АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Полісахариди з червоних морських водоростей

Агар-агар. Назва цього полімеру має малайзійське походження і означає «желюючий продукт харчування з водоростей».

Основу агар-агара складає агароза, молекула якої характеризується повторюваною структурою дисахариду, побудовану з D- галак­този і 3,6-ангідро-L-галактози, з’єднаних зв'язками 1,4 і 1,3 (рис.26). Доказом будови агарози слугує м'який кислотний гідроліз, що протікає з утворенням агаробіози (І). при ферментативному гідролізі, коли селективно розщеплюються 1,4-звязки, утворюється неоагаробіоза (ІІ). Сульфатні залишки містяться в агарозі в невеликих кількостях. В агарі агароза присутня в суміші з іншим полісахаридом агаропектином.

Рис.26 Схема гідролізу агарози:

І-агаробіоза; ІІ-неоагаробіоза

Агар складається із суміші агароз, які різняться за ступенем полімеризації; до їх складу можуть входити різні метали (калій, натрій, кальцій, магній) і приєднуватися за місцем функціональних груп. В залежності від співвідношення полімерів, виду металу значно змінюються властивості агар-агару. Наприклад, за наявності в агарах одновалентних металів підвищується або знижується міцність студня, що не спостерігається по відношенню двохвалентних металів.

Основною сировиною для виробництва агару є численні види червоних водоростей -гелідієвих (Gelidium), грацилярії (Gracilaria verrucosa [Huds]), еухеуми (Euchevma) и анфельції (Ahnfeltia tobuchiensis). В Росії для виробництва агар-агару в основному використовують далекосхідну і біломорську анфельцію, в сухому залишку яких він міститься в кількостях 12,6 – 32,6% і 20,2 – 28,05% відповідно. Вміст агар-агару у водорості залежить від її виду, регіону, сезону добування і віку. Отримують агар-агар зазвичай тепловим методом за наступною технологічною схемою (рис.27)

Рис.27 Схема виробництва агар-агару

Чисті водорості замочують в 0,2 – 0,5%-ому вапняному молоці для полегшення вилучення з них агар-агару і зменшення забарвлення отримуваних наварів.

Агар-агар вилучають з водоростей шляхом варки їх в кип’ячому розчині оксиду кальцію (рН не нижче 8). В залежності від властивостей сировини, конструкції устаткування встановлюється тривалість і кратність повторних варок, кількість і концентрація розчину оксиду кальцію, температура. Отриманий після варки навар очищують від механічних домішок відстоюванням протягом 4 – 5 годин при температурі 80 – 85⁰C, а потім в гарячому вигляді очищують на сепараторах або центрифугах з наступним охолодженням до утворення студня в спеціальних апаратах.

Студень ріжуть на пластини товщиною 5 – 6 мм або тонкі полоси і бруски, які направляють на очищення від неагарових і забарвлюючих речовин.

Очищення проводять промиванням у воді або шляхом заморожування студня і відтаювання агарольоду в природних умовах. Промивають студень водою з температурою 18 – 20⁰С 10-12-кратно, загальна тривалість промивання складає 30 – 36 годин. При другому способі очищення в результаті зниження температури відбувається виморожування води і концентрування студня до утворення коагелю і розчину, який містить органічні речовини і мінеральні солі. При підвищенні температури вода, яка утворюється в результаті танення льоду, разом з неагаровими речовинами стікає з коагелю і він стає чистим. Отриманий коагель висушують в природних умовах до вмісту вологи не більше 20%.

Студень, отриманий після промивання прісною водою, нагрівають до повного розчинення у воді, упарюють під вакуумом до вмісту сухого агару 2,5 – 2,8% і висушують в розсіювальній або вальцьовій сушарці до вмісту вологи не більше 18%. Вихід агару з анфельції становить в середньому 10% від маси сировини.

Для отримання агару особливого очищення промитий студень плавлять, охолоджують до температури 55 – 60⁰С і при помірному перемішуванні в нього вводять суспензію карбонату кальцію, масу двічі сепарують і желюють. Студень подрібнюють і віджимають на пресі (при цьому разом з водою з нього вилучаються розчинні неагарові домішки), висушують під вакуумом. При цьому способі вихід агару становить 8% від маси анфельції.

