Pobierz

46
temat wydania
Hydrokoloidy stosowane
w przetwórstwie mięsnym
Hydrokoloidy tworzą ważną grupę dodatków
funkcjonalnych stosowanych w przemyśle mięsnym. Są to naturalne polimery, najczęściej polisacharydy o dużej masie cząsteczkowej, które
mogą być rozpuszczalne lub rozproszone w wodzie oraz dają efekt zagęszczania i (lub) żelowania. W przetwórstwie mięsa coraz częściej
wykorzystuje się takie właściwości funkcjonalne tych substancji jak: zdolność do zagęszczania
(przez zwiększenie lepkości), żelowania (w wyniku tworzenia trwałego usieciowania trójwymiarowego) oraz stabilizowania struktury produktu mięsnego (co wyraża się przez trwałość
powstałego usieciowania, odporność na działanie czynników fizycznych i chemicznych).
Z uwagi na obecnie trudną sytuację rynkową
w wyniku ograniczeń w imporcie i stosowaniu
żelatyny wołowej, związanych z obawą przed
chorobą Creutzfeldta-Jakoba (CJD), dąży się do
poszukiwania innych substancji, które mogłyby być zastosowane jako jej alternatywa, o takich samych lub zbliżonych właściwościach
funkcjonalnych, jakie posiada żelatyna. Do
tego typu substancji zaliczyć można niektóre
hydrokoloidy, które stanowią wielkocząsteczkowe spolimeryzowane substancje, rozpuszczające się lub dyspergujące w zimnej bądź gorącej wodzie, dając roztwory lepkie lub układy
dyspersyjne. Z uwagi na pochodzenie (roślinne lub zwierzęce) oraz dzięki swoim właściwościom mogą być zaliczane do grupy substancji
dodatkowych, kształtujących strukturę produktów żywnościowych poprzez zagęszczanie,
stabilizację, emulgowanie, żelowanie. Substancje dodatkowe, które nieraz budzą wiele kontrowersji, są coraz częściej akceptowane i coraz
powszechniej używane. Hydrokoloidy (gumy
roślinne) wykorzystywane jako substancje do-
datkowe w produkcji różnego rodzaju wyrobów spożywczych, dopuszczone do użytku są
bezpieczne dla ogółu populacji, gdy dodawane są w ilościach regulowanych odpowiednimi przepisami prawnymi. Należy pamiętać
jednak, że zdarzają się reakcje niepożądane
u osób z tzw. „osobniczą nadwrażliwością na
syntetyczne składniki pożywienia”. Jak podają
dane literaturowe częstość występowania niekorzystnych (niepożądanych) reakcji wywoływanych przez różne substancje dodatkowe
do żywności wynosi 0,03 - 0,15% wśród zdrowych, dorosłych osób, podczas gdy u dzieci
zawiera się pomiędzy jednym, a kilkoma procentami. Termin hydrokoloidy obejmuje wiele
polisacharydów ekstrahowanych z roślin oraz
z glonów, polisacharydów pochodzenia mikrobiologicznego, a także gumy otrzymywane
z roślinnych wydzielin oraz biopolimery modyfikowane otrzymywane na drodze enzymatycznej lub chemicznej modyfikacji skrobi lub
celulozy. Ponadto żelatyna, ze względu na jej
polidyspersyjność i wysoką hydrofilowość, jest
zaliczana do hydrokoloidów, natomiast inne
białka, np. kazeina i gluten, tradycyjnie nie są
zaliczane do hydrokoloidów, pomimo że mają
właściwości typowe dla hydrokoloidów polisacharydowych.
Jako zamienniki żelatyny, na szczególną uwagę zasługują hydrokoloidy polisacharydowe,
stanowiące pod względem chemicznym polimerowe łańcuchy zbudowane z cukrowców
prostych lub ich pochodnych o charakterze estrów, eterów czy kwasów i ich soli. Właściwości funkcjonalne hydrokoloidów są określane
przez specyficzne cechy fizykochemiczne, takie jak: rozpuszczalność, zdolność zagęszczania, żelowania oraz działanie powierzchniowo-
48
temat wydania
-czynne, od którego zależy stabilizacja emulsji
i pian oraz tworzenie filmów i powlekanie (mikrokapsułkowanie). Zastosowanie hydrokoloidów pomaga kształtować cechy sensoryczne
różnych produktów, również tych, które projektowane są z myślą o specyficznych potrzebach zdrowotno-żywieniowych dla konsumentów zagrożonych chorobami dietozależnymi.
