Желирующие вещества: виды и механизм действия¶

Желирующие вещества — это пищевые добавки и технологические ингредиенты, способные в определённых условиях (при охлаждении, изменении pH, взаимодействии с ионами) образовывать трёхмерную сетку, удерживающую воду и формирующую структурированный гель. Они относятся к классу гидроколлоидов и широко применяются в пищевой промышленности, фармацевтике и косметологии для придания продуктам желеобразной консистенции, стабилизации формы и улучшения органолептических свойств.

¶Классификация по происхождению

Желирующие вещества делят на три основные группы по источнику получения:

Животные гелеобразователи. Наиболее известный представитель — желатин, получаемый из коллагена костей и хрящей животных. Он образует термообратимые гели: плавится при нагревании и застывает при охлаждении до 35–40 °C. Желатин широко используется в производстве мармелада, зефира, мясных и рыбных консервов, а также в фармацевтике для производства капсул.

Растительные полисахариды. К этой группе относятся пектин (из яблок и цитрусовых), агар-агар (из красных водорослей) и каррагинан (из морских водорослей). Пектин требует для желирования наличия сахара (65–80 %) и кислой среды, поэтому применяется в джемах и кондитерских начинках. Агар-агар образует прочные гели, не плавящиеся при комнатной температуре, и используется в производстве пастилы, мармелада и в микробиологии как питательная среда. Каррагинан взаимодействует с белками молока и применяется в молочных десертах, йогуртах и колбасных изделиях.

Микробные и модифицированные гелеобразователи. К ним относятся ксантановая камедь (продукт ферментации бактерий Xanthomonas campestris) и модифицированные крахмалы. Ксантановая камедь чаще выступает стабилизатором, чем желирующим агентом, но в сочетании с другими гидроколлоидами способна создавать вязкие гели. Модифицированные крахмалы образуют мягкие, термостабильные структуры, применяемые в соусах и десертах быстрого приготовления.

¶Механизм действия

Процесс желирования основан на формировании пространственной сетки из полимерных цепей. В зависимости от типа вещества механизмы различаются:

Термотропное желирование характерно для желатина и агара. При нагревании полимерные цепи находятся в хаотическом состоянии (клубки). При охлаждении цепи частично восстанавливают спиральную структуру и связываются друг с другом водородными связями, образуя узлы сетки. Внутри ячеек удерживается вода, что и создаёт упругую структуру.

Ионотропное желирование свойственно пектину и каррагинану. Для образования геля требуются двухвалентные катионы (кальций, калий). Ионы выступают «мостиками» между отрицательно заряженными группами полисахаридных цепей, сшивая их в трёхмерный каркас. Например, низкоэтерифицированный пектин образует гель в присутствии ионов кальция даже при низком содержании сахара.

Взаимодействие с растворёнными веществами. Некоторые гелеобразователи (например, крахмалы) желируют за счёт набухания гранул и вымывания амилозы, которая при охлаждении образует сетку. Для пектина критично содержание сахара, снижающего активность воды и способствующего агрегации цепей.

¶Факторы, влияющие на желирование

На прочность и скорость образования геля влияют несколько параметров:

• Концентрация гелеобразователя — чем выше, тем прочнее структура.
• Температура — для термообратимых гелей важна скорость охлаждения.
• pH среды — для пектина оптимален диапазон 2,8–3,5; для каррагинана — нейтральная среда.
• Наличие ионов — кальций усиливает гель пектина, калий — каррагинана.
• Содержание сахара и других растворённых веществ — влияет на активность воды и конкуренцию за воду.

¶Применение в пищевой промышленности

Желирующие вещества используются в следующих категориях продуктов:

• Кондитерские изделия — мармелад, зефир, пастила, желейные конфеты (желатин, пектин, агар).
• Молочные продукты — йогурты, творожные десерты, мороженое (каррагинан, желатин, модифицированные крахмалы).
• Мясные продукты — студни, зельцы, колбасные изделия (каррагинан, желатин).
• Консервирование — джемы, варенье, фруктовые начинки (пектин).
• Соусы и заправки — стабилизация эмульсий и создание нужной консистенции (ксантановая камедь).

¶Нормативное регулирование и маркировка

В России и странах ЕАЭС желирующие вещества маркируются как пищевые добавки с индексами Е: Е406 (агар), Е407 (каррагинан), Е440 (пектин), Е441 (желатин), Е415 (ксантановая камедь). Допустимые концентрации регламентируются Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств». Большинство желирующих веществ признаны безопасными при соблюдении норм потребления, однако у некоторых людей возможна индивидуальная непереносимость (например, желатина).

¶Источники

• Пищевая химия / под ред. А. П. Нечаева. — СПб.: ГИОРД, 2012.
• Филипс Г. О., Вильямс П. А. Справочник по гидроколлоидам. — Woodhead Publishing, 2009.
• Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств».