Харчові добавки: барвники

   У харчовій промисловості застосовується велика група речовин, що об'єднується загальним терміном харчові добавки. Цей термін не має єдиного тлумачення. У більшості випадків під цим поняттям об'єднують групу речовин природного походження або одержаних штучним шляхом, використання яких необхідне для удосконалення технології, отримання продуктів спеціалізованого призначення (дієтичних, лікувальних та ін.), збереження необхідних або додання нових властивостей, підвищення стабільності і поліпшення органолептичних властивостей харчових продуктів. Зазвичай до харчових добавок не відносять сполуки, які підвищують харчову цінність продуктів харчування: вітаміни, мікроелементи, амінокислоти.

Застосування харчових добавок  допустиме тільки в тому випадку, якщо вони, навіть при тривалому використанні, не загрожують здоров'ю людини. Зазвичай харчові добавки поділяють на кілька груп: харчові добавки, що поліпшують зовнішній вигляд продуктів; харчові добавки, що змінюють консистенцію, іноді в цю групу включають і харчові поверхнево-активні речовини (ПАР); ароматизатори; підсолоджуючі речовини і смакові добавки; харчові добавки, що підвищують збереження продуктів харчування та збільшують терміни їх зберігання.

Харчові добавки використовуються людиною багато століть – сіль, спеції – перець, гвоздика, мускатний  горіх, кориця, мед в якості підсолоджувальних речовини та ін. Однак широке використання харчових добавок почалося в кінці XIX ст., воно пов'язане із зростанням населення, концентрацією його в містах, необхідністю вдосконалення традиційних харчових технологій, досягненнями хімії, створенням продуктів спеціального призначення. Незважаючи на існуюче в багатьох індивідуальних споживачів упередження, харчові добавки за гостротою, частотою і тяжкістю можливих захворювань слід віднести до розряду речовин мінімального ризику.

Не можна обійти увагою таке важливе питання, як токсичність  хімічних речовин. Зазвичай під токсичністю розуміється здатність речовин завдавати шкоди живому організму. Слід зазначити, що будь-яка хімічна сполука при певних умовах може бути токсичною, тому, на думку фахівців, більш правильно говорити про нешкідливість речовини при пропонованому способі її застосування. Вирішальну роль тут відіграє доза (кількість речовини, що надходить в організм за добу), тривалість споживання, режим, шляхи її надходження в організм і т. д. Ефекти впливу на організм можуть бути також різними (гострі, підгострі, хронічні, віддалені наслідки і т. д.). З метою гігієнічної регламентації експериментально обґрунтовують гранично допустимі концентрації (ГДК), тобто концентрації, які не викликають при щоденному впливі на організм протягом як завгодно тривалого часу відхилень у здоров'ї. При встановленні величини ГДК враховується дуже велика кількість факторів. Дослідження проводяться спеціальними організаціями і регламентуються певними правилами.

Розглянемо лише найбільш важливі групи харчових добавок.

Харчові добавки, які покращують зовнішній вигляд продуктів 

 

Харчові добавки: барвники

Серед речовин, які визначають вид харчових продуктів, важливе  місце належить харчовим барвникам. Споживачі давно звикли до певного  кольору харчових продуктів і  пов’язують з ним їхню якість. В  той же час в умовах сучасної харчової технології продукти часто змінюють своє початкове, звичне для споживача  забарвлення, а інколи набувають  і не зовсім привабливого вигляду. Це, безумовно, робить харчові продукти менш привабливими для споживача, впливає  на апетит і процес травлення. Для  надання харчовим продуктам і  напівфабрикатам різного забарвлення використовують природні (натуральні) і синтетичні (органічні і неорганічні) барвники. Найбільш широко їх застосовують при виробництві кондитерських виробів, напоїв, деяких видів консерви і т. д.

Кармін

Червоний барвник, похідне антрахінону. Кармін отримують з кошенелі – комах, що живуть на кактусах, які ростуть в Африці і Південній Америці.

Алканін

Похідне 1,4-нафтохінону. Алканін відомий як барвник ще в давнину, його одержують із коренів рослин Alkanna tinctoria. Надає червоно-бордового забарвлення.

Каркума

Жовтий природний барвник, отримують з багаторічних трав'янистих  рослин сімейства імбирних – Curruma longa. Використовують у вигляді спиртового розчину, тому що куркума погано розчиняється у воді.

Енобарвник

Отримують з вичавок червоних сортів винограду та ягід бузини у  вигляді рідини інтенсивно червоного кольору. До її складу входить суміш сполук, в тому числі антоціанів та катехінів. Забарвлення, яке надає дана харчова добавка продукту, залежить від рН середовища. Червоне забарвлення в підкислених об'єктах, нейтральних і слаболужних середовищах енобарвник надає продукту синій відтінок. Тому енобарвник в кондитерській промисловості використовують одночасно з органічними кислотами для створення необхідного рН середовища.