Агар-агар розчинний у воді, розчинах солей і цукру, молоці при температурі вище 90⁰С. Розчини агару і гелі сумісні з білками, несумісні з водорозчинними спиртами і кетонами.

Гелеутворення різних видів агарів відбувається в інтервалі температур 30 – 42⁰С. Гелі агар-агару мають сітчасту структуру, яка складається з довгих ланцюгів макромолекул, що утримуються разом в ряду зон двоспіральних з’єднань. Гелі агар-агару термооборотні, крихкі, їх міцність збільшується із зростанням концентрації полімеру, а також рН середовища і вмісту цукру.

Нагрівання агарового розчину, що містить поварену сіль, зменшує міцність студню, сприяє відділенню вологи, підвищує температуру застигання. Із збільшенням тривалості термообробки агарового розчину зменшується міцність отриманого з нього студню. Нагрівання розчину агару в присутності кислоти також впливає на міцність студню. А саме, вона різко зменшується при рН нижче 3, хоча при рН більше 4 проявляється її стійкість до кислотного розкладення. При використанні агару сумісно з кислими спеціями агаровий розчин і розчин кислих спецій готують окремо. Рекомендується змішувати їх при температурі нижче 80⁰С.

Основною характеристикою агару є здатність до гелеутворення, яка визначається міцністю студню, яка визначається на приборі Валента (в г) і повинна бути не менше: для вищого сорту 300, першого – 200, агару особливого очищення – 400. Додавання цукру збільшує міцність агарового гелю. Наприклад, міцність 0,85%-вого студню при додаванні 70% цукру зростає для вищого сорту до 1600, першого - 1000 г. При збільшенні концентрації агару (від 1 до 5%) реологічні параметри гелів зростають.

Другою важливою характеристикою агар-агару є температура застигання розчину і плавлення студню. Перша температура для 0,85%-вого розчину агар-агару повинна бути не нижчою 30⁰С, друга для студню такої ж концентрації – не вища 80⁰С. Температура плавлення агар-агару залежить від його виду і концентрації. Наприклад, студень з агар-агару торгівельної марки S-7 (японська класифікація) плавиться при 84⁰С, в той час як агар марки М-13 має температуру плавлення 93⁰С при одній і тій же концентрації 0,4%. Для всіх видів агар-агару характерна закономірність: із збільшенням температури плавлення зростає концентрація агар-агару.

Щодо харчової цінності агар-агару відомості суперечливі. Так, згідно даних японських дослідників, галактоза, з якої складається агар-агар, не розщеплюється ферментами організму людини, тому він не засвоюється і є некалорійним продуктом. В той же час інші джерела вказують, що організмом людини засвоюється до 1/3 агар-агару.

З гігієнічної точки зору агар-агар нешкідливий, допускається його використання в харчових цілях.

Згідно кодексу харчування ФАО/ВОЗ агар-агар має статус харчової добавки, для якої допустима добова доза не обговорюється, що вказує на відсутність обмежень його харчового використання. При виробництві різних харчових продуктів агар-агар використовується в кількості 0,07 – 1,4%. Його рекомендується використовувати в якості згущувача при виробництві емульсійних продуктів, кремів, заливок, в якості утворювача студня – в кондитерській промисловості і кулінарному виробництві, а також в фармацевтичній і мікробіологічній промисловості.

Іншим структуроутворюючим біополімером, основу якого складає агароза, є агароїд.

Каррагенани. Назва цих полімерів походить від назви ірландського приморського міста Каррик. Іноді їх також називають ірландським мохом. Вони входять до складу червоних водоростей і мають деяку гетерогенність структури. Можна виділити різні типи ідеальних каррагенанів, які позначаються грецькими літерами " лямбда ", " ксі", " каппа ", " йота ", " мю " і " ню ".

Каррагенани побудовані із залишків галактози і 3,6 – ангідрогалактози. На відміну від агарози в молекулі каррагенану містяться лише залишки D- галак­този, значною мірою сульфітовані. З каррагенанів добре вивчені " лямбда ", " ксі" і " йота " – форми, первинні структури яких приведені на рис.28.

