Вспомогательные материалы не вступают в химические реакции с продуктом и после выполнения своих технологических функций полностью удаляются из него. В готовом пищевом продукте вспомогательные материалы должны отсутствовать (их неудаляемые остатки регламентируются в составе примесей).

К вспомогательным материалам относятся:

• осветлители,
• осушители,
• катализаторы,
• средства для снятия кожицы с плодов,
• экстрагенты.

1. Вещества, облегчающие фильтрование

Вещества, облегчающие фильтрование (адсорбенты, флокулянты и др.), — это инертные нерастворимые вещества, повышающие эффективность фильтрования, т.е. облегчающие и улучшающие отделение твердых частиц от жидкостей или газов при фильтровании, ускоряющие и дающие возможность удалять нежелательные замутняющие компоненты из жидкостей (преимущественно из напитков), которые длительное время должны оставаться прозрачными. Они не изменяют химический состав фильтруемого вещества. Вспомогательные фильтрующие материалы придают фильтрующему слою необходимую прочность и регулируют размер пор. Они способны также разрыхлять осадок, образующийся на фильтре, и уменьшать забивание пор фильтра.

Вспомогательные фильтрующие материалы добавляются к фильтруемой жидкости в виде суспензии или образуют вспомогательный слой на фильтре. Чаще всего используются целлюлоза, кизельгур и перлит. Целесообразно перед их применением провести очистку от растворимых оксидов железа и (или) соединений микроэлементов.

Фильтрование может иметь целью не только очистку жидкости, но и получение твердых веществ, например ультрафильтрация — метод фракционирования и концентрирования белков с помощью полимерных мембран.

В производстве осветленных натуральных соков пользуются фильтрацией и сепарацией. Для облегчения фильтрации, например, пектинсодержащих фруктовых и ягодных соков практикуют расщепление замутняющих целевой продукт пектинов и белков, а также снижение вязкости с помощью обработки ферментами. Возможные в дальнейшем белково-полифенольные помутнения предотвращают, удаляя полифенолы желатином, полиамидом или поливинилпирролидоном, а белки — бентонитом или танином.

Адсорбенты — это обычно твердые нерастворимые вещества, которые благодаря большой удельной поверхности могут селективно адсорбировать из жидкостей определенные вещества и вместе с ними выпадать в осадок.

Коагуляцией называют превращение золя (коллоидного раствора твердого вещества) в гель, сопровождающееся флокуляцией. Это превращение может быть вызвано добавкой коагулянтов (флокулянтов).

2. Осветлители

С помощью осветлителей удаляют мелкодисперсные и коллоидные компоненты, которые невозможно отфильтровать. Осветлители связывают мельчайшие частички мути и осаждаются вместе с ними. Принцип действия осветлителей может быть очень разным: адсорбция, коагуляция или образование с ионами металлов труднорастворимых соединений, которые выпадают в осадок и могут быть отфильтрованы от водных растворов.

Для осветления обычно используют агар, активированный уголь, каррагинан, целлюлозу, желатин, рыбий клей, древесный уголь, высушенный белок куриного яйца (10-20 г на 100 л), каолин, гексацианоферрат калия, кизельгур (300—400 г на 100 л), фитиновую кислоту, поливинилполипирролидон, танин и другие вещества. Фруктовые соки, особенно яблочный, можно осветлять с помощью пектата натрия. В особых случаях для осветления вин применяют жидкий рыбий клей. Фурцеллеран облегчает осаждение белков в пиве.

Для эффективного использования осветлителей рекомендуется предварительно уточнить их дозировку в лабораторных условиях. Осветлители полностью удаляются фильтрацией или седиментацией из напитка, поэтому в готовом продукте они отсутствуют.

3. Экстрагенты

Экстрагенты — это жидкости или сжиженные газы, способные экстрагировать из растительного или животного сырья определенные его компоненты. При этом экстрагент и экстрагируемое вещество не вступают в химическое взаимодействие. По окончании процесса экстрагирования экстрагент обычно удаляют перегонкой.

