Hydrokoloidy stosowane w przetwórstwie mięsnym

46 temat wydania Hydrokoloidy stosowane w przetwórstwie mięsnym Hydrokoloidy tworzą ważną grupę dodatków funkcjonalnych stosowanych w przemyśle mięsnym. Są to naturalne polimery, najczęściej polisacharydy o dużej masie cząsteczkowej, które mogą być rozpuszczalne lub rozproszone w wodzie oraz dają efekt zagęszczania i (lub) żelowania. W przetwórstwie mięsa coraz częściej wykorzystuje się takie właściwości funkcjonalne tych substancji jak: zdolność do zagęszczania (przez zwiększenie lepkości), żelowania (w wyniku tworzenia trwałego usieciowania trójwymiarowego) oraz stabilizowania struktury produktu mięsnego (co wyraża się przez trwałość powstałego usieciowania, odporność na działanie czynników fizycznych i chemicznych). Z uwagi na obecnie trudną sytuację rynkową w wyniku ograniczeń w imporcie i stosowaniu żelatyny wołowej, związanych z obawą przed chorobą Creutzfeldta-Jakoba (CJD), dąży się do poszukiwania innych substancji, które mogłyby być zastosowane jako jej alternatywa, o takich samych lub zbliżonych właściwościach funkcjonalnych, jakie posiada żelatyna. Do tego typu substancji zaliczyć można niektóre hydrokoloidy, które stanowią wielkocząsteczkowe spolimeryzowane substancje, rozpuszczające się lub dyspergujące w zimnej bądź gorącej wodzie, dając roztwory lepkie lub układy dyspersyjne. Z uwagi na pochodzenie (roślinne lub zwierzęce) oraz dzięki swoim właściwościom mogą być zaliczane do grupy substancji dodatkowych, kształtujących strukturę produktów żywnościowych poprzez zagęszczanie, stabilizację, emulgowanie, żelowanie. Substancje dodatkowe, które nieraz budzą wiele kontrowersji, są coraz częściej akceptowane i coraz powszechniej używane. Hydrokoloidy (gumy roślinne) wykorzystywane jako substancje dodatkowe w produkcji różnego rodzaju wyrobów spożywczych, dopuszczone do użytku są bezpieczne dla ogółu populacji, gdy dodawane są w ilościach regulowanych odpowiednimi przepisami prawnymi. Należy pamiętać jednak, że zdarzają się reakcje niepożądane u osób z tzw. osobniczą nadwrażliwością na syntetyczne składniki pożywienia. Jak podają dane literaturowe częstość występowania niekorzystnych (niepożądanych) reakcji wywoływanych przez różne substancje dodatkowe do żywności wynosi 0,03-0,15% wśród zdrowych, dorosłych osób, podczas gdy u dzieci zawiera się pomiędzy jednym, a kilkoma procentami. Termin hydrokoloidy obejmuje wiele polisacharydów ekstrahowanych z roślin oraz z glonów, polisacharydów pochodzenia mikrobiologicznego, a także gumy otrzymywane z roślinnych wydzielin oraz biopolimery modyfikowane otrzymywane na drodze enzymatycznej lub chemicznej modyfikacji skrobi lub celulozy. Ponadto żelatyna, ze względu na jej polidyspersyjność i wysoką hydrofilowość, jest zaliczana do hydrokoloidów, natomiast inne białka, np. kazeina i gluten, tradycyjnie nie są zaliczane do hydrokoloidów, pomimo że mają właściwości typowe dla hydrokoloidów polisacharydowych. Jako zamienniki żelatyny, na szczególną uwagę zasługują hydrokoloidy polisacharydowe, stanowiące pod względem chemicznym polimerowe łańcuchy zbudowane z cukrowców prostych lub ich pochodnych o charakterze estrów, eterów czy kwasów i ich soli. Właściwości funkcjonalne hydrokoloidów są określane przez specyficzne cechy fizykochemiczne, takie jak: rozpuszczalność, zdolność zagęszczania, żelowania oraz działanie powierzchniowo-

48 temat wydania -czynne, od którego zależy stabilizacja emulsji i pian oraz tworzenie filmów i powlekanie (mikrokapsułkowanie). Zastosowanie hydrokoloidów pomaga kształtować cechy sensoryczne różnych produktów, również tych, które projektowane są z myślą o specyficznych potrzebach zdrowotno-żywieniowych dla konsumentów zagrożonych chorobami dietozależnymi. W tabeli 1 przedstawiono różne hydrokoloidy i ich najważniejsze funkcje, jakie mogą pełnić w produktach żywnościowych. W zależności od źródła pochodzenia można sklasyfikować hydrokoloidy w trzech grupach: naturalne - występujące w przyrodzie (gumy, mączka chleba świętojańskiego, alginiany, karageniany, pektyny, hemicelulozy, żelatyna, ksantyn, dekstran); modyfikowane lub półsyntetyczne - chemiczne pochodne naturalnych materiałów (np. karboksycelulozy, hydroksypropylocelulozy); syntetyczne - całkowicie zsyntetyzowane substancje chemiczne (np. polimery tlenku etylenu).

