Пищевые добавки, изменяющие структуру и физико-химические свойства продуктов

Одной из важных узнаваемых характеристик пищевого продукта наряду с внешним видом, цветом, ароматом и вкусом является его консистенция. Продукты часто представляют собой коллоидные системы: эмульсии, пены, суспензии, гели. Для их создания необходимы вещества с определёнными свойствами: поверхностноактивными, загущающими, желирующими.

К ПД, регулирующим и формирующим консистенцию продуктов, принадлежат в основном загустители и гелеобразователи, стабилизаторы физического состояния пищевых продуктов и такие поверхностно-активные вещества (ПАВ), как эмульгаторы, к которым «примыкают» эмульгирующие соли.

ПАВ (surfactants) — соединения, которые понижают поверхностное натяжение (или межфазное натяжение) между двумя жидкостями, между газом и жидкостью или между жидкостью и твердым веществом. Они могут действовать как детергенты, смачивающие агенты, эмульгаторы, пенообразователи и диспергаторы. К ним можно отнести также амфотерный сурфактант, иначе амфотерное ПАВ (англ. ampholitic surfactant) — ПАВ, способное быть донором или акцептором протона в зависимости от значения pH раствора (включает одну или несколько основных и кислотных групп, может содержать также и неионогенную полигликолевую группу); примером может служить алкилбетаин RCH[N+(CH3)3]COO–.

Стабилизаторы (stabilizers), загустители (thickeners), в том числе связующие агенты (binders) и текстуризаторы (texturizers) предназначены создавать однородную текстуру, улучшать ощущение во рту (это касается замороженных десертов, молочных продуктов, тортов, пудингов, желатиновых смесей, джемов, желе, соусов и т. п.), тогда как эмульгаторы способствуют плавному смешиванию ингредиентов, предотвращают разделение (арахисовое масло, шоколад, маргарин, замороженные десерты, заправки для салатов).

К этой группе в своё время принадлежали регуляторы рН пищевых систем и пенообразователи, а также вещества, препятствующие слёживанию и комкованию (см. книгу 2001 г. А. П. Нечаева, А. А. Кочетковой и А. Н. Зайцева «Пищевые добавки»); наполнители же и влагоудерживающие агенты — это технологические пищевые добавки. Часто перечисляют пищевые «текстуризаторы» с различными химическими свойствами, которые влияют на вкус посредством их соответствующих характеристик, следующим образом: крахмалы, гидроколлоиды и эмульгаторы.

Пищевые добавки, изменяющие структуру и физико-химические свойства

На сегодняшний день не имеют разрешения к использованию в производстве пищевых продуктов в РФ ещё недавно применявшиеся: эмульгатор Е446 сукцистеарин; стабилизаторы и эмульгаторы — Е472g эфиры моноглицеридов и янтарной кислоты и Е496 сорбитан триолеат (SPAN 85); эмульгатор Е1000 холевая кислота, а также декстраны, курдлан, оксиянт, тамариндовая камедь.

1. Загустители

По ГОСТ 33310–2015 «Добавки пищевые. Загустители пищевых продуктов. Термины и определения»: загуститель (пищевого продукта), thickeninger — пищевая добавка, предназначенная для повышения вязкости пищевых продуктов.

Таким образом, загустители (thickening agents) — это вещества, увеличивающие вязкость пищевых продуктов, загущающие их (связующие вещества, текстураторы, синергисты загустителей, вспомогательные вещества); они улучшают и сохраняют структуру пищевого продукта, позволяют получать продукты с нужной консистенцией, «телом», которое положительно влияет на вкусовое восприятие (так называемый эффект «mouthfeel»). Благодаря способности увеличивать вязкость водных сред загустители (XXVII функциональный класс пищевых добавок (ПД)  — см. табл. 1)«стабилизируют» дисперсные системы (суспензии, эмульсии и пены), готовые продукты, хорошо смешивая сложные смеси масел, воды, кислот и твёрдых веществ.

Благодаря особенностям своей структуры и многочисленным полярным группам, особенно гидроксильным, загустители, добавленные к пищевому продукту, вступают во взаимодействие с имеющейся в нём водой. Полярные молекулы воды располагаются при этом вокруг полярных групп загустителя. Благодаря сольватации, которая часто сопровождается раскручиванием молекулы, подвижность молекул воды ограничивается, а вязкость раствора возрастает. Макромолекулы, которые при набухании частично или полностью переходят в вытянутое состояние, в наибольшей степени увеличивают вязкость, так как гидродинамическое сопротивление длинных вытянутых полимерных цепей является наибольшим. Вязкость возрастает экспоненциально с увеличением длины цепи.

Сами по себе загустители не могут образовывать эластичные прочные гели. Чёткое разграничение между желеобразователями и загустителями, однако, не всегда возможно. Есть вещества, обладающие в разной степени свойствами и желеобразователя, и загустителя. Некоторые загустители в определённых условиях, например, при определённой концентрации сахара, ионов Са2+ или значении рН могут образовывать прочные эластичные гели.