Насправді ж не існує полімерів, які б відповідали даним формулам, оскільки в макромолекулі одного типу завжди присутні декілька димерів іншого. Наприклад, у фракціях каппа і йота завжди зустрічаються димери, що відповідають фракціям мю і ню, які є їх біологічними попередниками.

В зв’язки з цим більш точним визначенням каррагенанів є наступне: каррагенани – це полімери, які складаються із різного ступеню сульфатованих ланок галактози і сульфатованих або несульфатованих ланок 3,6-ангідрогалактози, по черзі сполучених 1-3 і 1-4 зв'язками. Складні сульфатні ефіри можуть містити катіони натрію, калію, кальцію, магнію.

Рис.28 Структурні формули каррагенанів:

І – ксі- каррагенан; ІІ - йота -каррагенан; ІІІ – лямбда -каррагенан

Фракціонувати каррагенани можна шляхом розчинення у водних розчинах хлориду калію. Каррагенани можуть бути виділені з наступних видів водоростей: Furcellaria, Chondrus, Gigartina, Hypnea, Hiyllophora, Gymnogongrus, Ahnfeltia, Euchenma, Meristotheca та ін. найбільш широко в якості сировини для виробництва каррагенанів використовують Gigartina, Chondrus, Euchenma.

Вид водоростей впливає на тип отриманого з неї каррагенану. Наприклад, Gigartina adcularis, містить в основному згущуючу фракцію лямбда і небагато ксі, а такі водорості, як Gigartina stellata и Chondrus crispus, що ростуть біля скалистих берегів Північної Атлантики, містять всі фракції каррагенанів. У водоростях хондрус вміст каррагенану досягає 50% сухої речовини.

Технологічна схема виробництва каррагенанів представлена на рис.29.

Рис.29 Схема виробництва каррагенану

Від водоростей, що надходять на обробку, відділяють сторонні домішки, ретельно миють, подрібнюють і направляють на обробку лугом. Температура і концентрація останньої залежать від того, який каррагенан необхідно отримати. Наприклад, для виробництва згущувачів використовують невелику кількість лугу і помірну температуру, для утворювачів студнів – високу температуру і велику кількість лугу, які сприяють утворенню фракцій каппа і йота.

При лужній обробці в розчин, крім каррагенанів переходять мінеральні солі і деякі пігменти. До нерозчинної фракції входять геміцелюлоза і більша частина протеїнів, які вилучають з розчину фільтруванням.

Каррагенани виділяють з екстрактів осадженням в розчині хлориду каляю або спирту. За допомогою першого способу виділяють утворюючу студень фракцію каппа, яку потім з метою очищення заморожують в розчині хлористого кальцію і пресують для видалення сольового розчину.

Другим способом екстракт виливають в ізопропіловим спирт, в якому каррагенан випадає в осад у вигляді волокон. Після пресування осад висушують у вакуумі. Якщо осад під час пресування добре утримує воду, до нього додають невелику кількість хлористого кальцію. Каррагенани висушують до вмісту вологи не більше 10%, потім подрібнюють до частинок діаметром 200 – 300мк.

Каррагенани розчиняються у воді з утворенням в’язких розчинів. Швидкість розчинення залежить від фракційного складу каррагенанів і температури. Лямбда -каррагенан, який містить три складні сульфатні ефіри в двох вуглеводних ділянках, розчиняється при кімнатній температурі і є найбільш гідрофільним. Каппа -каррагенан, який містить один складний сульфатний ефір, розміщений в циклі галактопіранози в положенні 4, є менш гідрофільним і розчиняється при підвищених температурах. Йота -каррагенан з двома складними сульфатними ефірами в двох вуглеводних ланцюгах займає проміжне положення.

Каррагенани несумісні з водорозчинними спиртами, кетонами, високомолекулярними сполуками, макромолекули яких катіонного типу.

Дифракція рентгенівських променів на волокнах йота і каппа-каррагенанів показала, що їх структури являють собою трискладові правосторонні подвійні спіралі. Агрегація цих подвійних спіральних впорядкованих конформацій у водних системах залежить від таких чинників, як вміст сульфату в каррагенані, іонної сили і типу катіону. Формування гелю (рис.30) протікає за таких умов, при яких може відбуватися агрегація подвійних спіралей.