50 temat wydania Biorąc za podstawę funkcję, jakie hydrokolidy spełniają w żywności, można je podzielić na: a. substancje dodatkowe naturalne i naturalnie modyfikowane oraz syntetyczne (niedopuszczone do stosowania w żywności); b. składniki żywności o określonej wartości odżywczej pochodzenia roślinnego (skrobie, dekstryny, preparaty białkowe z soi) oraz pochodzenia zwierzęcego (żelatyna, kazeina, białka serwatkowe). W ostatnich latach obserwuje się coraz większe zainteresowanie przez przemysł mięsny wykorzystywaniem niektórych hydrokoloidów jako substancji umożliwiających uzyskanie specjalnych efektów zdrowotnych w żywności, w której pełniłyby one rolę składnika żywności. Zastosowanie hydrokoloidów pomaga kształtować cechy sensoryczne różnych produktów, szczególnie projektowanych z myślą o specyficznych potrzebach zdrowotno-żywieniowych konsumentów zagrożonych chorobami dietozależnymi. Umożliwiają one częściowe lub całkowite zastąpienie niektórych składników żywności, niepożądanych z punktu widzenia żywieniowego (np. tłuszcz, cukier) w produktach specjalnego przeznaczenia (produkty niskoenergetyczne, żywność bezglutenowa). Metody ograniczania zawartości tłuszczu i/ lub cukru w produktach przez usunięcie tych składników bez wprowadzania substancji tłuszczowo- i sacharozastępczych, nie mogą być stosowane w odniesieniu do ogółu produktów spożywczych. W związku z tym większą wagę przywiązuje się do metod polegających na stosowaniu substancji kształtujących strukturę i umożliwiających ograniczenie udziału składników energetycznych, np. poprzez zwiększenie udziału wody w produkcie. Wiązanie wody umożliwiają szczególnie takie substancje, jak skrobie (szczególnie modyfikowane), białka pochodzenia roślinnego (sojowe) i zwierzęcego, a szczególnie hydrokoloidy polisacharydowe (gumy roślinne), np. karagen. Stosowanie dodatku nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych w przetwórstwie mięsa ma na celu przede wszystkim kształtowanie tekstury gotowego wyrobu, czemu może towarzyszyć zwiększenie wydajności produkcji. Z uwagi na liczne funkcje technologiczne hydrokoloidy polisacharydowe uważa się za substancje dodatkowe sprzyjające uzyskaniu powtarzalnej jakości i akceptacji konsumenckiej różnego rodzaju produktów mięsnych. Znaczna część hydrokolidów może pełnić funkcje podwójne, tj. substancji o specyficznych właściwościach funkcjonalnych z punktu widzenia technologicznego oraz składnika o określonej wartości żywieniowej (funkcja błonnika pokarmowego). Jest to często wykorzystywane w produkcji żywności funkcjonalnej i dietetycznej. Przykładami mogą być pektyna czy karagen, stosowane jako substancje kształtujące strukturę produktów, powodujące ich zagęszczanie, stabilizację, żelowanie, a także stanowiące cenne źródło błonnika pokarmowego (substancji balastowych). Zastosowanie nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych w przetwórstwie mięsa może przynieść następujące korzyści: obniżenie wartości energetycznej produktów mięsnych (polisacharydowe zamienniki tłuszczu); poprawa wyglądu zewnętrznego i ułatwienie plasterkowania (wędzonki); ograniczenie ubytków masy produktu po obróbce termicznej, z czym związana jest poprawa tekstury i konsystencji lub wzrost wydajności (wędzonki parzone, kiełbasy parzone); poprawa smakowitości (pasztety, wędliny podrobowe o konsystencji smarownej); rozszerzenie asortymentu o produkty z tzw. wkładką (np. kiełbasy z kawałkami warzyw, sera, pieczarek). Najpopularniejszymi hydrokoloidami stosowanymi w przemyśle mięsnym są karageny, znane w literaturze również jako karageniany, kargeniny, są to naturalnie występujące gumy

