Использование свойств моноглицеридов и их производных при разработке композиций пищевых ПАВ.

О.Д. Кюрегян, к.т.н. Г.П. Кюрегян, к.т.н. Н.В. Комаров

Московский филиал ГНУ ВНИИЖ

В настоящее время практически ни одна из отраслей промышленности, в том числе пищевая, косметическая, фармацевтическая и др. не обходятся без использования поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые за счет своей дифильной структуры и механизма действия на границе раздела фаз обладают широким диапазоном действия:  эмульгаторов, стабилизаторов, пеногасителей, пенообразователей, пленкообразователей  и т. д.  По объему производства,  ассортименту на мировом рынке и важности для производства  ПАВы занимают одно из ведущих мест среди ингредиентов.

Большинство применяемых в различных отраслях пищевой промышленности поверхностно-активных веществ имеют в своей основе неполные глицериды. Одними из наиболее широко распространенных пищевых ПАВ являются неполные глицериды – моноглицериды и их производные.

Переход от полных глицеридов к образованию ди- и моноглицеридов создает возможность получения продуктов, обладающих высокой поверхностной активностью. В этой связи интересно рассмотреть характер происходящих изменений и влияние структурных особенностей неполных глицеридов на проявление свойств, специфичных для поверхностно-активных веществ.

Триглицериды – эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот, не содержат функциональных групп, которые бы обусловили возможность проявления поверхностно-активных свойств. Однако в товарных жирах и маслах может проявляться, в определенной мере, поверхностная активность, обусловленная образованием неполных глицеридов в результате ферментативного или гидролитического расщепления содержащихся в них триглицеридов.

Сырые растительные масла также могут содержать сопутствующие вещества, как, например, фосфатиды, белки, обладающие поверхностной активностью. Количество этих веществ обусловлено процессами созревания семян, а также условиями их переработки. Наличие в маслах неполных глицеридов может являться следствием незавершенности биохимических процессов в семенах, либо, как указано выше, протеканием гидролиза.

В последнем случае от молекулы триглицеридов отщепляется один жирнокислотный радикал с образованием на первой стадии гидролиза диглицеридов.

При более глубоком гидролизе происходит образование моноглицеридов. Несмотря на то, что гидрофильная часть моноглицеридов по сравнению с диглицеридами возрастает приблизительно в 2.3 раза (по весу), считают, что поверхностная активность последних составляет одну сотую часть от поверхностной активности моноглицеридов.

Наряду с поверхностной активностью большое практическое значение имеет форма кристаллов, образующихся при затвердевании расплава моноглицеридов. Так, установлена способность моноглицеридов образовывать кристаллы трех полиморфных форм: a, b и b^¢  в зависимости от скорости охлаждения расплава, способа кристаллизации и т.д.

В ходе исследований выявлено, что наиболее эффективной является a-кристаллическая форма моноглицеридов. Однако установлено, что эта модификация неустойчива. В качестве стабилизаторов a-кристаллической формы моноглицеридов предлагают эфиры моноглицеридов и оксикарбоновых кислот, в частности лактилированные моноглицеиды.

Моноглицериды высших жирных кислот хорошо растворяются в органических растворителях, маслах и жирах. Гидрофильно-липофильный баланс их лежит в пределах 3,5 – 4. Моноглицериды высших жирных кислот образуют эмульсии типа вода – масло.

Поскольку моноглицериды и их производные применяются для стабилизации эмульсий и пен, необходимо более подробно рассмотреть такие свойства этих соединений, которые обуславливают их эффективность, в частности, способность к образованию межфазных пленок.

Установлены три структуры жидкокристаллических межфазных пленок: пластинчатая или слоистая (ламиллярная), гексагональная и кубическая.

Пластинчатая структура состоит из бимолекулярных липоидных слоев, перемежающихся слоями воды. Гексагональная – представляет собой цилиндрические агрегаты воды, окруженные полярными группами липидных молекул. Пространства между цилиндрами заполнены углеводородными цепями. Кубическая – сферические или полиэдрические агрегаты воды, окруженные полярными группами ПАВ, углеводородные радикалы заполняют пространства между агрегатами воды.

Пластинчатая структура является доминирующей в системах, содержащих преимущественно моноглицериды или другие ПАВ, получаемые на основе гидрированных жиров или масел. Кубическая структура образуется в системах, содержащих моноглицериды ненасыщенных жирных кислот.

Так, в системе, содержащей эфиры моноглицеридов с диацетилвинной кислотой и воду (при рН = 5), в зависимости от температуры и процентного содержания воды, наблюдаются фазовые переходы. При достижении температуры 48°С и содержании воды 13-67% образуется мезофаза пластинчатого типа, которая может переходить в дисперсию при дальнейшем увеличении количества воды.

Эфиры моноглицеридов ненасыщенных жирных кислот с диацетилвинной кислотой образуют мезофазы пластинчатого типа при более низких температурах (20°). Их гидрофильно-липофильный баланс составляет 8 – 10 и они способны образовывать очень стойкие эмульсии типа масло/вода. Содержание (по весу) гидрофильных групп в молекуле эфиров с диацетилвинной кислотой повышается по сравнению с исходными моноглицеридами  в 2,4 раза..