Останнім часом почали використовувати в якості жовтих, рожево-червоних барвників пігменти, які містяться в соку кизилу, червоної і чорної смородини, журавлини, брусниці, до складу яких входять антоціани; пігменти чаю, що містять антоціани і катехіни, червоний барвник, виділений з буряків.

Цукровий колер (карамель)

Темно-забарвлений продукт  карамелізації цукру. Його водні  розчини представляють собою  темно-коричневу рідину з приємним запахом. Застосовують для фарбування напоїв, кондитерських виробів, в кулінарії.Серед синтетичних барвників необхідно відзначити наступні дозволені до вживання.

Індигокармін (динатрієва сіль індигодисульфокислоти)

Індигокармін при розчиненні у воді дає розчини інтенсивного синього кольору. Застосовують в  кондитерській промисловості та при виробництві цукру-рафінаду.

Татразин жовтий - натрієва сіль азобарвника

Тартразин добре розчинний у воді, утворює розчини оранжево-жовтого кольору. Використовують у кондитерській промисловості, при виробництві напоїв.

Кольорорегулюючі  харчові добавки

До них відносяться  сполуки, що змінюють забарвлення продукту в результаті взаємодії з компонентами харчової сировини і готових продуктів. Серед них необхідно відзначити відбілюючі речовини – харчові добавки, що руйнують природні пігменти або забарвлені продукти, які утворюються при отриманні харчових продуктів. Наприклад, діоксид сірки SO₂. Розчини H₂S0₃ та її солі проявляють відбілюючу і консервуючу дію, що гальмує ферментативне потемніння овочів і фруктів, а також уповільнює утворення меланоїдинів. У той же час необхідно пам'ятати, що SO₂ руйнує вітамін В₁ і впливає на молекули білка, що може викликати небажані наслідки. Нітрит і нітрат калію застосовують при обробці м'яса та м'ясних продуктів для збереження червоного кольору. Міоглобін - червоний барвник при взаємодії з нітритами утворює нітрозоміоглобін, який додає м'ясним вироби колір червоного солоного м'яса, і не змінюється при кип'ятінні.

Аналогічну дію має  і нітрат калію, який зп допомогою  ферментів, що виділяються мікроорганізмами, переводиться на нітрит калію. В даний  час за сукупністю показань застосування нітритів та нітратів викликає заперечення медиків і вимагає подальшого вивчення.

Бромат калію КВrОз застосовують як відбілювач борошна, однак його використання призводить до руйнування вітамінів В₁, РР і метіоніну.

Харчові добавки, що змінюють структуру та фізико-хімічні властивості  харчових продуктів

До цієї групи харчових добавок можуть бути віднесені речовини, що змінюють реологічні властивості  харчових продуктів (консистенцію): загусники, желе, харчові поверхнево-активні  речовини (ПАР), стабілізатори фізичного  стану харчових продуктів, розпушувачі.

Хімічна природа харчових добавок, віднесених до цієї групи, досить різноманітна. Серед них є продукти природного походження і отримані штучним шляхом, в тому числі хімічним синтезом. Вони включають як суміші, так і індивідуальні сполуки.

Загусники, желе

Ця велика група харчових добавок використовується в харчовій промисловості для отримання  колоїдних розчинів підвищеної в'язкості (загусники), студнів – полікомпонентних нетекучих систем, що включають високомолекулярний компонент і низькомолекулярний розчинник, і гелів – структурованих колоїдних систем.

Серед них необхідно відзначити натуральні харчові добавки: желатин, пектин, альгінат натрію, агароїди, крохмаль, рослинні камеді і речовини, які  одержують штучно, в тому числі з природних об'єктів: метилцелюлоза, амілопектин, модифіковані крохмалі.

Желатин

Білковий продукт, що представляє  суміш поліпептидів з різною (50-70 тис.) молекулярної масою та їх агрегатів, не має смаку і запаху. Желатин отримують з кісток, хрящів, сухожиль тварин. Він розчиняється в гарячій воді, при охолодженні водні розчини утворюють студні. Желатин застосовують при виготовленні сальтисону, желе (фруктових та рибних), морозива, в кулінарії.

Крохмаль і  модифіковані крохмалі

Крохмаль, його фракції (амілопектин), продукти часткового гідролізу - декстрини  та модифіковані крохмалі застосовують як загусники, студнеутворювачі у кондитерській, хлібопекарській промисловості, при  виробництві морозива.