Экстракция применяется в пищевой промышленности для выделения целевых веществ при получении сахара из сахарной свеклы, сока солодки, выделении жиров из жиросодержащего сырья, получении ароматических веществ и эфирных масел из растительного и животного сырья, получении экстрактов пряностей (олеорезинов), экстрактов хмеля, натуральных красителей или для удаления нежелательных компонентов (спирт из напитков, никотин из табака, кофеин из кофе и чая).

Различают три вида экстракции: жидкостью из твердого вещества, жидкостью из жидкости и сжиженным газом из твердого вещества. Последний вид экстракции протекает под высоким давлением, достаточным для сжижения используемого газа. По окончании процесса экстрагирования давление снижают до атмосферного, газ полностью улетучивается и отпадает необходимость его дополнительного удаления. В качестве жидких экстрагентов чаще всего применяют воду, пищевые растительные масла, этиловый спирт и другие алифатические спирты, гексан и другие углеводороды, в том числе хлорированные.

Сжиженные газы — это обычно диоксид углерода, азот или пропан. Экстракцию проводят в экстракторах различной конструкции непрерывного или периодического действия. Например, перфораторы при­ меняют для экстрагирования жидкости жидкостью, а перколяторы — для экстрагирования из измельченных твердых веществ.

4. Осушители

Осушители — это вещества, удаляющие влагу из газов, жидкостей и твердых субстанций в закрытых емкостях. Осушители делят на две группы: химически и физически связывающие воду. Первые могут это делать путем образования новых соединений, например

или путем образования гидратов, например

Физическое связывание воды происходит путем растворения или адсорбции.

Сушка — один из древнейших методов обработки пищевых продуктов. Сушка с помощью осушителей — очень мягкий, щадящий метод, при котором в продукте сохраняются даже легколетучие ароматические вещества. Практическое его осуществление возможно разными способами. Обезвоживаемый продукт, например, можно поместить на определенное время в эксикатор, сушильный шкаф, башню, трубку или пистолет, заполненные осушителем. Газ обычно сушат, медленно пропуская его через емкость, заполненную хлоридом кальция или силикагелем, адсорбирующим воду. Жидкости сушат, засыпая в них нерастворимые осушители, выдерживают их некоторое время и отфильтровывают или декантируют адсорбировавший воду осушитель.

Осушители, действие которых основано на образовании гидратов, можно регенерировать нагреванием. Это относится к оксиду кальция, солям кальция (карбонат, хлорид, сульфат) и другим сульфатам (медь, магний и натрий). Гидроксид калия и пянтаоксид фосфора не регенерируются.

Осушители используются не только для сушки пищевых продуктов и сырья, но также для установления и поддержания определенной влажности воздуха в закрытой емкости, например в упаковочном контейнере.

5. Средства дnя снятия кожицы

Удалять кожицу и кожуру с плодов и овощей можно механически, вакуумированием, обработкой паром или химическими средствами, обычно щелочами. Часто эти методы комбинируют.

Основные средства для снятия кожицы — это вещества, химическим путем удаляющие кожицу (кожуру, шкурку) с определенных видов фруктов и овощей: помидоров, огурцов, моркови, корней сельдерея, картофеля и других корнеплодов, груш, яблок, абрикосов, персиков и других косточковых плодов. Средства для снятия кожицы химическим путем размягчают оболочку растительных продуктов так, что после обработки ими она легко удаляется.

Химическая (щелочная) очистка проводится при различных концентрациях (от 0,5 до 20%) щелочи и температуре ванны, с разной продолжительностью (в зависимости от вида растительного сырья): время обработки может колебаться от 2 (при 90-100°С) до 15 мин (при 50-80°С). Обработку можно повторять. Она проводится в специальных очистных машинах разной конструкции (например, во вращающемся проволочном барабане). Отделение кожуры происходит во время вращения барабана — за счет трения овощей (фруктов, корнеплодов) друг о друга и о стенки барабана. Процесс можно вести сухим способом, а можно обрызгивать содержимое барабана водой. По окончании обработки щелочами проводят нейтрализацию очищенного сырья погружением его в раствор кислоты. Для фруктов используют 1-2%-ный раствор лимонной кислоты.