52 temat wydania węglowodanowe otrzymywane na skalę techniczną przez ekstrakcję glonów Rhodophyceae. Pierwotnie karagen identyfikowano najczęściej z ekstraktem z czerwonych alg morskich Chondus crispus (Irish moss) z rodziny Girgartinaceae rosnących wzdłuż wybrzeży atlantyckich Irlandii, Stanów Zjednoczonych, Kanady, Półwyspu Iberyjskiego i Bretanii. Obecnie do wodorostów, które są źródłem różnych typów karagenów, zalicza się algi z następujących rodzin: Solieriaceae, Hypneaceae, Phyllophoraceae, Gigartinaceae, Furcellariaceae i Rhodophylliaceae. Występują one, oprócz wyżej wymienionych obszarów, także wzdłuż wybrzeży Afryki, Filipin, Japonii, Indonezji i Chile. Znaczenie użytkowe mają trzy podstawowe frakcje karagenu oznaczone jako: kappa, lambda i jota. Jota i kappa karagen pełnią funkcję czynnika żelującego w obecności jonów metali. Kappa nie jest rozpuszczalny w zimnej wodzie. Lambda karagen nie żeluje, pełni funkcję wypełniacza, jest rozpuszczalny w zimnej wodzie. Zdolność żelowania i jakość żeli są uwarunkowane obecnością jonów potasu, wapnia i amonu. Kappa karagen tworzy najmocniejsze i najbardziej elastyczne żele w obecności jonów potasu, a lambda w obecności jonów wapnia. Natomiast jony sodowe nie powodują żelowania, ale zwiększają rozpuszczalność karagenów. Preparaty handlowe karagenu to sole potasu, sodu i wapnia. Wykorzystywane są głównie jako substancje zwiększające lepkość i stabilizujące emulsje i zawiesiny. Karageny są prawnie dopuszczone do stosowania w przemyśle mięsnym wyłącznie do wędlin nietrwałych drobno rozdrobnionych (oprócz parówek) oraz do konserw. Na ogół nie przekracza się dawki 0,7%. Zaleca się używać 2/3 dawki karagenów do solanki i 1/3 do masowania. Duży wybór preparatów karagenowych dostępnych na rynku pozwala na zastosowanie właściwego rodzaju karagenu. Mogą być one ponadto stosowane łącznie z preparatami białkowymi i skrobiowymi, co ułatwia zarówno wiązanie wody, kształtowanie pożądanej tekstury, jak i wyeliminowanie części tłuszczu zwierzęcego z receptury produktu mięsnego. Gumami roślinnymi nazywamy gęste, lepkie masy, wydzielane przez pnie drzew w miejscu skaleczenia. Są to na ogół produkty dobrze rozpuszczalne w wodzie, które dają roztwory o dużej lepkości i są stosowane jako zagęstniki lub stabilizatory zawiesin oraz emulsji. Guma guar, ma postać mączki uzyskanej z bielma nasion rośliny Cyamopsis tetragonoloba rosnącej w Indiach i Pakistanie. Rozpuszcza się zarówno w zimnej, jak i ciepłej wodzie, tworząc bardzo lepkie roztwory. Trudnością przy rozpuszczaniu jest tworzenie się zbryleń, gdyż bardzo szybko wchłania wodę. Guar nie tworzy samodzielnie żelu, natomiast zwiększa siłę żelowania i modyfikuje właściwości żelu polisacharydów żelujących agaru i kappa-karagenu. Zole guarowe są stabilne w zakresie ph 3-10,5. Guar wchodzi w reakcję z ksantanem zwiększając znacznie lepkość układu, stabilizuje ciekłe układy niejednorodne, jak emulsje i zawiesiny. Zapobiega synerezie, opóźnia krystalizację. Znajduje zastosowanie przede wszystkim jako stabilizator