Основные группы пищевых ПАВ
статья по химии на тему

Основные группы пищевых ПАВ

2.1 Моно- и диглицериды жирных кислот и их производные (Е471, Е472а--E472g)

Наиболее известная группа эмульгаторов, промышленное производство которых началось в 20-е годы XX в. Сегодня их доля и в общем потреблении пищевых эмульгаторов составляет около 60 %.

В группу пищевых добавок глицеридной природы входят неполные ацилглицериды (моно- и диглицериды), которые в промышленности получают глицеролизом жиров и масел или этерификацией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами, а также продукты их этерификации по первичной гидроксильной группе пищевыми низкомолекулярными кислотами -- уксусной, молочной, винной, диацетилвинной и лимонной.

Известны различные типы моноглицеридов, которые в зависимости от вида исходного жирового сырья и технологии получения могут содержать от 40 до 60 % фракции моноэфира в смеси с ди- (34--50 %) и триглицеридами (3,5--10 %) со значениями йодного числа, характеризующего степень не предельности ацилов жирных кислот, от 1 до 100 и температурой плавления от 40 до 70 ?С.

При молекулярной дистилляции продуктов глицеролиза получают дистиллированные моноглицериды, содержащие не менее 90 % моноэфира, представляющего собой смесь б- и в-кристаллических форм, из которых наиболее активной с позиций функциональности является б-форма. Содержание б-формы может варьировать в интервале 40-90 %.

Общая формула, объединяющая эту группу добавок, может быть представлена следующим образом:

пищевой добавка эмульгатор сорбитан

Х1=Н - моноацилглицерины (при Х2= Н ) или их производные при Х2;

Х1= дилглицерины (при Х2= Н ) или их производные при Х2;

 -ацил высшей жирной кислоты;

В качестве пищевых добавок разрешены семь сложноэфирных модификаций неполных ацил глицеринов, представленных в табл. 1.

По сегодняшним данным добавка E471-472 относится к классу безвредных. Три из них, как и исходные моно- (МГ) и диглицериды (ДГ), относятся к группе безопасных добавок -- статус GRAS, применяемых без ограничений. Для остальных допустимая суточная доза (ДСД) составляет 30 мг/кг, а для добавки Е472е -- даже 50 мг/кг массы тела человека.

Моноглицериды и диглицериды жирных кислот по своему строению похожи на частично усвоенный натуральный жир и организм перерабатывает данный эмульгатор, как и все остальные жиры. Соответственно вред организму связанный с чрезмерным потреблением жиров могут нанести непосредственно сами продукты, содержащие эту добавку при их постоянном потреблении в большом количестве. Они легко перевариваются и усваиваются точно так же, как жиры. Опасности по ГН-98 отсутствуют. Эфиры глицерида жирных кислот и их производных также полностью гидролизуются и усваиваются. Высокая гидролитическая способность этих эмульгаторов приводит к тому, что обычно уже в пищевом продукте, особенно в хлебобулочных изделиях, они в большой степени разлагаются на моноглицериды и производные и тем самым выводятся из кишечника.

ДСП 50 мг/кг веса тела в день. Опасности по ГН-98 отсутствуют.

Таблица 1 Эфиры глицерида и жирных кислот

Е-номер         

Пищевая добавка        

Х2        

ДСД, мг/кг

Массы тела человека        

Е471        

Моно- и диглицериды жирных кислот                

GRAS*        

Е472а        

Эфир уксусной кислоты и моно-, диглицеридов жирных кислот                

GRAS        

Е472b        

Эфиры молочной кислоты и моно-, диглицеридов жирных кислот                

GRAS        

Е472с        

Эфиры лимонной кислоты и моно-, диглицеридов жирных кислот                

GRAS        

E472d        

Эфиры винной кислоты и моно- и диглицеридов жирных кислот                

0…30        

Е472е         

Эфиры диацетилвинной кислоты и моно-, диглицеридов жирных кислот                

0…50        

Е472g        

Эфиры янтарной кислоты и моноглицеридов(сукцинилированные моноглицериды)                

0…30        

* GRAS -- Generally Regarded As Safe -- совершенно безвредны.