6. Охлаждающие и замораживающие аrенты

Охлаждающие и замораживающие а2енты — это вещества, понижающие температуру пищевого продукта при прямом контакте с ним. Не следует путать охлаждающие агенты с хладоагентами, применяемыми в холодильной технике.

Охлаждающие и замораживающие агенты способны отнимать тепло у контактирующего с ними продукта благодаря очень низким собственным температурам плавления и кипения. Они могут применяться в форме газов, жидкостей или твердых тел. Замораживание можно проводить в одну или в две (т.е. через предварительное охлаждение) стадии.

Старейшим охлаждающим агентом является лед. Отнимая тепло у охлаждаемого пищевого продукта, лед превращается в воду. Это превращение во многих случаях нежелательно, но лед и сегодня сохраняет свое значение при охлаждении рыбы и морепродуктов. Кроме того, лед применяют, заменяя им часть вносимой по рецептуре воды, в производстве фаршевых мясопродуктов (колбаса, сосиски и т.п.), — чтобы предотвратить разогрев фаршевой массы.

Охлаждение воздухом подразделяют на медленное и быстрое. Медленное замораживание (более старый способ) осуществляют перемещающимся с небольшой скоростью воздухом (температурой до -25°С). Быстрое замораживание заключается в обдувании замораживаемого продукта потоком воздуха высокой скорости и высокой влажности при температуре от -30 _ДО -40°С.

Эффективность способа существенно повышается заменой воздуха на углекислый газ (диоксид углерода) и азот, которые используются в качестве охлаждающих и замораживающих агентов везде, где не годятся лед и воздух. Жидкий азот и «сухой лед» (твердая углекислота) обеспечивают очень высокую скорость замораживания, благодаря чему клеточная вода в обрабатываемом продукте кристаллизуется так быстро, что больших кристаллов, способных повредить клеточные стенки, не образуется, и продукт при замораживании не разрушается.

Хорошие результаты дает использование смесей диоксида углерода с азотом в разных соотношениях. Мгновенное замораживание продуктов, особенно дорогостоящих, с применением таких смесей является прекрасным способом обеспечить их длительное хранение без изменения питательных и органолептических характеристик. При этом в продукт не попадает вода, как в случае льда (а при размораживании газы полностью улетучиваются). Обычно процесс проводят в заполненных пищевым продуктом туннелях, через которые с высокой скоростью пропускают сжиженный газ (для этих целей существует также специальное оборудование).

В хлебопечении охлаждение и замораживание диоксидом углерода и азотом используются для сохранения готовой продукции, прекращения процесса брожения в тесте, мгновенного охлаждения выпеченных изделий до температуры хранения, предварительного и промежуточного охлаждения на полностью автоматизированных линиях и отвода тепла при механической обработке тестовых масс.

Охлаждающие и замораживающие агенты с успехом применяются для сохранения идеальной влаrоудерживающей способности парного мяса для его дальнейшей переработки в деликатесные продукты, для хранения и транспортировки сублимированных молочных заквасок. Использование «сухого льда» вместо обычного предпочтительно для быстрого охлаждения мяса птицы сразу после забоя. Жидкий азот применяют для сушки вымораживанием.

Охлаждающие агенты необходимы при помоле — для охлаждения разогреваемого за счет силы трения продукта.

7. Вещества, способствующие жизнедеятельности полезных микроорrанизмов

Целый ряд пищевых продуктов изготавливают в ходе биотехнологических процессов: хлеб и хлебобулочные изделия, вино, пиво, квас, спирт получают в результате дрожжевого брожения; сырокопченые колбасы, квашеные овощи, кисломолочные продукты образуются под действием бактерий, а отдельные виды сыров обязаны своим существованием плесневым грибам.