Пектинові речовини

Студнеутворювальна здатність  пектину залежить від його молекулярної маси (ступеня полімеризації), кількості  метильних груп, що входять до складу його молекули (ступінь метоксилювання), і вмісту вільних карбоксильних груп, заміщення їх металами. Залежно від ступеня етерифікації карбоксильних груп розрізняють високо- і низькоетерифіковані пектини, які отримують з вихідної сировини кислою або лужною екстракцією або ферментативним розщепленням. Пектини різної природи значно відрізняються за студнеутворювальними властивостями. Пектини кращої якості отримують з кірочки цитрусових і яблук, нижчої – з бурякового жому – відходів цукрового виробництва. Міцний студень пектин утворює лише у присутності цукру і кислоти. Їх співвідношення може дещо змінюватися. У водних розчинах відбувається дисоціація карбоксильних груп, що містяться в його молекулі, і вона перетворюється в макроаніон. Кисле середовище перешкоджає дисоціації карбоксильних груп в пектині, знижує електростатичне відштовхування його молекул. Присутність цукру зменшує гідратацію пектину і сприяє з'єднанню його молекул один з одним при утворенні структури студня.

В утворенні структурного каркаса студня, а отже, гелю значна роль належить водневим зв'язкам.

Високоетерифіковані пектини  як харчові добавки застосовують у кондитерській промисловості (мармелад, желе), у виробництві фруктових  соків, морозива, рибних консервів, майонезу. Низькоетерифіковані – в овочевих желе, паштетах, драглях.

Агар-агар та інші агароїди

Його отримують з морських водоростей, які ростуть у Білому морі й Тихому океані і розрізняються за властивостями в залежності від походження. Агар незначно розчиняється у холодній воді, але набухає в ній. У гарячій воді утворює колоїдний розчин, який при охолодженні дає хороший міцний холодець, що володіє склоподібним смаком. Агар-агар застосовують у кондитерській промисловості як харчову добавку при виробництві желейного мармеладу, пастили, зефіру, при отриманні м'ясних і рибних холодців, желе, пудингів, при приготуванні морозива, де він запобігає утворенню кристалів льоду.

Агароїд (чорноморський  агар)

Отримують з водоростей філофори, що ростуть в Чорному морі. Погано розчинний у холодній воді. В гарячій воді утворює колоїдний розчин, при охолодженні якого утворюється холодець, що має затяжисту консистенцію. Студнеутворювальна здатність у два-три рази нижча, ніж у агар-агару. За хімічною природою до агару і агароїду близький фурцеларан - полісахарид, що отримується з морської водорості - фурцеларії. За здатністю до студнеутворення він займає проміжне положення до розглянутих раніше агароїдів. Застосовують при виробництві мармеладу і желейних цукерок.

Альгінові кислоти  і альгінат натрію

Полісахариди, що складаються  із залишків D-маннуронових і L-гулуронової кислот. Отримують їх з бурих водоростей. Альгінові кислоти у воді не розчиняються, але зв'язують її, альгінат натрію добре розчинний у воді. Використовують як загущувачі і емульгатори. Застосовують як харчові добавки при виготовленні мармеладу, фруктових желе, цукерок, освітлення соків.

Прості ефіри  целюлози

Метилові (метилцелюлоза) і  етилові (етилцелюлоза) - застосовують при виготовленні морозива, у виробництві  кондитерських виробів, соусів.

Харчові поверхнево-активні  речовини (ПАР)

До них відносяться  групи речовин, які знижують поверхневий  натяг. Це дозволяє використовувати  їх для отримання тонкодисперсних  і стійких колоїдних систем. Зазвичай молекули ПАР мають дифільну будову, тобто містять гідрофільні і гідрофобні групи. Гідрофільні забезпечують розчинність у воді, гідрофобні – в неполярних розчинниках. Відповідним чином вони розташовуються на поверхні розділу фаз. Їх основні фізико-хімічні, а звідси і технологічні властивості залежать від хімічної будови і співвідношення молекулярних мас гідрофільних і гідрофобних груп, За типом гідрофільних груп розрізняють іонні та неіонні поверхнево-активні речовини. Перші дисоціюють на іони, одні з яких поверхнево-активні, інші – ні. У залежності від знаку заряду поверхнево-активного іону їх ділять на аніонні, катіонні та амфотерні. Молекули неіонних ПАР не дисоціюють у розчині.

За допомогою ПАР можна  регулювати властивості гетерогенних систем, якими є харчова сировина, напівпродукти і готові продукти.

В даний час в багатьох країнах виробляють тисячі тонн харчових ПАР.

Основні харчові ПАР –  це похідні одноатомних і багатоатомних  спиртів, моно- і дисахаридів, структурними компонентами яких є залишки кислот різної будови.

Зазвичай ПАР, що застосовуються в харчовій промисловості, не є індивідуальними  речовинами, це багатокомпонентні суміші. Назва препарату відповідає лише основному продукту. ПАР, як харчові  добавки, знайшли застосування практично  у всіх галузях харчової промисловості. Розглянемо основні групи харчових ПАР, що застосовуються в промисловості.