Все добавки этой подгруппы -- липофильные неионогенные эмульгаторы.

По своим технологическим функциям пищевые добавки глицеридной природы являются эмульгаторами и стабилизаторами пищевых дисперсных систем. Их модификация с образованием различных производных позволяет направленно изменять ГЛБ молекул, следовательно, их поверхностную активность на границах раздела фаз.

Дефиниции этих добавок, связанные с образованием и стабилизацией однородных дисперсных систем из двух и более несмешивающихся фаз, определяют основные области их применения в пищевых продуктах.

Введение в структуру глицеридных молекул ацилов низкомолекулярных кислот обеспечивает формирование новой технологической функции комплексообразования.

Производные моноглицеридов нашли применение в кондитерском промышленности, хлебопечении, при производстве майонезов и маргаринов, мороженого, напитков, макаронных изделий и т. л.

Применение моно- и диацилглицеринов в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствения, в макаронной промышленности позволяет механизировать технологический процесс и повысить качество изделий (макароны перестают быть клейкими). В производстве маргаринов и майонезов добавки моно- и диацилглицеринов оказывают эмульгирующее, стабилизирующее и пластифицирующее действие.

2.2 Фосфолипиды (Е322, Е442)

Наиболее популярны в этой группе природные лецитины (Е322), имеющие синтетический аналог под названием "аммониевые фосфатиды" (Е442).

В соответствии с Директивой Европейского Союза лецитины (Е322) представляют собой смесь фракций фосфатидов, полученную из животных или растительных объектов физическими методами, включающими использование ферментов. Содержание в этой смеси веществ, нерастворимых в ацетоне (собственно фосфолипидов), составляет не менее 56--60 %.

Коммерческие лецитины включают следующие основные фракции: фосфатидилхолины, т. е. собственно лецитины (до 25 %), фосфатидилэтаноламины (до 25 %), фосфатидилсерины (до 15 %), фосфатидилинозиты и фосфатидные кислоты (5--10 %).

Аммониевые фосфатиды (Е442) представляют собой смесь аммониевых солей различных фосфатидных кислот, являющихся продуктами взаимодействия ортофосфорной кислоты с одним, двумя или тремя остатками ацетилглицеринов.

Общая формула и основные фракции природных и синтетических фосфолипидов представлены ниже.

Лецитины (Е322):

X-- Н -- фосфатидные кислоты;

X-- CН 2CH2N+(CH3)3 -- фосфатидилхолины (лецитины);

Х --CH 2CН 2N+Н3 -- фосфатидилэтаноламины (кефалины);

 Х -- -- фосфатидилсерины;

Х ---- фосфатндилинозиты.

Аммониевыс фосфатилы (Е442):

Х= N + Н4 --аммониевая соль фосфатидной кислоты.

Основным источником промышленного получения лецитинов для пищевой промышленности служат масличные культуры (главным образом соя, реже -- подсолнечник), из которых их выделяют гидратацией масел. Концентрированным источником фосфолипидов животного происхождения является яичный желток.

Лецитины являются классическими природными эмульгаторами и антиокислителями в яйце, сливках и сливочном масле. При добавлении к пищевым продуктам лецитин:

1) образует комплексы с тяжёлыми металлами, усиливая действие антиоксидантов (0,1-0,5%);

2) стабилизирует капли жира в эмульсиях, содержащих яичный белок, окружая их защитным слоем (0,2-1%);

3) при замесе теста усиливает действие пшеничного глютена и укрепляет таким образом клейковину, что приводит к получению более пластичного теста, лучшему пропеканию и замедлению черствения (0,3-0,8% от веса муки);

4) оказывает влияние на кристаллическую структуру и свойства текучести частично расплавленных жиров. При коншировании (вальцевании) шоколадных масс незначительные количества лецитина снижают их вязкость, но при большей добавке лецитина она резко возрастает (0,2-0,4%);

5) регулирует смачиваемость порошков и гранулятов, ускоряя их растворение, например сухого молока, сухих напитков и какао- порошка (0,2-1%).

