 0,2 до 0,7 % к общей массе амарантовой муки и крахмала в тесте. Сразу после замеса тесто делили на куски массой 150 г и помещали в формы, которые ставили в термостат при температуре 35-38 °С и относительной влажности 80 %. Брожение теста продолжалось 90 мин. Выпечку осуществляли в лабораторной печи при температуре 190-210 °С в течении 30 мин. Изделия анализировали через 24 ч после выпечки. Результаты анализа приведены в таблице.

Показатели качества хлеба

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что наилучшими показателями качества обладали образцы с дозировкой ксантановой камеди 0,2-0,5 % к общей массе амарантовой муки и крахмала в тесте.

Таким образом, нами подтверждена возможность и целесообразность применения ксантановой камеди для улучшения физико-химических показателей безглютенового хлеба, приготовленного из смеси амарантовой муки и крахмала.