W tabeli 1 przedstawiono różne hydrokoloidy
i ich najważniejsze funkcje, jakie mogą pełnić
w produktach żywnościowych.
W zależności od źródła pochodzenia można
sklasyfikować hydrokoloidy w trzech grupach:
• naturalne - występujące w przyrodzie
(gumy, mączka chleba świętojańskiego, alginiany, karageniany, pektyny, hemicelulozy, żelatyna, ksantyn, dekstran);
• modyfikowane lub półsyntetyczne - chemiczne pochodne naturalnych materiałów
(np. karboksycelulozy, hydroksypropylocelulozy);
• syntetyczne - całkowicie zsyntetyzowane
substancje chemiczne (np. polimery tlenku etylenu).
50
temat wydania
Biorąc za podstawę funkcję, jakie hydrokolidy
spełniają w żywności, można je podzielić na:
a.substancje dodatkowe naturalne i naturalnie modyfikowane oraz syntetyczne (niedopuszczone do stosowania w żywności);
b.składniki żywności o określonej wartości odżywczej pochodzenia roślinnego
(skrobie, dekstryny, preparaty białkowe
z soi) oraz pochodzenia zwierzęcego (żelatyna, kazeina, białka serwatkowe).
W ostatnich latach obserwuje się coraz większe
zainteresowanie przez przemysł mięsny wykorzystywaniem niektórych hydrokoloidów jako
substancji umożliwiających uzyskanie specjalnych efektów zdrowotnych w żywności, w której pełniłyby one rolę składnika żywności.
Zastosowanie hydrokoloidów pomaga kształtować cechy sensoryczne różnych produktów,
szczególnie projektowanych z myślą o specyficznych potrzebach zdrowotno-żywieniowych
konsumentów zagrożonych chorobami dietozależnymi. Umożliwiają one częściowe lub
całkowite zastąpienie niektórych składników
żywności, niepożądanych z punktu widzenia
żywieniowego (np. tłuszcz, cukier) w produktach specjalnego przeznaczenia (produkty niskoenergetyczne, żywność bezglutenowa).
Metody ograniczania zawartości tłuszczu i/
lub cukru w produktach przez usunięcie tych
składników bez wprowadzania substancji
tłuszczowo- i sacharozastępczych, nie mogą
być stosowane w odniesieniu do ogółu produktów spożywczych. W związku z tym większą
wagę przywiązuje się do metod polegających na
stosowaniu substancji kształtujących strukturę
i umożliwiających ograniczenie udziału składników energetycznych, np. poprzez zwiększenie udziału wody w produkcie. Wiązanie wody
umożliwiają szczególnie takie substancje, jak
skrobie (szczególnie modyfikowane), białka
pochodzenia roślinnego (sojowe) i zwierzęcego, a szczególnie hydrokoloidy polisacharydowe (gumy roślinne), np. karagen. Stosowanie
dodatku nieskrobiowych hydrokoloidów po-
lisacharydowych w przetwórstwie mięsa ma
na celu przede wszystkim kształtowanie tekstury gotowego wyrobu, czemu może towarzyszyć zwiększenie wydajności produkcji.
Z uwagi na liczne funkcje technologiczne hydrokoloidy polisacharydowe uważa się za substancje dodatkowe sprzyjające uzyskaniu powtarzalnej jakości i akceptacji konsumenckiej
różnego rodzaju produktów mięsnych. Znaczna część hydrokolidów może pełnić funkcje
podwójne, tj. substancji o specyficznych właściwościach funkcjonalnych z punktu widzenia technologicznego oraz składnika o określonej wartości żywieniowej (funkcja błonnika
pokarmowego). Jest to często wykorzystywane w produkcji żywności funkcjonalnej i dietetycznej. Przykładami mogą być pektyna czy
karagen, stosowane jako substancje kształtujące strukturę produktów, powodujące ich zagęszczanie, stabilizację, żelowanie, a także stanowiące cenne źródło błonnika pokarmowego
(substancji balastowych). Zastosowanie nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych w przetwórstwie mięsa może przynieść
następujące korzyści:
• obniżenie wartości energetycznej produktów mięsnych (polisacharydowe zamienniki tłuszczu);
• poprawa wyglądu zewnętrznego i ułatwienie plasterkowania (wędzonki);
• ograniczenie ubytków masy produktu po
obróbce termicznej, z czym związana jest
poprawa tekstury i konsystencji lub wzrost
wydajności (wędzonki parzone, kiełbasy
parzone);
• poprawa smakowitości (pasztety, wędliny
podrobowe o konsystencji smarownej);
• rozszerzenie asortymentu o produkty z tzw.
wkładką (np. kiełbasy z kawałkami warzyw,
sera, pieczarek).