Обмен веществ и развитие клеток микроорганизмов невозможны без питания. Кроме воды им необходимы углерод, азот, минеральные вещества, микроэлементы, витамины, аминокислоты, пиримидины и пурины.

По способности использования источников углерода различают автотрофные и гетеротрофные микроорганизмы. Первые используют в качестве источника углерода углекислый газ и органические вещества, которые они могут получать, окисляя неорганические. Гетеротрофным микроорганизмам требуются органические источники углерода.

В пищевой промышленности применяются гетеротрофы. Источниками углерода им служат моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза), трисахариды (раффиноза), полисахариды, олиго- и полипептиды, аминокислоты, а также природное сырье и продукты его переработки (картофель, мука, свекла, целлюлоза, шрот и др.). В настоящее время в качестве источника углерода в биотехнологии используют гидролизаты крахмала и целлюлозы, сахарную мелассу, спирт и др.

В целом плесневые грибы растут преимущественно на сахаросодержащих средах, а бактерии — на белоксодержащих.

Микроорганизмам, не способным усваивать азот из воздуха, нужны для развития азотсодержащие среды. Обычно в качестве таковых используют производные аммиака, сам аммиак, мочевину, аминокислоты (глицин, аланин, валин и др.), пептоны и белковые продукты (например, мясной экстракт).

Из минеральных веществ самым важным для микроорганизмов является фосфор, участвующий в переносе энергии и входящий в состав нуклеиновых кислот. Кроме того, им требуются сера, калий, кальций, магний и натрий, а также микроэлементы: кобальт, марганец, медь, цинк, молибден, хром, никель, ванадий, бор, селен, кремний, вольфрам, хлор и йод. Для удовлетворения потребности микроорганизмов в этих элементах их вносят в субстрат в виде неорганических солей.

Витамины являются необходимым условием развития различных микроорганизмов, так как они входят в состав коферментов (например, никотинамид в НАД+ и НАДФ+). Наиболее важными для микроорганизмов витаминами являются тиамин (В1 ) , рибофлавин (В2 ) , пиридок­син (В6) , биотин, пантотеновая кислота, фолиевая кислота и цианоко­баламин (В12 ) .

Пиримидины и пурины необходимы живой клетке для синтеза нуклеиновых кислот.

8. Ферменты и ферментные препараты

Ферменты (энзимы) — биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире. Ферменты имеют ряд достоинств перед небиологическими катализаторами: во-первых, скорость ферментативного катализа на несколько порядков выше (от 103 до 109); во-вторых, большинство их отличается исключительно высокой субстратной специфичностью; в-третьих, ферменты катализируют реакции в мягких условиях (при атмосферном давлении, температуре от 20 до 70°С, рН от 4 до 9). В пищевой промышленности ферментные препараты представляют собой мультиэнзимные комплексы и помимо активного белка содержат различные балластные вещества. Большое число ферментных препаратов получают в промышленном масштабе с использованием микроорганизмов — активных продуцентов соответствующих ферментов.

Ферментные препараты позволяют значительно ускорять технологические процессы, увеличивать выход готовой продукции, повышать ее качество, экономить ценное сельскохозяйственное сырье, улучшать условия труда на производстве.

В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, производстве спирта, фруктовых и овощных соков, хлебопечении, производстве дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, переработке крахмала, производстве белковых гидролизатов и инвертного сиропа.

В основе промышленной переработки крахмала и крахмалсодержащего сырья (картофеля, семян хлебных злаков) лежит превращение этого полисахарида в сахара и декстрины, которые используются в изготовлении большого числа пищевых продуктов и напитков, а также являются источником углерода при ферментациях. Ферментативный гидролиз крахмала осуществляется с помощью амилаз.