sosów, majonezów, nadzień, żywności mrożonej, poprawia teksturę produktów mięsnych, służy jako substancja wiążąca w wędlinach. Dodaje się go do żywności w ilości 0,05-1,0%. Guma karaya, w wodzie tworzy zol koloidalny. Największą lepkość wykazuje przy ph 8,5. Główną funkcją gumy karaya jest poprawianie stabilności produktów przez wiązanie zawartej w nich wody. Zdolność wiązania wody przez tę gumę wykorzystuje się również w produkcji farszów mięsnych. Dodanie jej w ilości 0,2-0,4% zapobiega uwalnianiu wolnej wody oraz formowaniu dużych kryształów lodu w produktach mrożonych (lody). Dodanie jej do 0,8% poprawia smarowność serów topionych i zapobiega wydzielaniu wody. W połączeniu z karagenem lub alginianem (w ilości 0,02-0,1%) guma karaya służy jako stabilizator

54 temat wydania śmietanki oraz zapobiega czerstwieniu pieczywa (dodatek 0,1-0,9%). Guma tragakantowa otrzymywana z drzew Astragallus (środkowy Wschód) jest produktem bez smaku i zapachu. Składa się z dwóch frakcji: rozpuszczalnej w wodzie - kwas tragakantowy i nierozpuszczalnej w wodzie - basoryna. Tworzy w wodzie bardzo lepkie roztwory. Dlatego stosowana jest jako zagęstnik i stabilizator w produkcji sosów. Ksantan, występujący również pod nazwą guma ksantanowa, jest wtórnym metabolitem wytwarzanym w procesie tlenowej fermentacji cukrów za pomocą mikroorganizmów Xanthomonas campestris. Należy do heteropolisacharydów, zbudowany jest z glukozy, mannozy i kwasu glikuronowego. Ma dużą masę cząsteczkową (>2000 kda). Wykazuje odporność na działanie enzymów. Właściwości ksantanu, które w głównej mierze decydują o jego wprowadzeniu na rynek mięsny to: tworzenie z wodą już w niewielkim stężeniu lepkich, stabilnych roztworów niezależnie od zmian temperatury i odczynu środowiska; różne stężenie soli, ekstremalne temperatury (sterylizacja, pasteryzacja, chłodzenie, mrożenie), wartość ph praktycznie nie ma wpływu na lepkość roztworów ksantanu; dobra tolerancja większości hydrokoloidów, z gumą z chleba świętojańskiego (w stosunku 1:1) tworzy termoodwracalne żele; daje korzystne odczucie smakowe - efekt pełności, przy braku odczucia śluzowatości i nadmiernej lepkości; w małym stopniu ulega degradacji w przewodzie pokarmowym, dzięki czemu nadaje się do przygotowania produktów niskokalorycznych; posiada zdolność do długotrwałego utrzymywania cząsteczek innych substancji w zawiesinie, zapobiega ich sedymentacji, dlatego gumę tę stosuje się do stabilizowania mieszanek zawierających karagen. Ksantan znajduje szerokie zastosowanie jako zagestnik do produktów poddawanych ogrzewaniu, np. konserw, a także jako stabilizator emulsji i koloidalnych zawiesin w sosach. Agar nie rozpuszcza się w zimnej wodzie, natomiast jest dobrze rozpuszczalny w wodzie o temp. powyżej 90 C (najlepiej przy ph 8-9). Po ostudzeniu do temp. 36-40 C tworzy zwarte, kruche, klarowne i odwracalne termicznie żele. Temperatura topnienia żelu agarowego wynosi ponad 85 C. Twardość żelu jest wprost proporcjonalna do stężenia agaru stosowanego w ilości 0,5-2%. Dodatek cukru zwiększa odporność agaru na hydrolizę i zwiększa twardość żelu agarowego, natomiast agar w połączeniu z gumą carob tworzy żel bardziej elastyczny i wytrzymały. Wyroby z dodatkiem agaru wykazują konsystencję kruchą, twardszą niż z dodatkiem pektyny, a jednocześnie mniej elastyczną niż z dodatkiem