Najpopularniejszymi hydrokoloidami stosowanymi w przemyśle mięsnym są karageny,
znane w literaturze również jako karageniany,
kargeniny, są to naturalnie występujące gumy
52
temat wydania
węglowodanowe otrzymywane na skalę techniczną przez ekstrakcję glonów Rhodophyceae. Pierwotnie karagen identyfikowano najczęściej z ekstraktem z czerwonych alg morskich
Chondus crispus (Irish moss) z rodziny Girgartinaceae rosnących wzdłuż wybrzeży atlantyckich Irlandii, Stanów Zjednoczonych, Kanady,
Półwyspu Iberyjskiego i Bretanii. Obecnie do
wodorostów, które są źródłem różnych typów
karagenów, zalicza się algi z następujących rodzin: Solieriaceae, Hypneaceae, Phyllophoraceae, Gigartinaceae, Furcellariaceae i Rhodophylliaceae. Występują one, oprócz wyżej
wymienionych obszarów, także wzdłuż wybrzeży Afryki, Filipin, Japonii, Indonezji i Chile. Znaczenie użytkowe mają trzy podstawowe
frakcje karagenu oznaczone jako: kappa, lambda i jota. Jota i kappa karagen pełnią funkcję
czynnika żelującego w obecności jonów metali. Kappa nie jest rozpuszczalny w zimnej wodzie. Lambda karagen nie żeluje, pełni funkcję
wypełniacza, jest rozpuszczalny w zimnej wodzie. Zdolność żelowania i jakość żeli są uwarunkowane obecnością jonów potasu, wapnia
i amonu. Kappa karagen tworzy najmocniejsze i najbardziej elastyczne żele w obecności
jonów potasu, a lambda w obecności jonów
wapnia. Natomiast jony sodowe nie powodują żelowania, ale zwiększają rozpuszczalność
karagenów. Preparaty handlowe karagenu to
sole potasu, sodu i wapnia. Wykorzystywane są
głównie jako substancje zwiększające lepkość
i stabilizujące emulsje i zawiesiny. Karageny są
prawnie dopuszczone do stosowania w przemyśle mięsnym wyłącznie do wędlin nietrwałych drobno rozdrobnionych (oprócz parówek)
oraz do konserw. Na ogół nie przekracza się
dawki 0,7%. Zaleca się używać 2/3 dawki karagenów do solanki i 1/3 do masowania.
Duży wybór preparatów karagenowych dostępnych na rynku pozwala na zastosowanie właściwego rodzaju karagenu. Mogą być
one ponadto stosowane łącznie z preparatami
białkowymi i skrobiowymi, co ułatwia zarów-
no wiązanie wody, kształtowanie pożądanej
tekstury, jak i wyeliminowanie części tłuszczu
zwierzęcego z receptury produktu mięsnego.
Gumami roślinnymi nazywamy gęste, lepkie
masy, wydzielane przez pnie drzew w miejscu
skaleczenia. Są to na ogół produkty dobrze rozpuszczalne w wodzie, które dają roztwory o dużej lepkości i są stosowane jako zagęstniki lub
stabilizatory zawiesin oraz emulsji.
Guma guar, ma postać mączki uzyskanej
z bielma nasion rośliny Cyamopsis tetragonoloba rosnącej w Indiach i Pakistanie. Rozpuszcza się zarówno w zimnej, jak i ciepłej wodzie,
tworząc bardzo lepkie roztwory. Trudnością
przy rozpuszczaniu jest tworzenie się zbryleń,
gdyż bardzo szybko wchłania wodę. Guar nie
tworzy samodzielnie żelu, natomiast zwiększa
siłę żelowania i modyfikuje właściwości żelu
polisacharydów żelujących agaru i kappa-karagenu. Zole guarowe są stabilne w zakresie
pH 3-10,5. Guar wchodzi w reakcję z ksantanem zwiększając znacznie lepkość układu, stabilizuje ciekłe układy niejednorodne, jak emulsje i zawiesiny. Zapobiega synerezie, opóźnia
krystalizację. Znajduje zastosowanie przede
wszystkim jako stabilizator sosów, majonezów,
nadzień, żywności mrożonej, poprawia teksturę produktów mięsnych, służy jako substancja
wiążąca w wędlinach. Dodaje się go do żywności w ilości 0,05-1,0%.