При охолодженні розчинів каррагенану внаслідок міжмолекулярної взаємодії утворюються впорядковані конформації у вигляді «доменових» спіралей, які при нагріванні переходять назад в стан «випадкової» спіралі. З доменових спіралей при подальшому охолодженні формуються домени, які являють тривимірну структуру гелю. Іони лужних металів прискорюють формування структури гелю.

Рис.30 Схема формування гелю каррагенанів

Структуроутворюючі властивості каррагенанів, також як і розчинність у воді, залежать від їх фракційного складу.

Структуроутворюючі властивості каррагенанів, як і їх розчинність у воді, залежить від їх фракційного складу.

Наприклад, дуже гідрофільний лямбда -каррагенан виступає лише в якості згущувача. Його макромолекули знаходяться на значній відстані одна від одної, що заважає утворенню зв'язків.

Макромолекули каппа і йота -каррагенанів, які розчиняються при підвищених температурах, під час охолодження утворюють зони зчеплення, характерні для структурної сітки гелю. Це вказує на те, що вони характеризуються здатністю до утворення студнів.

Оскільки каппа -каррагенан несе менший від'ємний в порівнянні з йота -каррагенаном, він виявляє більший ступінь агрегації подвійних спіралей і, як наслідок, його гелі є більш міцними і непрозорими.

Всі гелі каррагенанів є термооборотними, причому температура плавлення топлення завжди на декілька градусів відрізняється від температури застигання. Крім того, на гелеутворюючу властивості каррагенанів впливають електроліти. Йони металів сприяють формуванню структури гелю. Солі калію в цьому відношенні найбільш активні. Наприклад, майже в 10 разів збільшується еластичність 2%-вого гелю каппа -каррагенану, після додавання хлористого калію в кількості 0,3 моля на 1л. таке збільшення еластичності в присутності іонів лужних металів пояснюється екрануванням радикалів кислоти в молекулах каррагенанів.

Іони кальцію також впливають на гелеутворюючу властивість каррагенанів, але їх дія більш відчутна на фракції йота.

Каррагенани стабілізують міцели казеїну, що дає можливість їх використання в молочній промисловості. Обумовлено це здатністю каррагенанів утворювати зв’язки з казеїном за рахунок електростатичної взаємодії в присутності іонів калію і кальцію.

Гелеутворюючі властивості каррагенанів можна регулювати, комбінуючи їх фракції або додаючи інші гідроколоїди. Наприклад, сумісне використання каппа і йота -каррагенанів робить можливим отримання міцних, але недостатньо еластичних гелів. Додавання до каррагенану камеді рожкового дерева збільшує силу деформації гелю, не змінюючи при цьому інших його показників.

Каррагенани не розщеплюються ферментами в шлунково-кишковому тракті і можуть використовуватися у виробництві енергоредукованих продуктів. Вони використовуються в харчовій промисловості як структуроутворюючі добавки в кількості 0,01 – 3,00%. Експертний комітет по харчовим добавкам ФАО/ВОЗ визначив для каррагенанів допустиму добову норму 0 – 75г на 1 кг маси тіла.

Фурцелларан, або датський агар – це полісахарид, який отримують з червоних водоростей (Furcellaria tastigiata), з властивостями як у каррагенану. В його молекулі присутня ефірно-зв'язана сірчана кислота, в кількості однієї сульфідної групи на три – чотири галактоз них залишки. Молекулярна маса фурцелларану 20000 – 80000. Структурна формула фурцелларану аналогічна формулі каррагенану, але на відміну від нього містить менше сірки. Фурцелларану характерні всі властивості, що й каррагенану.

Експертний комітет по харчовим добавкам ФАО/ВОЗ визначив для фурцелларану допустиму добову норму до 75г на 1 кг маси тіла.

Фурцелларан (вищого сорту) повинен мати вологість не більше 18%, зольність – не більше 14%. Показники фізичних властивостей студнів і розчинів, які містять 2,5% сухого фурцелларану повинні бути наступними: температура топлення не нижче 65⁰С, температура застигання не менше 23⁰С, міцність студня по Валента не менше 350г.

Фурцелларан використовують при виготовленні ароматизованих молочних напоїв, желе та ін.

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 1380 | Нарушение авторских прав