В странах Европы, Соединенных Штатах Америки и Японии лецитины имеют статус GRAS, их применение в пищевых продуктах не лимитируется.

В отличие от своих природных аналогов аммониевые фосфатиды не имеют статуса GRAS, применение их в пищевых продуктах регламентируется соответствующими директивами.

Лецитин -- необходимое для организма вещество. Из лецитина состоит 50% печени, 1/3 мозговых изолирующих и защитных тканей, окружающих головной и спинной мозг. Лецитин необходим организму как строительный материал для обновления поврежденных клеток. Он играет ключевой ролью в обеспечении полноценной работы мозга и нервной системы.

В отличие от большинства других пищевых добавок препараты фосфолипидов обладают высокой физиологической эффективностью, связанной с уменьшением уровня холестерина в крови, улучшением функции печени и состояния центральной и периферической нервной систем, торможением процессов старения организма и нормализацией иммунобиологической реактивности организма.

Лецитин в организме человека полностью расщепляется и усваивается. Это важная составная часть клеточных мембран, а также клеточный транспорт жиров, холестерина и фосфатированных соединений. Фосфатидилинозиты и фосфатидилхолины играют роль витаминов. Эти витамины организм человека не всегда синтезирует в нужном количестве.

Лецитин - это основное транспортное средство для доставки питательных веществ, витаминов и лекарств к клеткам. При дефиците лецитина снижается эффективность воздействия лекарственных препаратов.

Лецитин является мощным антиоксидантом, предупреждает образование высокотоксичных свободных радикалов в организме. Лецитин может вызывать аллергические реакции.

Экспериментальные результаты для глубоко переэтерифицированных лецитинов отсутствуют, но можно предположить ферментативное расщепление аналогично эфирам кислот моноглицеридов, а также полную утилизацию. И хотя диетологи не относят фосфолипиды к незаменимым факторам питания, эти добавки являются физиологически ценными компонентами пищи, суточная потребность в которых составляет около 5 г. В связи с этим использование фосфолипидов выходит за рамки решения только технологических задач и создает предпосылки для создания новых видов продуктов питания, оказывающих положительное влияние на здоровье человека. ДСП не ограничено. Опасности по ГН-98 отсутствуют.

2.3 Эфиры сорбитана (Е491---Е496)

Эта группа пищевых добавок представляет собой сложные эфиры шестиатомного спирта сорбита в моноангидроформе (моноангидросорбита, или сорбитана) с природными высшими жирными кислотами -- лауриновой, пальмитиновой, стеариновой и олеиновой. Сложные эфиры ангидросорбита и жирных кислот иногда называют сокращенно СПЭНами.

Таблица - 2 - Эфиры сорбитана, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктах.

Е-номер        

Эфиры сорбитана        

Х1        

Х2 и Х3        

Е491         

Сорбитанмоностеарат                

Н        

Е492         

Сорбитантристеарат                        

Е493        

Сорбитанмонолаурат                

Н        

Е494        

Сорбитанмоноолеат                

Н        

Е495        

Сорбитанмонопальмитат                

Н        

Е496        

Сорбитантриолеат                        

Добавки этой подгруппы служат липофильными неионогенными эмульгаторами. ГЛБ для сорбитанмоностеарата составляет 4,7.

Эфиры сорбитана медленно расщепляются в кишечнике на компоненты (сорбит и кислоту). Сорбит всасывается в тонком кишечнике незначительно, в толстом кишечнике расщепляется ферментами, затем усваивается инсулинонезависимо с высвобождением около 2,4 ккал/г. Жирная кислота полностью расщепляется и усваивается путём в-окисления.

ДСП 0-25 мг/кг веса тела в день индивидуально или суммарно с другими СПЭНами. Опасности по ГН-98 отсутствуют.