Guma karaya, w wodzie tworzy zol koloidalny. Największą lepkość wykazuje przy pH 8,5.
Główną funkcją gumy karaya jest poprawianie stabilności produktów przez wiązanie zawartej w nich wody. Zdolność wiązania wody
przez tę gumę wykorzystuje się również w produkcji farszów mięsnych. Dodanie jej w ilości
0,2-0,4% zapobiega uwalnianiu wolnej wody
oraz formowaniu dużych kryształów lodu
w produktach mrożonych (lody). Dodanie jej
do 0,8% poprawia smarowność serów topionych i zapobiega wydzielaniu wody. W połączeniu z karagenem lub alginianem (w ilości
0,02-0,1%) guma karaya służy jako stabilizator
54
temat wydania
śmietanki oraz zapobiega czerstwieniu pieczywa (dodatek 0,1-0,9%).
Guma tragakantowa otrzymywana z drzew
Astragallus (środkowy Wschód) jest produktem bez smaku i zapachu. Składa się z dwóch
frakcji: rozpuszczalnej w wodzie - kwas tragakantowy i nierozpuszczalnej w wodzie - basoryna. Tworzy w wodzie bardzo lepkie roztwory.
Dlatego stosowana jest jako zagęstnik i stabilizator w produkcji sosów.
Ksantan, występujący również pod nazwą
guma ksantanowa, jest wtórnym metabolitem
wytwarzanym w procesie tlenowej fermentacji cukrów za pomocą mikroorganizmów Xanthomonas campestris. Należy do heteropolisacharydów, zbudowany jest z glukozy, mannozy
i kwasu glikuronowego. Ma dużą masę cząsteczkową (>2000 kDa). Wykazuje odporność
na działanie enzymów.
Właściwości ksantanu, które w głównej mierze decydują o jego wprowadzeniu na rynek mięsny to:
• tworzenie z wodą już w niewielkim stężeniu lepkich, stabilnych roztworów niezależnie od zmian temperatury i odczynu środowiska;
• różne stężenie soli, ekstremalne temperatury (sterylizacja, pasteryzacja, chłodzenie,
mrożenie), wartość pH praktycznie nie ma
wpływu na lepkość roztworów ksantanu;
• dobra tolerancja większości hydrokoloidów,
z gumą z chleba świętojańskiego (w stosunku 1:1) tworzy termoodwracalne żele;
• daje korzystne odczucie smakowe - efekt
„pełności”, przy braku odczucia śluzowatości i nadmiernej lepkości;
• w małym stopniu ulega degradacji w przewodzie pokarmowym, dzięki czemu nadaje się do przygotowania produktów niskokalorycznych;
• posiada zdolność do długotrwałego utrzymywania cząsteczek innych substancji w zawiesinie, zapobiega ich sedymentacji, dlatego gumę tę stosuje się do stabilizowania
mieszanek zawierających karagen.
Ksantan znajduje szerokie zastosowanie jako
zagestnik do produktów poddawanych ogrzewaniu, np. konserw, a także jako stabilizator
emulsji i koloidalnych zawiesin w sosach.
Agar nie rozpuszcza się w zimnej wodzie, natomiast jest dobrze rozpuszczalny w wodzie
o temp. powyżej 90°C (najlepiej przy pH 8-9).