Основной операцией в технологии хлебобулочных изделий является брожение теста, вызываемое дрожжами; его цель — разрыхление теста за счет диоксида углерода, выделяемого при сбраживании сахаров. В этом процессе амилазы играют исключительно большую роль. Активность амилаз в муке обусловливает ее сахарообразующую способность; от нее зависит интенсивность брожения теста, количество остаточных сахаров в нем и в конечном счете качество хлебобулочных изделий.

Гидролиз крахмала в сбраживаемые сахара в технологии продуктов брожения (пива и спирта) осуществляется под действием амилаз солода. Для экономии солода в пивоварении применяют несоложеное сырье. Неблагоприятные изменения и осложнения в процессе приготовления пивного сусла на несоложеном сырье можно устранить с помощью ферментных препаратов. Добиться наиболее полного превращения крахмала в сбраживаемые сахара в технологии спирта позволяют грибные амилазы.

Производство фруктозо-глюкозных сиропов в настоящее время получило широкое распространение во многих странах. Катализатором инверсии сахарозы и полисахаридов является фермент инвертаза.

При переработке фруктов и овощей широко используются пектолитические ферменты, специфически расщепляющие пектиновые вещества. Основной целью в производстве фруктовых и овощных пюре, соков, в виноделии является расщепление растворимого пектина и его предшественника — нерастворимого протопектина, приводящее к разрушению межклеточной структуры и к существенному увеличению сокоотдачи перерабатываемых фруктов и овощей. К ферментам, катализирующим расщепление пектиновых веществ, относятся пектинэстеразы, пектиназы и пектинлиазы.

Из протеолитических ферментов, содержащихся в различных органах и тканях животных, широкое применение в пищевой промышленности получили реннин и пепсин. Они способны расщеплять казеин молока и используются в производстве творога и сыра. Из растительных протеаз применяют протеазы семян злаковых, папаин, бромелин и фицин. Эти протеазы обладают более широкой специфичностью по сравнению с реннином и пепсином. Их используют в переработке мяса, рыбы, в хлебопечении.

Оксидоредуктазы играют большую роль в формировании вкуса, цвета и аромата пищевых продуктов. Некоторые из оксидоредуктаз оказывают отрицательное влияние на пищевые продукты. Глюкозооксидаза позволяет удалять из продукта кислород и глюкозу, предотвращая тем самым окисление. Под действием о-дифенолоксидазы дубильные вещества чайного листа окисляются кислородом воздуха до темноокрашенных соединений, определяющих вкус, цвет и аромат черного чая. При этом то же действие о-дифенолоксидазы в макаронных изделиях приводит к их нежелательному потемнению.

Липоксигеназа играет отрицательную роль при хранении и переработке зерна, муки, крупы, вызывая их прогоркание. Для предотвращения прогоркания применяют обработку зерна паром. Аскорбиноксидаза снижает содержание в плодах и овощах аскорбиновой кислоты. Для подавления активности фермента используют бланширование.

9. Катализаторы

Катализаторы — это вещества, ускоряющие течение химических реакций путем снижения энергии активации. Катализаторы при этом не расходуются и не содержатся в конечном продукте. Они используются в очень малой дозировке.

Различают катализаторы трех видов:

1. гомогенные — катализатор и реагирующее вещество имеют одно агрегатное состояние;
2. гетерогенные — катализатор твердый, а реагенты жидкие или газообразные;
3. смешанные — катализатор состоит из двух и более веществ.

Применяют катализаторы, нанесенные на пористые материалы, например активированный уголь (активность гетерогенного катализатора зависит от его удельной поверхности, но в промышленности катализаторы с большой удельной поверхностью не используются, так как они очень нестойки).