Области использования этих добавок в пищевых продуктах связаны с технологическими функциями эмульгаторов, стабилизаторов и пеногасителей. Эфиры сорбитана используются в производстве мучных кондитерских изделий, сухих дрожжей и забеливателей для кофе. В производстве маргаринов они применяются для модификации кристаллов жира.

2.4 Эфиры полиоксиэтиленсорбитана (Е432--Е436)

Представляют собой оксиэтилированные эфиры сорбитана эфиры моноангидросорбита с жирными кислотами, в молекулах которых свободные ОН-группы замещены оксиэтилированными группами:

Моноэфиры: Х1 --; Х2,Х3--Н;

лаурат (Е432), твин 20; олеат (Е433), твин 80; пальмитат (434), твин 40; стеарат (Е435), твин 60.

Триэфиры: X1, Х2, Х3 -- тристеарат (Е436), твин 65.

В эфирах пищевого назначения степень оксиэтилирования -- п равна 20, т. е. добавки этой подгруппы представляют собой эфиры полиоксиэтилен(20)сорбитана.

Коммерческие препараты добавок этой группы получили название "Полисорбаты" или "Твины".

В перечень добавок, разрешенных к применению в производстве пищевых продуктов, включены пять Полисорбатов.

Эти неионогенные эмульгаторы получают взаимодействием окиси этилена с эфирами ангидросорбита и жирных кислот в среде 1,4-диоксана.

В зависимости от особенностей пищевой системы ПАВ этой подгруппы могут проявлять технологические функции эмульгатора, стабилизатора, пеногасителя, смачивающего агента и добавки, контролирующей пенообразование.

Жирные кислоты очень медленно расщепляются щелочами и липазами. Твины меняют всасываемость содержимого кишечника, так что может измениться способность к ресорбции даже невсасываемых веществ, может увеличить усвояемость организмом жиров. Полиоксиэтиленсорбитаны выделяются из организма нерасщеплёнными с калом или мочой.

ДСП 0-25 мг/кг веса тела в день индивидуально или суммарно. Опасности по ГН-98 отсутствуют. Эфиры полиоксиэтиленсорбитана применяются при производстве мороженого, сливок для кофе, замороженных десертов, кексов и других кондитерских изделий.

2.5 Эфиры полиглицерина (Е475)

Добавки этой группы представляют собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином и могут быть представлены в виде общей формулы:

где R -- углеводородный остаток высшей жирной кислоты.

Технология их получения основана на полимеризации глицерина с последующей этерификацисй пищевыми жирами или высшими жирными кислотами (пальмитиновой, стеариновой и олеиновой).

Эфиры полиглицерина -- неионогенные ПАВ. Они могут проявлять как гидрофильные, так и липофильные свойства со значениями ГЛБ от 5 до 13, что зависит от степени полимеризации глицерина (преимущественно п = 1, 2, 3, 4) и степени этерификации гидроксильных групп.

Добавка официально разрешена для применения в пищевой промышленности на территории РФ, как "не оказывающая вредного влияния на организм человека" (согласно приложениям к СанПиН 2.3.2.1078-01).

В организме человека добавка E475 гидролизируетсятся до моноглицеридов, диглицеридов и свободных жирных кислот. Она усваивается организмом точно так же, как и остальные жиры. Расщепление происходит благодаря содержащемуся в организме ферменту -- липазе, свободные полиглицерины выделяются из организма через почки. ДСП 1-25 мг/кг веса тела в день. Опасности по ГН-98 отсутствуют.

Их применение в пищевой промышленности связано с технологическими функциями эмульгаторов, пеногасителей, смазочных материалов, замутнителей. Основные объекты использования -- хлебопекарные и кондитерские изделия, а также маргариновая продукция. ДСД эфиров полиглицерина в общем случае не должна превышать 25 мг/кг массы тела человека.