В отличие от моноглицеридов, их эфиры с молочной кислотой не образуют с водой мезоморфных фаз, но, будучи диспергированы в воде, образуют эмульсию типа вода/масло. Гидрофильно-липофильный баланс их  составляет 3,7, они легко растворимы в маслах и жирах.

Установлено, что эфиры моноглицеридов и лимонной кислоты не образуют каких-либо мезоморфных форм в воде. Гидрофильно-липофильный баланс лимоннокислых моноглицеридов составляет 9,0. Содержание гидрофильных групп в молекуле эфиров выше приблизительно в два раза по сравнению с моноглицеридами. Лимоннокислые моноглицериды способствуют образованию очень стойких эмульсий в широком интервале соотношений масла и воды: от эмульсий типа масло/вода до эмульсий типа вода/масло.

Данные структурные особенности неполных глицеридов и их производных, проявляющих поверхностно-активные свойства в различных системах, необходимо учитывать при их применении в пищевой и других отраслях промышленности.

Особое место в работе лаборатории пищевых ПАВ Московского филиала занимают исследования, связанные с производством новых видов защитных пленкообразующих составов для различных видов с/х продукции (плоды, овощи, мясо, птица, рыба и др.). Применение данных составов с целью создания биоприоритетных пищевых пленкообразующих покрытий, позволяет получить продукты питания с длительным сроком хранения и прогнозируемым качеством.

Продукция мясной и птицеперерабатывающей промышленности принадлежит к скоропортящимся продуктам, и продление срока ее хранения имеет большое значение. Среди наиболее действенных способов увеличения сроков хранения мяса и птицы, а также сокращения потерь влаги (усушки) при холодильном хранении является применение защитных пищевых пленкообразующих покрытий.

Ассортимент используемых для этого веществ в мировой практике  достаточно широк: белки (коллаген, желатин, зеин, глютен, соевые изоляты, казеин и др.), жиры (жирные кислоты, глицериды, ацетоглицериды и др.), воска и парафины, углеводы (производные крахмала, эфиры целлюлозы, декстрины, альгинаты, каррагенин, пектин, другие полисахариды).

Одним из перспективных направлений считают применение композиций покрытий на основе пищевых поверхностно-активных веществ, представляющих собой производные пищевых жиров,   таких как моноглицериды и их ацетилированные производные, поскольку эти соединения обладают пленкообразующими свойствами и являются антиокислителями.

Моноглицериды, благодаря наличию свободных гидроксильных групп, обладают гидрофильными свойствами. В результате исследования фазовых изменений водных систем моноглицеридов установлено, что они могут связать до 50% воды. Также следует подчеркнуть большую влагоудерживающую способность и стойкость моноглицеридов при высоких и при низких температурах.

Ацетилированные моноглицериды – производные моноглицеридов, в которых одна группа глицерина этирифицирована высокомолекулярными насыщенными или ненасыщенными жирными кислотами, в то время, как одна или две гидроксильные группы  ацетилированы. Благодаря ряду ценных свойств они находят применение в различных отраслях пищевой промышленности.

В настоящее время в Московском филиале Всероссийского научно-исследовательского института жиров создаются пленкообразующие композиции на основе пищевых поверхностно-активных веществ, которые не только уменьшают потери различных видов продукции при хранении, но и позволяют получать продукты питания с длительным сроком хранения и прогнозируемым качеством. Эти покрытия можно употреблять в пищу с продуктом, они легко смываются водой, а, попадая в окружающую среду, активно разлагаются, не загрязняя ее.

Одним из разработанных покрытий является защитный пленкообразующий состав на основе дистиллированных и ацетилированных моноглицеридов,  который представляет собой 50%-ную пасту и наносится на продукт в виде низкопроцентной водной эмульсии путем распыления или погружения обрабатываемой продукции в рабочий раствор пленкообразующего состава.

Также преимуществом данного состава является то, что, в зависимости от области применения, в него можно вводить вещества, обладающие антимикробным действием, такие как молочная кислота, низин или бактериостатические ферменты белковой природы. Это  позволяет оказывать влияние не только на сублимацию клеточной влаги из мяса (усушку), но и на увеличение сроков хранения путем ингибирования развития микроорганизмов за счет введения в композиционный состав пленкообразующего покрытия консерванта, который снижает исходную микробиальную обсемененность и оказывает бактериостатическое действие на развитие микроорганизмов при хранении продукции.

Экспериментальные исследования, проведенные совместно с Всероссийским научно-исследовательским институтом холодильной промышленности показали, что применение данного состава в сочетании с молочной кислотой позволяет увеличивать срок хранения охлажденных тушек птицы до 10 суток при температуре от 0 до 2°С и относительной влажности воздуха 80-85%, а включение низина в концентрации 0,1% к покрытиям, в состав которых входит молочная кислота, увеличивает срок хранения до 15 суток. При этом обеспечивается сокращение потерь массы сырья от усушки на 25-35%.

Московский филиал ГНУ ВНИИЖ  www.vnizh.ru

Лаборатория пищевых ПАВ

Тел. (499) 177-99-01, (495)  177-91-01

e-mail: vniizhmosk@mtu-net.ru,  goar@bk.ru