О гидроколлоидах. Загустители (наряду с гелеобразователями и стабилизаторами) являются гидроколлоидами (см. «Справочник по гидроколлоидам», Дж. О. Филлипса и П. А. Вильямса, издательства «ГИОРД»); их молекулы представляют собой линейные или разветвлённые полимерные цепи, свёрнутые в клубки. Увеличение степени разветвления молекулы гидроколлоида приводит к уменьшению вязкости, если расположение боковых цепей мешает связыванию молекул воды; если же полярные и неполярные группы расположены преимущественно на концах цепи, это благоприятствует связыванию воды и возрастанию вязкости. Для макромолекул с высокой степенью разветвления достижение высокой вязкости возможно только в концентрированных растворах.

Гидроколлоиды не являются эмульгаторами, так как в их молекулах отсутствует характерное сочетание гидрофильных и липофильных групп. Исключение составляют неионогенные эфиры целлюлозы, например метилцеллюлоза, переэтерифицированная метилцеллюлоза, например карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), и пропиленгликольальгинат. Гидроколлоиды, применяемые в качестве загустителей и принадлежащие к группе полисахаридов, имеют растительное или микробное происхождение.

Применение находят как натуральные полисахариды, так и модифицированные. Полисахариды, полученные из растений, подразделяют на эксудаты, смолы (защитные коллоиды, выделяемые растением при повреждениях), например трагакант, и муку семян (резервные полисахариды растений), например муку семян рожкового дерева. К модифицированным полисахаридам относят сложные эфиры целлюлозы, например метилцеллюлозу и КМЦ, а к микробным — ксантан.

Растительные гидроколлоиды по химическому строению подразделяются на три группы: кислые полисахариды с остатками уроновой кислоты, кислые полисахариды с остатками серной кислоты и нейтральные полисахариды. В качестве загустителей применяются кислые гидроколлоиды с остатками уроновой кислоты, например трагакант и гуммиарабик, а также нейтральные соединения, например камедь бобов рожкового дерева и гуар. Поведение нейтральных полисахаридов, в отличие от полиэлектролитов, практически не зависит от изменения рН среды и концентрации соли. К кислым полисахаридам с остатками серной кислоты, применяемым в качестве желеобразователей, принадлежат, например, агар и каррагинан.

Эффективность действия гидроколлоидов определяется не только структурными особенностями их молекул (длина цепи, степень разветвления, природа мономерных звеньев и функциональных групп и их расположение в молекуле, наличие гликозидных связей), но и составом пищевого продукта, способом его получения и условиями хранения. На растворение и диспергирование гидроколлоидов влияют размер и форма их частиц, удельная поверхность, гранулометрический состав.

Большое значение имеет способ приготовления раствора (дисперсии): интенсивность и время перемешивания, температура, значение рН, присутствие электролитов, минеральных веществ и гидратируемых веществ, например сахара, возможность образования комплексов с другими имеющимися в системе соединениями, процессы распада, вызываемые ферментами или микроорганизмами. Есть загустители, которые могут образовывать ассоциаты с другими высокомолекулярными компонентами пищевого продукта, что вызывает заметное возрастание вязкости.

При совместном использовании двух и более загустителей возможно проявление синергического эффекта: смеси загущают сильнее, чем можно было бы ожидать от суммарного действия компонентов. Например, ксантан с гуаровой камедью или с камедью рожкового дерева. В последнем случае возможно даже гелеобразование.

Модифицированные крахмалы. Свойства загустителей, особенно нейтральных полисахароидов, можно менять путём химической модификации: введением в молекулу нейтральных или ионных заместителей. Ярким примером этого служат нативные и модифицированные крахмалы; последние — это продукты фракционирования, деструкции и различных модификаций нативных крахмалов. По ГОСТ Р 32902–2014 «Крахмал и крахмалопродукты. Термины и определения»: крахмал — природный полисахарид, накапливаемый в клетках растений в виде крахмальных зёрен и выделяемый из крахмалсодержащего сырья при его переработке; модифицированный крахмал, modified starch — крахмал, свойства которого направленно изменены в результате физической, химической, биологической, радиационной или комбинированной обработки.

Модифицированные крахмалы, в отличие от нативных растительных крахмалов, являющихся пищевыми продуктами, относятся к пищевым добавкам (ПД); они применяются для создания необходимой консистенции продуктов питания. Это дополнительная функциональная группа ПД в диапазоне Е1400…Е1452. К применению в пищевой промышленности РФ разрешены декстрины, крахмал, обработанный термически, белый и жёлтый (Е1400), а также следующие модифицированные крахмалы:

  • крахмал, обработанный кислотой (Е1401),
  • крахмал, обработанный щёлочью (Е1402),
  • крахмал отбелённый (Е1403),
  • крахмал окисленный (Е1404),
  • крахмал, обработанный ферментами (Е1405),
  • монокрахмалфосфат (Е1410),
  • дикрахмалфосфат (Е1412),
  • фосфатированный дикрахмалфосфат (Е1413),
  • дикрахмалфосфат ацетилированный (Е1414),
  • крахмал ацетилированный (Е1420),
  • ацетилированный дикрахмаладипат (Е1422),
  • крахмал оксипропилированный (Е1440),
  • дикрахмалфосфат оксипропилированный (Е1442),
  • крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты эфир (Е1450),
  • крахмал ацетилированный окисленный (Е1451),
  • крахмала и алюминиевой соли октенилянтарной кислоты эфир (Е1452).