Po ostudzeniu do temp. 36-40°C tworzy zwarte, kruche, klarowne i odwracalne termicznie
żele. Temperatura topnienia żelu agarowego
wynosi ponad 85°C. Twardość żelu jest wprost
proporcjonalna do stężenia agaru stosowanego
w ilości 0,5-2%. Dodatek cukru zwiększa odporność agaru na hydrolizę i zwiększa twardość
żelu agarowego, natomiast agar w połączeniu
z gumą carob tworzy żel bardziej elastyczny
i wytrzymały. Wyroby z dodatkiem agaru wykazują konsystencję kruchą, twardszą niż z dodatkiem pektyny, a jednocześnie mniej elastyczną niż z dodatkiem żelatyny. Właściwości
żelujące i stabilizujące agaru spowodowały jego
powszechne zastosowanie, zwłaszcza w przemyśle mięsnym (konserwy sterylizowane),
cukierniczym i piekarniczym (galaretki, nadzienia do ciast), mleczarskim (fermentowane
napoje mleczne, śmietanki UHT, lody), owocowo-warzywnym (dżemy, marmolady, żywność
dla dzieci) i wielu innych. Ilość dodawanego
agaru do żywności wynosi 0,1-2%.
Alginiany, w postaci soli kwasu alginowego:
sodowej, potasowej, magnezowej czy wapniowej są rozpuszczalne słabiej w wodzie zimnej
i lepiej w gorącej. Obecność i ilość soli kompleksujących wapń (np. cytrynianów) zwiększa lepkość i szybkość tworzenia się żelu, co wykorzystywane jest w produkcji deserów mlecznych,
serków typu „cottage”. Wraz z obniżaniem pH
środowiska zmniejsza się zapotrzebowanie na
jony wapnia, a przy pH <3 alginiany żelują bez
dodatku jonów wapnia. Dobra zdolność wiązania wody stanowi jedną z podstawowych właściwości alginianów, wykorzystywaną do zagęszczania sosów, zimnych napojów mlecznych
i innych produktów. Pełnią one także funkcje
56
temat wydania
zawieszające w napojach owocowych, stabilizatora piany w piwie, stabilizatora w majonezach
i sosach sałatkowych oraz czynnika tworzącego
film powlekający przy wyrobie artykułów wędliniarskich i rybnych. Alginiany znajdują również zastosowanie do produkcji lodów w celu
zwiększenia ich lepkości, puszystości oraz tekstury. W przemyśle koncentratów spożywczych
znajdują zastosowanie do wyrobu budyniów,
galaretek, kremów.
Mączka chleba świętojańskiego, uzyskiwana
jest przez sproszkowanie suszonych strąków
drzewa świętojańskiego (Ceratonia siliqua) rosnącego w krajach śródziemnomorskich. Nazwa pochodzi od św. Jana Baptysty, dla którego
mączka ta była pożywieniem. Mączka chleba
świętojańskiego jest polisacharydem składającym się z D-mannozy i D-galaktozy. Guma ta
rozpuszcza się w gorącej wodzie o temperaturze powyżej 80ºC, tworząc roztwory o dużej
lepkości, stabilne w szerokim zakresie pH 4,4
- 10.Z ksantanem tworzy mocny żel termicznie
odwracalny, z karagenem kappa - żel zbliżony
do żelatynowego, a z agarem - żel o zwiększonej elastyczności.
W przetwórstwie mięsa hydrokoloid ten służy jako substancja zagęszczająca, stabilizująca
i wspomagająca żelowanie innych hydrokoloidów. Mimo, że sama nie żeluje, poprawia właściwości żelujące karagenu i agaru, ograniczając zarazem ich skłonność do synerezy. Służy
jako substancja wypełniająca, wiążąca i stabilizująca w wędlinach, poprawia jednocześnie
ich teksturę.
Podsumowując należy uznać, że omówione dodatki funkcjonalne (hydrokoloidy) służą w przemyśle mięsnym głównie do poprawy
atrakcyjności sensorycznej różnego rodzaju produktów (wpływają na ich smakowitość
i teksturę) oraz do zwiększania wydajności
produkcyjnej. Ich niewątpliwą zaletą jest naturalne pochodzenie.
Należy jednak zdawać sobie sprawę, że stosowane dodatki w technologii przetwarzania
mięsa są często niezbędne ze względów technologicznych, higienicznych i organoleptycznych. Ponadto niezbędne są działania informujące konsumentów o celowości stosowania
substancji dodatkowych w technologii produkcji wyrobów mięsnych. mgr inż. Tomasz Borowy
Zespół Szkół Przemysłu Spożywczego w Poznaniu
dr inż. Mariusz S. Kubiak
Politechnika KoszalińskaKatedra Procesów
i Urządzeń Przemysłu Spożywczego
Literatura u autorów