żelatyny. Właściwości żelujące i stabilizujące agaru spowodowały jego powszechne zastosowanie, zwłaszcza w przemyśle mięsnym (konserwy sterylizowane), cukierniczym i piekarniczym (galaretki, nadzienia do ciast), mleczarskim (fermentowane napoje mleczne, śmietanki UHT, lody), owocowo-warzywnym (dżemy, marmolady, żywność dla dzieci) i wielu innych. Ilość dodawanego agaru do żywności wynosi 0,1-2%. Alginiany, w postaci soli kwasu alginowego: sodowej, potasowej, magnezowej czy wapniowej są rozpuszczalne słabiej w wodzie zimnej i lepiej w gorącej. Obecność i ilość soli kompleksujących wapń (np. cytrynianów) zwiększa lepkość i szybkość tworzenia się żelu, co wykorzystywane jest w produkcji deserów mlecznych, serków typu cottage. Wraz z obniżaniem ph środowiska zmniejsza się zapotrzebowanie na jony wapnia, a przy ph <3 alginiany żelują bez dodatku jonów wapnia. Dobra zdolność wiązania wody stanowi jedną z podstawowych właściwości alginianów, wykorzystywaną do zagęszczania sosów, zimnych napojów mlecznych i innych produktów. Pełnią one także funkcje

56 temat wydania zawieszające w napojach owocowych, stabilizatora piany w piwie, stabilizatora w majonezach i sosach sałatkowych oraz czynnika tworzącego film powlekający przy wyrobie artykułów wędliniarskich i rybnych. Alginiany znajdują również zastosowanie do produkcji lodów w celu zwiększenia ich lepkości, puszystości oraz tekstury. W przemyśle koncentratów spożywczych znajdują zastosowanie do wyrobu budyniów, galaretek, kremów. Mączka chleba świętojańskiego, uzyskiwana jest przez sproszkowanie suszonych strąków drzewa świętojańskiego (Ceratonia siliqua) rosnącego w krajach śródziemnomorskich. Nazwa pochodzi od św. Jana Baptysty, dla którego mączka ta była pożywieniem. Mączka chleba świętojańskiego jest polisacharydem składającym się z D-mannozy i D-galaktozy. Guma ta rozpuszcza się w gorącej wodzie o temperaturze powyżej 80ºC, tworząc roztwory o dużej lepkości, stabilne w szerokim zakresie ph 4,4-10.Z ksantanem tworzy mocny żel termicznie odwracalny, z karagenem kappa - żel zbliżony do żelatynowego, a z agarem - żel o zwiększonej elastyczności. W przetwórstwie mięsa hydrokoloid ten służy jako substancja zagęszczająca, stabilizująca i wspomagająca żelowanie innych hydrokoloidów. Mimo, że sama nie żeluje, poprawia właściwości żelujące karagenu i agaru, ograniczając zarazem ich skłonność do synerezy. Służy jako substancja wypełniająca, wiążąca i stabilizująca w wędlinach, poprawia jednocześnie ich teksturę. Podsumowując należy uznać, że omówione dodatki funkcjonalne (hydrokoloidy) służą w przemyśle mięsnym głównie do poprawy atrakcyjności sensorycznej różnego rodzaju produktów (wpływają na ich smakowitość i teksturę) oraz do zwiększania wydajności produkcyjnej. Ich niewątpliwą zaletą jest naturalne pochodzenie. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że stosowane dodatki w technologii przetwarzania mięsa są często niezbędne ze względów technologicznych, higienicznych i organoleptycznych. Ponadto niezbędne są działania informujące konsumentów o celowości stosowania substancji dodatkowych w technologii produkcji wyrobów mięsnych. mgr inż. Tomasz Borowy Zespół Szkół Przemysłu Spożywczego w Poznaniu dr inż. Mariusz S. Kubiak Politechnika KoszalińskaKatedra Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego Literatura u autorów