Из них наиболее востребованы Е1404, Е1412, Е1414, Е1422 и Е1442.

Основными типами модификации являются: набухание (преклейстеризация; набухающие крахмалы), деполимеризация (расщеплённые крахмалы), стабилизация (стабилизированные крахмалы) и поперечное сшивание (сшитые крахмалы).

Набухающие крахмалы получают физической модификацией нативного крахмала с формированием способности набухать и растворяться в холодной воде с образованием клейстеров.

Расщеплённые крахмалы получают деполимеризацией, применяя для этого физические и химические воздействия, в результате которых получаются более короткие молекулярные цепи. В зависимости от характера воздействия получают декстрины, гидролизованные крахмалы и окисленные крахмалы; последние — это результат действия окислителей (перманганата калия, перекиси водорода, солей йодной кислоты и др.) с образованием крахмалов с более короткими молекулярными цепями. Эти крахмалы используют для стабилизации структуры мороженого, при производстве мармеладов, в хлебопечении.

Группу стабилизированных крахмалов составляют этерифицированные крахмалы, включающие сложные эфиры, полученные ацетилированием (уксусной кислотой, уксусным ангидридом и другими реагентами) и фосфорилированием, а также простые эфиры, получаемые взаимодействием крахмала с окисью пропилена и др.; фосфатные крахмалы применяют для приготовления майонезов, соусов, кремов, продуктов детского и диетического питания. Клейстеры таких крахмалов устойчивы к замораживанию-оттаиванию, поэтому их используют для стабилизации и загущения пищевых продуктов, сохраняемых в замороженном виде.

Поперечное сшивание полимерных цепей является важнейшей химической модификацией, выражающейся в замене водородных связей между цепями крахмала более сильными, постоянными ковалентными связями, благодаря которым замедляется набухание крахмальных зёрен, что препятствует расщеплению молекулы при химическом и физическом воздействии или в процессе приготовления пищевой продукции. Сшитые крахмалы используют при получении экструдированных продуктов, в качестве добавок в тесто, в производстве консервированных супов и в других случаях, где требуется пролонгирование процессов набухания крахмальных зёрен, повышение вязкости и формирование структуры.

Путём модификации крахмалов можно придать им следующие свойства:

  • устойчивость к кислотам, высоким температурам, к синерезису, к циклам оттаивания-замораживания;
  • повышение растворимости в холодной воде и эмульгирующих характеристик;
  • снижение склонности к ретроградации;
  • понижение (или повышение) температуры клейстеризации, а также вязкости.

Области применения загустителей — мясоперерабатывающая отрасль; производство молочных продуктов (например: напитки, сметана, йогурт, кефир и другие кисломолочные продукты; сухие молочные продукты, сыры, плавленые сыры и сырные продукты, мороженое); кондитерские изделия (например: мучные кондитерские изделия, сахарные изделия, жевательная резинка, жевательные конфеты); десерты; фруктовые наполнители и другие продукты переработки фруктов, фруктовые и овощные консервы; различные супы и соусы быстрого приготовления, в том числе консервированные; кетчуп и аналогичные продукты; диетические низкокалорийные продукты; продукты глубокой заморозки, инстантные продукты; кисели, майонезы и другие эмульгированные соусы; маргарины.

Загустители, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ:

Е400 альгиновая кислота, Е401 альгинат натрия, Е402 альгинат калия, Е403 альгинат аммония, Е404 альгинат кальция, Е405 пропиленгликольальгинат, Е406 агар, Е407 каррагинан и его натриевая, калиевая, аммонийная соли, включая фурцеллеран, Е407а каррагинан из водорослей Euchema, Е409 арабиногалактан, Е410 камедь рожкового дерева, Е412 гуаровая камедь, Е413 трагакант, Е415 ксантановая камедь, Е416 карайи камедь, Е417 тары камедь, Е418 геллановая камедь, Е422 глицерин, Е425 конжак, Е426 гемицеллюлоза сои, Е427 камедь кассии, Е440 пектины, Е461 метилцеллюлоза, Е463 гидроксипропилцеллюлоза, Е464 гидроксипропилметилцеллюлоза, Е465 метилэтилцеллюлоза, Е466 карбоксиметилцеллюлоза натриевая соль, Е467 этилгидроксиэтилцеллюлоза, Е469 карбоксиметилцеллюлоза ферментативно гидролизованная, Е1200 полидекстрозы, Е1201 поливинилпирролидон, Е1204 пуллулан, Е1400 крахмал, обработанный термически, белый и жёлтый, Е1401 крахмал, обработанный кислотой, Е1402 крахмал, обработанный щёлочью, Е1403 крахмал, отбелённый, Е1404 крахмал окисленный, Е1405 крахмал, обработанный ферментными препаратами, Е1410 монокрахмалфосфат, Е1412 дикрахмалфосфат, этерифицированный тринатрийметафосфатом, этерифицированный хлорокисью фосфора, Е1413 фосфатированный дикрахмалфосфат «сшитый», Е1414 ацетилированный дикрахмалфосфат «сшитый», Е1420 ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом, Е1422 ацетилированный дикрахмалоадипат, Е1440 оксипропилированный крахмал, Е1442 оксипропилированный дикрахмалфосфат «сшитый», Е1450 эфир крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты, Е1451 крахмал ацетилированный окисленный и хитозан, гидрохлорид хитозония.