Наиболее широко в пищевой промышленности катализаторы используются для отверждения растительных масел. Консистенция масел и жиров в большой степени зависит от степени насыщенности жирных кислот, входящих в состав их глицеридов. Триглицериды жидких масел содержат много остатков ненасыщенных (с двойными связями) кислот, а триглицериды твердых жиров содержат преимущественно насыщенные кислотные остатки. При гидрогенизации жидких масел двойные связи превращаются в простые, и масло отверждается. Чаще всего катализатором этого процесса гидрогенизации является никель (до 25%), нанесенный на пористый материал. Процесс ведут в автоклавах, пропуская очищенный водород через масло в течение нескольких часов при температуре 160-200°С.

Катализаторы необходимы также при переэтерификации жиров, в результате чего из смеси жиров получают жир с определенными технологическими свойствами. Переэтерификацию проводят обычно при температуре от 80 до 200°С в присутствии 0,05-0,30% катализатора (часто этилата натрия или смеси едкого натра с глицерином).

Оксиды магния или меди применяются для ускорения каталитического расщепления пероксида водорода.

10. Катализаторы гидролиза и инверсии

Катализаторами гидролиза и инверсии называются вещества, катализирующие расщепление белков, крахмалов и сахарозы. Ими чаще всего являются кислоты неорганические (соляная, серная) и органические (лимонная, винная и др.), щелочи и ферменты. Продукты гидролиза и инверсии необходимы в технологии получения ряда пищевых продуктов; также они могут играть важную роль для их сохранности.

Подбором катализаторов и сырья, изменением концентрации катализатора, температуры и продолжительности процесса можно менять глубину протекания реакций:

• белки можно расщепить до пептидов (и далее — до аминокислот);
• крахмалы — до декстринов (которые, в свою очередь, можно расщепить до мальтозы и далее до D-глюкозы);
• сахарозу расщепляют до инвертного сахара — равных частей глюкозы и фруктозы.

Гидролитическое расщепление сахарозы в инвертный сахар называется инверсией, или инвертированием.

Белковые гидролизаты и аминокислоты, полученные кислым гидролизом белка, имеют характерный вкус. Добавленные к пищевому продукту в очень небольшом количестве, они придают ему специфический вкус или усиливают его собственный. Вкус приправ, полученных гидролизом белков, зависит от состава смеси аминокислот и пептидов. Белковые гидролизаты находят применениев производстве бульонных кубиков, смесей пряностей, приправ, супов и соусов быстрого приготовления. Сырьем для получения белковых гидролизатов служат арахис, соевые бобы и другие семена масличных культур, клейковина кукурузы, риса и пшеницы, дрожжи, молочный белок, а также белоксодержащие отходы мясопереработки. В качестве катализатора гидролиза преимущественно используют соляную кислоту (25%).

Огромное значение для пищевой промышленности имеют продукты расщепления углеводов в присутствии разбавленных кислот. В качестве сырья используют крахмалы: кукурузный, рисовый, пшеничный и картофельный. Продуктами частичного гидролиза являются порошки (декстрины, мальтоолигосахариды, мальтотриоза, мальтоза) и жидкости (глюкозные и мальтозные сиропы). Полный гидролиз крахмала протекает по реакции

В качестве катализаторов расщепления углеводов чаще всего используют соляную и серную кислоты, иногда азотную или уксусную (дозировка — О,1-0,3% в пересчете на крахмал). Скорость реакции зависит от соотношения амилозы и амилопектина и от присутствия примесей. Линейные молекулы амилозы гидролизуются гораздо медленнее разветвленных молекул амилопектина. Разные виды крахмала содержат различное количество примесей: белков, жиров и минеральных веществ. Кукурузный крахмал, содержащий незначительное количество фосфатов, гидролизуется быстрее других, картофельный особенно богат остатками фосфорной кислоты, способными связывать катионы, поэтому гидролизуется труднее кукурузного. Использование щелочей в качестве катализаторов гидролиза приводит практически только к получению триптофана из белков.

11.  Перечень ферментных препаратов и разрешенных для их получения источников и продуцентов

Таблица 1. Ферментные препараты животного происхождения

Таблица 2. Ферментные препараты растительного происхождения

Таблица З. Ферментные препараты микробного происхождения