2.6 Эфиры сахарозы (Е473)

По химической природе они представляют собой смесь преимущественно моно-, ди- и триэфиров сахарозы с природными высшими жирными кислотами:

Моноэфиры: Х1, Х2 - Н; Х3 -

Диэфиры: Х1, Х3 - ; Х2 - Н;

Триэфиры: Х1, Х2, Х3 -

Получение этих добавок основано на реакции между сахарозой и метиловыми или этиловыми эфирами пищевых кислот жирного ряда в среде органического растворителя (диметилсульфоксида или диметилформамида), остаточное содержание которого в пищевой добавке не должно превышать 1 или 2 мг/кг (соответственно для диметилформамида и диметилсульфоксида).

Общее содержание эфиров должно составлять не менее 80 % при контролируемом уровне содержания сахарозы не более 5 % и свободных жирных кислот не более 3 %.

В организме медленно расщепляются ферментами на жирные кислоты и сахар.

В небольшом количестве безвреден, но передозировка может вызвать проблемы с желудочно-кишечным трактом: боли в желудки, тошнота, диарея, вздутие.

ДСД эфиров сахарозы 10 мг/кг массы тела человека.

Применение эфиров сахарозы и пищевой промышленности связано с их технологической функцией эмульгаторов, образующих и поддерживающих в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз в широком диапазоне качественного и количественного составов. В связи с этим спектр применения этих добавок очень широкий -- от пищевых эмульсий до структурированных систем.

Эмульгирующие и влагоудерживающие свойства эфиров сахарозы эффективны в технологиях майонезов, маргаринов, соусов, диетических молочных продуктов и мороженого. Введение этих добавок в рецептуры хлебобулочных и мучных кондитерских изделий замедляет процессы их черствения, улучшает структуру продукта. Поверхностная активность эфиров сахарозы в пищевых суспензиях проявляет ся в изменении реологических свойств последних и влиянии па консистенцию продукта. Введение добавки эфиров сахарозы, например в расплавленную шоколадную массу, приводит к снижению вязкости и структурной прочности массы, облегчает процесс конширования.

Заключение

Проведенный анализ и исследования международных организаций показывают, что эмульгаторы, даже применяемые для решения одних и тех же задач, характеризуются разнообразием химических структур, метаболических путей в организме и биологическим действием. Использование ДСП обеспечивает такое положение, при котором потребление каждого эмульгатора находится ниже уровня, который может вызвать какой-либо нежелательный эффект. Добавки взаимодействуют друг с другом только в тех случаях, когда химические вещества действуют посредством одного и того же механизма действия и их комбинированное потребление превышает ДСП (после поправки на различие в силе действия), поэтому нежелательные эффекты в результате взаимодействия между пищевыми добавками маловероятны. Это подтверждается результатами постоянно проводимого изучения разрешенных к использованию пищевых добавок.

Эмульгаторы, спектр применения которых непрерывно расширяется, выполняют разнообразные функции в пищевой технологий и продуктах питания. Их использование возможно только после проверки их безопасности.

Внесение эмульгатора не должно увеличивать степень риска, возможного неблагоприятного действия продукта на здоровье потребителя, а также снижать его пищевую ценность (за исключением некоторых продуктов специального и диетического назначения).

Определение правильного соотношения между дозой и реакцией человека на нее, использование высокого коэффициента безопасности гарантируют, что применение эмульгатора при соблюдении уровня ее потребления не опасно для здоровья человека.

Важнейшим условием обеспечения безопасности пищевых продуктов является соблюдение допустимой нормы суточного потребления эмульгатора (ДСП).

В Российской Федерации возможно применение только тех эмульгаторов, которые имеют разрешение Госсанэпиднадзора России, в пределах, приведенных в Санитарных правилах.

Эмульгаторы следует вносить в пищевые продукты в минимально необходимом для достижения технологического эффекта количестве, но не более установленных Санитарными правилами пределов.

Исследование безопасности эмульгаторов, определение ДСД, ДСП, ПДК - сложный, длительный, очень дорогой, но крайне нужный и важный для здоровья людей процесс. Он требует непрерывного внимания и совершенствования.