Кроме того, перечислим разрешённые к применению ПД, указанные в CанПиН 2.3.2.1293–03 как текстураторы, — Е339 фосфаты натрия, Е341 фосфаты кальция, Е420 сорбит и сорбитовый сироп, Е451 трифосфаты, Е452 полифосфаты, Е460 целлюлоза, Е927b карбамид, Е966 лактит, Е1200 полидекстрозы А и N, и связующие — бета-циклодекстрин Е459, этилцеллюлоза Е462, кроскарамеллоза Е468, ряд упомянутых выше крахмалов — Е1400…Е1405, Е1410…Е1413, Е1422… Е1423, Е1440 и Е1450, а также стеарат кальция Е470, диоксид кремния Е551, бентонит Е558, алюмосиликат Е559.

2. Гелеобразователи (желирующие вещества)

Желирующий агент (пищевого продукта): пищевая добавка, предназначенная для образования гелеобразной текстуры пищевого продукта. Таким образом, гелеобразователи (gelling agents) — это вещества, в опреде- лённых условиях способные образовывать гели (XVII функциональный класс ПД — см. табл. 2.1).

Гели (желе) представляют собой дисперсные системы, по крайней мере, двухкомпонентные. Дисперсионной средой является жидкость. В пищевых системах это обычно вода, и гель носит название гидрогеля. Дисперсной фазой является желеобразователь, полимерные цепи которого образуют поперечно сшитую сетку. Вода в такой системе физически связана и теряет подвижность. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта.

Молекулы гелеобразователя связаны в трёхмерную сетку и тоже не обладают той подвижностью, которая есть у молекул загустителя в высоковязких растворах. Чёткое разграничение между гелеобразователями и загустителями, однако, затруднительно, т. к. обе группы веществ представляют собой макромолекулы с гидрофильными группами, которые вступают в физическое взаимодействие с имеющейся в продукте водой.

Структура и прочность пищевых гелей могут сильно различаться, например, «нежный» эластичный желатиновый гель совсем не похож на «короткий» ломкий непрочный каррагинановый. За исключением желатина (животный белок), гелеобразователи являются углеводами (полисахаридами) растительного происхождения, растительными гидроколлоидами. Их получают из наземных растений или водорослей. По химической природе гелеобразователи являются кислыми полисахаридами с остатками серной кислоты. Гель практически является закреплённой формой коллоидного раствора, золя.

Для превращения золя в гель необходимо, чтобы между распределёнными в жидкости молекулами начали действовать силы, вызывающие межмолекулярную сшивку. Это может происходить по-разному: снижением количества растворителя за счёт испарения; понижением растворимости распределённого вещества за счёт химического взаимодействия; добавкой веществ, способствующих образованию связей и поперечной сшивке; изменением температуры и регулированием величины рН.

Начало желирования сопровождается замедлением броуновского движения частиц дисперсной фазы (возрастанием вязкости), их гидратацией и образованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать гели зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стерические затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Для протекания процесса поперечной сшивки необходимо наличие активных или активированных групп (–ОН, — СООН) в определённых положениях.

Механизмы желирования различных гелеобразователей также могут сильно различаться. Сравним механизмы желирования высоко- и низкоэтерифицированных пектинов. Способность желировать у высокоэтерифицированных пектинов (степень этерификации более 50 и менее 75 %, молекулярная масса в интервале 10 000…300 000) основана на свойстве линейных молекул образовывать трёхмерную полимерную сетку в присутствии воды, кислоты и сахара. Межмолекулярные связи представлены водородными мостиками, свободные сегменты молекул сильно гидратированы.

Присутствие определённого количества кислоты необходимо для подавления диссоциации свободных карбоксильных групп. Таким образом, общий отрицательный заряд молекул снижается и тем самым подавляется их взаимное отталкивание. Высокая концентрация нейтральных сахаров, например сахарозы, в свою очередь, снижает водную активность системы с одновременной дегидратацией пектиновых молекул, что приводит к более лёгкому сближению зон связывания.

Низкоэтерифицированные пектины (степень этерификации < 50 %), как и другие ионные гелеобразователи, желируют в присутствии определённых катионов, обычно кальция. Способность желировать для низкоэтерифицированных пектинов практически не зависит от содержания сухих веществ и значения рН. Так, молочные гели имеют рН около 6,5, а желированные фруктовые и овощные соки — около 2,5. Связывание полимерных цепочек низкоэтерифицированных пектинов происходит посредством поливалентных катионов (Са2+). Причём концентрация ионов кальция очень важна для свойств геля, например, при их недостатке гель не образуется, а при избытке образуется гель, склонный к синерезису, кроме того, в осадок выпадает соль — пектинат кальция.

Гелеобразователи не являются эмульгаторами. В их молекулах отсутствуют липофильные и гидрофильные группы, однако некоторые гелеобразователи стабилизируют эмульсии. В первую очередь это относится к альгинатам, поэтому их обычно используют в кисломолочных продуктах, подвергаемых пастеризации. Гелеобразователи могут выполнять функции стабилизаторов пены и средств для обработки виноматериалов. При совместном использовании различных гелеобразователей возможно проявление эффекта синергизма, взаимного усиления.

Области применения: мармелады, желе, варенья, фруктовые наполнители, жевательные конфеты, жевательная резинка, пралиновые и другие кондитерские массы; низкокалорийные продукты, кисломолочные продукты, низкокалорийные масла; какао и шоколадные напитки, молочно-фруктовые напитки; молоко, сливки, сгущённое молоко и сливки, мороженое и другие молочные десерты; пудинги, сыры, плавленые сыры и продукты их переработки; быстрозамороженные продукты, особенно рыба, заливки для овощей, мяса или рыбы, студень, фаршевые мясо- и рыбопродукты; новые продукты на основе эмульсий.

Желирующие агенты, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ: Е406 агар, Е407 каррагинан и его натриевая, калиевая, аммонийная соли, включая фурцеллеран, Е407а каррагинан из водорослей Euchema, Е410 камедь рожкового дерева, Е418 геллановая камедь, Е440 пектины, Е508 хлорид калия.

3. Эмульгаторы

По ГОСТ Р 32770–2014 «Добавки пищевые. Эмульгаторы пищевых продуктов. Термины и определения»: эмульгатор (пищевого продукта), emulsifier — пищевая добавка, предназначенная для создания и/или сохранения однородной смеси двух или более несмешивающихся фаз в пищевом продукте.

Эмульгаторы (emulsifiers, emulsifying agents) — это вещества, делающие возможным или облегчающие получение эмульсий и стабилизирующие последние. Они многолики — это и пластифицирующие добавки, и регуляторы плотности (ароматические масла в производстве напитков), и суспендирующие агенты, и стабилизаторы замутнения, и ингибиторы кристаллизации, и поверхностно-активные агенты, а также диспергаторы со смачивающими агентами и солюбилизаторами (об этих «технологических добавках» см. чуть ниже в этом же подпараграфе); к технологическим функциям эмульгаторов (в отношении мучных изделий) относили и комплексообразование с амилозой.

Эмульсии представляют собой коллоидные системы из двух или более несмешивающихся фаз с развитой поверхностью раздела между ними. Одна из фаз (жидкость) образует непрерывную дисперсионную среду, по объёму которой распределена дисперсная фаза в виде мелких (< 10–4 см) твёрдых частиц, капель или пузырьков.

В пищевой промышленности часто встречаются эмульсии, состоящие из воды и масла. Если дисперсной фазой является масло, а дисперсионной средой вода, такая эмульсия относится к типу «масло в воде» (М/В) и называется прямой. Например, майонез. В противном случае эмульсия «вода в масле» (В/М) называется обратной. Типичный пример — маргарин.

Пищевые эмульгаторы (XI функциональный класс ПД — см. табл. 2.1) представляют собой ПАВ — органические соединения, молекулы которых имеют дифильное строение, т. е. содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) атомные группы. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде, гидрофобные (обычно углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению ПАВ в неполярных средах.

На границе фаз дифильные молекулы ориентируются энергетически наиболее выгодным образом: гидрофильные группы — в сторону полярной (обычно водной) фазы, гидрофобные — в сторону неполярной (газовой или масляной) фазы. Таким образом формируется пограничный слой, благодаря которому снижается поверхностное натяжение и становится возможным или облегчается образование эмульсий. Действие эмульгаторов на этом не заканчивается. Образование пространственных и электрических барьеров дополнительно стабилизирует эмульсии, т. е. предотвращает повторное слипание уже сформировавшихся частичек дисперсной фазы и повторное расслоение.

Основные физико-химические и технологические свойства ПАВ определяются т. н. гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) их молекул. ГЛБ отражает соотношение молекулярных масс гидрофильных и липофильных групп. Величина ГЛБ может иметь значение от 1 до 20. Эмульгаторы, имеющие ГЛБ < 10, преимущественно липофильны, а имеющие ГЛБ > 10 — преимущественно гидрофильны. Чем больше ГЛБ, тем ярче проявляется способность молекулы ПАВ к образованию и стабилизации прямых эмульсий (М/В), чем меньше ГЛБ — тем ярче проявляется способность к образованию и стабилизации обратных эмульсий (В/М).

Эмульгаторы, характеризующиеся величиной ГЛБ от 7 до 9, могут применяться в качестве смачивателей. Гидрофильно-липофильный баланс — величина аддитивная, т. е. ГЛБ смеси эмульгаторов можно вычислить, сложив ГЛБ компонентов пропорционально их содержанию в смеси. Эмульгатор (или смесь эмульгаторов) ускоряет образование и стабилизирует тот тип эмульсии, в дисперсионной среде которой он лучше растворим. Например, для получения маргарина, представляющего собой эмульсию типа «вода в масле», применяют эмульгаторы с величиной ГЛБ 3…6, а для майонеза, представляющего собой эмульсию «масло в воде», используют эмульгаторы, имеющие ГЛБ 8…18.

Действие эмульгаторов многостороннее. Они ответственны за взаимное распределение двух несмешивающихся фаз, за консистенцию пищевого продукта, его пластичные свойства, вязкость и ощущение наполненности во рту («mouth-feeling»). Намазываемость маргарина, пластичность теста, жевательной резинки, взбитость мороженого определяются диспергирующим действием эмульгаторов. Взаимодействие эмульгаторов с белками муки укрепляет клейковину, что при производстве хлебобулочных изделий приводит к увеличению удельного объёма, улучшению пористости, структуры мякиша, замедлению черствения.

В маргарине стабилизирующее действие эмульгаторов на поверхность раздела фаз и влияние на процесс кристаллизации жира определяют срок годности, разбрызгиваемость при нагревании и органолептические свойства. В производстве шоколада, шоколадных глазурей и т. п. добавка эмульгатора снижает вязкость шоколадных масс, улучшает их текучесть за счёт влияния на кристаллизацию какао-масла. Добавка эмульгаторов в сухое молоко, сухие сливки, супы и т. п. позволяет уменьшить размер жировых шариков и их распределение, что ускоряет и облегчает разведение сухих продуктов в воде. Эмульгаторы применяют также для равномерного распределения нерастворимых в воде ароматизаторов, эфирных масел, экстрактов пряностей в напитках и пищевых продуктах.

Вкратце обратим внимание на такие относящиеся в значительной степени к эмульгаторам ПД, как диспергаторы (dispersants, dispersing agent), смачивающие агенты (wetting agent) и солюбилизаторы (solubilizing agent).

Диспергаторы представляют собой мицеллообразующие ПАВ, стабилизирующие пищевые системы (аэрозоли, пены, суспензии и эмульсии), способствующие образованию многокомпонентных устойчивых коллоидных микродисперсий. Их часто применяют в производстве напитков, технологических операциях по внесению и распределению несмешивающихся жидкостей и мелкодисперсных порошков.

Солюбилизация — включение нерастворимых (или слаборастворимых, к примеру, углеводородов, спиртов и др.) веществ в воде в состав мицелл коллоидных гидрофильных ПАВ; таким образом, солюбилизаторы способствуют созданию жидких коллоидных систем (микроэмульсий), т. е. образуют прозрачные или слегка опалесцирующие жидкости. Так, благодаря солюбилизаторам возможно получение прозрачных безалкогольных напитков с использованием эфирных масел или других нерастворимых в воде жидкостей или внесение в масла водорастворимых добавок.

Смачивание — следствие адгезии жидкости к твёрдой поверхности; оно определяет, в частности, такие процессы, как пропитку, экстракцию и др.

Смачивающие агенты (инстантизаторы) способствуют быстрому образованию микродисперсий, т. е. улучшают распределение жидкости по поверхности твёрдых тел (высушенные десертные смеси, овощи, завтраки быстрого приготовления и др.), ускоряют и облегчают растворение сухих продуктов (сухого молока, сухих сливок, сухих безалкогольных напитков, растворимого кофе и т. п.).

Области применения эмульгаторов: маргарины, майонезы и другие эмульгированные соусы, жиры для выпечки, хлеб и хлебобулочные изделия, кондитерские изделия, жевательная резинка, растворимый кофе, сухое молоко, супы быстрого приготовления и другие сухие продукты, ароматизаторы.

К применению при производстве пищевых продуктов в РФ разрешено более 50 эмульгаторов: Е322 лецитины, фосфатиды, Е331 цитраты натрия, Е339 фосфаты натрия, Е340 фосфаты калия, Е350 малаты натрия, Е351 малаты калия, Е352 малаты кальция, Е405 пропиленгликольальгинат, Е413 трагакант камедь, Е420 сорбит, Е430 полиоксиэтилен (8) стеарат, Е431 полиоксиэтилен (40) стеарат, Е432 полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурат, Твин 20, Е433 полиоксиэтилен (20) сорбитан моноолеат, (TWEEN) 80, Е434 полиоксиэтиленсорбитан (20) монопальмитат (TWEEN) 40, Е435 полиоксиэтиленсорбитан (20) моностеарат, (TWEEN) 60, Е436 полиоксиэтилен (20) сорбитан тристеарат, Е442 фосфатидиловой кислоты аммонийные соли, Е444 сахарозы ацетат изобутират, Е445 эфиры глицерина и смоляных кислот, Е450 пирофосфаты, Е452 полифосфаты, Е460 целлюлоза, Е461 метилцеллюлоза, Е463 гидроксипропилцеллюлоза, Е464 гидроксипропилметилцеллюлоза, Е465 метилэтилцеллюлоза, Е467 этилгидроксиэтилцеллюлоза, Е470 жирных кислот (миристиновой, олеиновой, пальмитиновой, стеариновой и их смеси) соли алюминия, аммония, калия, кальция, магния, натрия, Е471 моно- и диглицериды жирных кислот, Е472а эфиры глицерина и уксусной и жирных кислот, Е472b эфиры глицерина и молочной и жирных кислот, Е472с эфиры глицерина и лимонной и жирных кислот, Е472d эфиры моно- и диглицеридов жирных кислот и винной кислоты, Е472е эфиры глицерина и диацетилвинной и жирных кислот, Е472f эфиры смешанные глицерина и винной, уксусной и жирных кислот, Е473 эфиры сахарозы и жирных кислот, Е474 сахароглицериды, Е475 эфиры полиглицерина и жирных кислот, Е476 эфиры полиглицерина и взаимоэтерифицированных рициноловых кислот, Е477 эфиры пропиленгликоля и жирных кислот, Е479 термически окисленное соевое масло с моно- и диглицеридами жирных кислот, Е480 диоктилсульфосукцинат натрия, Е482 стеароил-2-лактилат кальция, Е484 стеарилцитрат, Е491 сорбитан моностеарат (SPAN 60), Е492 сорбитан тристеарат (SPAN 65), Е493 сорбитан монолаурат (SPAN 20), Е494 сорбитан моноолеат (SPAN 80), Е495 сорбитан монопальмитат (SPAN 40), Е541 алюмофосфат натрия кислый, Е542 фосфат костный (фосфат кальция), Е900 полидиметилсилоксан, Е965 мальтит и мальтитный сироп, Е967 ксилит, Е1404 крахмал окисленный, Е1414 дикрахмалфосфат ацетилированный, Е1440 крахмал оксипропилированный, Е1450 эфир крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты, Е1451 крахмал ацетилированный окисленный.

4. Эмульгирующие соли

По Регламенту № 1333: «соли-эмульгаторы» — вещества, которые преобразуют белки, содержащиеся в сыре, в дисперсную форму и таким образом обеспечивают однородное распределение жиров и других компонентов.

Эмульгирующая соль (пищевого продукта), emulsifying salt — пищевая добавка, не только предназначенная для равномерного распределения жиров, белков и/или улучшения пластичности сыров, плавленых сыров и продуктов на их основе, но и эмульгирующий солевой синергист, и соль-плавитель, и добавка, способствующая смешиванию соли; сюда причисляли и комплексообразователи (см. в CанПиН 2.3.2.1293–03). Основная технологическая функция их связана с образованием и стабилизацией дисперсных систем путём снижения межфазного натяжения. Отличие эмульгирующих солей от эмульгаторов в том, что в данном случае отделение жировой фазы предотвращается взаимодействием с белковыми молекулами субстрата.

Как правило, по химической природе соли-эмульгаторы (XII функциональный класс ПД — см. табл. 2.1) представляют собой соли фосфорных и некоторых органических кислот с щелочными и щелочноземельными металлами — фосфаты или малаты.

Непрямое эмульгирующее действие их используется в производстве плавленых сыров. Термическая обработка сыра возможна только через промежуточное образование казеинового золя. Имеющийся в исходном сыре кальциево-казеиновый гель переходит в жидкий натрий-казеиновый золь благодаря полифосфату Na или другим фосфатам. Если сыр нагревать без эмульгирующих солей, он не плавится, а сморщивается, превращаясь в резиноподобную массу, и отделяет масло и воду. Если добавить при перемешивании 2…3 % соли-плавителя в виде водного раствора, компоненты стекаются в гомогенное тесто.

Область применения эмульгирующих солей — в основном плавленые сыры, присутствие в которых этих солей позволяет улучшить пластичность продуктов. Эмульгирующие соли, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ: Е339 фосфаты натрия, Е340 фосфаты калия, Е341 фосфаты кальция, Е350 малаты натрия, Е351 малаты калия, Е352 малаты кальция.

5. Стабилизаторы

По Директиве 95/2/ЕС (ст. 1, п. 3v): стабилизаторы — это вещества, способствующие сохранению физико-химического состояния продукта; в число стабилизаторов входят вещества, способствующие поддержанию однородной структуры двух или более несмешиваемых веществ в продукте, а также вещества, которые стабилизируют, сохраняют или усиливают имеющийся цвет продукта.

Регламент № 1333 чуть расширяет это определение: «стабилизаторы» — вещества, которые делают возможным поддержание физико-химического состояния пищевого продукта; стабилизаторы включают вещества, которые способствуют поддержанию однородной дисперсии двух или более несмешиваемых веществ в пищевом продукте, вещества, которые стабилизируют, сохраняют или интенсифицируют цвет пищевого продукта, и вещества, которые повышают связывающую способность пищевого продукта, включая образование связей между белками, способствуя связыванию частей пищевого продукта в восстановленный пищевой продукт.

А ГОСТ Р 52499–2005, как и ГОСТ Р 33782–2016 «Добавки пищевые. Стабилизаторы пищевых продуктов. Термины и определения», лаконично констатирует, что стабилизатор консистенции (пищевого продукта) — это пищевая добавка, предназначенная для обеспечения агрегативной устойчивости и/или поддержания однородной дисперсии двух и более несмешивающихся ингредиентов пищевого продукта (consistency stabilizer).

Не просто определиться с многообразными функциями XXV функционального класса ПД. Тут и стабилизаторы пены (см. ниже), добавляемые в жидкие взбитые продукты для предотвращения оседания пены (например: пеногаситель — жирные кислоты Е570 или пенообразователь — триэтилцитрат 1505), схожие в чём-то с эмульгаторами, и синергисты стабилизаторов (stabilizer synergist, например, хлорид калия Е508); к стабилизаторам относят также связующие вещества (binder), стабилизаторы эмульсий (emulsion stabilizer) и коллоидные стабилизаторы (colloidal stabilizer), стабилизаторы же цвета  — это добавки X класса.

Кратко остановимся на стабилизаторах пены (foam stabilizers). Это эмульгаторы, добавляемые в жидкие взбитые продукты для предотвращения оседания пены. Как и другие коллоидные системы, пены термодинамически нестабильны: газ и жидкость, из которых они состоят, стремятся образовать два слоя с минимальной поверхностью раздела фаз, поэтому пены в готовых пищевых продуктах фиксируют путём термообработки (подсушивание зефира, выпекание бисквита, закаливание мороженого), стабилизируют формированием мельчайших кристаллов сахара (нуга) или добавкой стабилизаторов пены, которые преимущественно располагаются на поверхности пузырьков воздуха, образуя там прочную плёнку, усиливающую сопротивляемость пузырьков к слипанию. Обычно стабилизирующее действие пенообразователей усиливают добавкой веществ, связывающих воду. Пену в прохладительных напитках и пиве можно стабилизировать гидроколлоидами.

Области применения стабилизаторов: молочные продукты (например, гидроколлоидные и другие комплексные стабилизационные системы для ряженки, йогуртов, сметаны улучшают структуру продуктов, придают глянец их поверхности и способствуют увеличению сроков их хранения, кроме того, стабилизаторы способствуют увеличению выхода творога и т. п.), мороженое, молочные коктейли, различные взбитые десерты, шоколадное молоко, многие кондитерские изделия, пиво, соки с мякотью, шоколадные и другие напитки (в том числе производство сухих замутнённых напитков на основе натурального сырья и на ароматизаторах) и др.

Разрешённые стабилизаторы: Е170 карбонат кальция, Е181 танины пищевые, Е263 ацетат кальция, Е331 цитраты натрия, Е332 цитраты калия, Е333 цитраты кальция, Е335 тартраты натрия, Е336 тартраты калия, Е337 тартрат натрия-калия, Е339 фосфаты натрия, Е340 фосфаты калия, Е341 фосфаты кальция, Е350 малаты натрия, Е351 малаты калия, Е352 малаты кальция, Е400 альгиновая кислота, Е401 альгинат натрия, Е402 альгинат калия, Е403 альгинат аммония, Е404 альгинат кальция, Е406 агар, Е407 каррагинан и его натриевая, калиевая, аммонийная соли, включая фурцеллеран, Е407а каррагинан из водорослей, Е409 арабиногалактан, Е410 камедь рожкового дерева, Е412 гуаровая камедь, Е413 трагикант камедь, Е414 гуммиарабик, Е415 ксантиновая камедь, Е416 карайи камедь, Е417 тары камедь, Е418 геллановая камедь, Е426 гемицеллюлоза сои, Е427 камедь кассии, Е440 пектины, Е444 сахарозы ацетат изобутират, Е445 эфиры глицерина и смоляных кислот, Е450 пирофосфаты, Е452 полифосфаты, Е459 бета-циклодекстрин, Е461 метилцеллюлоза, Е463 гидроксипропилцеллюлоза, Е464 гидроксипропилметилцеллюлоза, Е465 метилэтилцеллюлоза, Е466 карбоксиметилцеллюлоза (и её натриевая соль), Е467 этилгидроксиэтилцеллюлоза, Е468 кроскарамеллоза, Е469 карбоксиметилцеллюлоза ферментативно гидролизованная, Е470 жирных кислот (миристиновой, олеиновой, пальмитиновой, стеариновой и их смеси) соли алюминия, аммония, калия, кальция, магния, натрия, Е471 моно- и диглицериды жирных кислот, Е472а эфиры глицерина и уксусной и жирных кислот, Е472b эфиры глицерина и молочной и жирных кислот, Е472с эфиры глицерина и лимонной и жирных кислот, Е472d эфиры моно- и диглицеридов жирных кислот и винной кислоты, Е472е эфиры глицерина и диацетилвинной и жирных кислот, Е472f эфиры смешанные глицерина и винной, уксусной и жирных кислот, Е481 стеароил-2- лактилат натрия, Е482 стеароил-2-лактилат кальция, Е501 карбонаты калия, Е522 сульфат алюминия-калия, квасцы алюмо-калиевые, Е523 сульфат алюминия-аммония, квасцы алюмоаммиачные, Е570 жирные кислоты, Е965 мальтит и мальтитный сироп, Е967 ксилит, Е968 эритрит, Е1200 полидекстрозы, Е1201 поливинилпирролидон, Е1202 поливинилполипирролидон, Е1400 декстрины, крахмал, обработанный термически, белый и жёлтый, Е1401 крахмал, обработанный кислотой, Е1402 крахмал, обработанный щёлочью, Е1403 крахмал отбелённый, Е1410 монокрахмалфосфат, Е1412 дикрахмалфосфат этерифицированный, Е1413 фосфатированный дикрахмалфосфат «сшитый», Е1420 крахмал ацетилированный, Е1422 дикрахмалфосфат оксипропилированный, Е1442 дикрахмалмаладипат ацетилированный, Е1450 эфир крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты, Е1452 крахмала и алюминиевой соли октенилянтарной кислоты эфир, Е1521 полиэтиленгликоль, а также мыльного корня (Acantophyllum sp.) экстракт, солодкового корня (Glycyrrhiza sp.) экстракт, хитозан, гидрохлорид хитозония.