Liečivé rastliny/Léčivé rostliny - časopis vydavateľstva Herba

Časopis o zdraví, fytoterapii, výžive, prírodnej kozmetike | Viac ako 50 rokov zaujímavého čítania
Články písané odborníkmi | ...vyliečime, spríjemníme, navoniame, potešíme, poradíme...

Všetky čísla

Štruktúry a texturálne vlastnosti potravinárskych gélov

Štruktúry a texturálne vlastnosti potravinárskych gélov

V moderných spracovateľských postupoch v potravinárskom priemysle sa v širokom sortimente výrobkov uplatňujú hydrofilné koloidy (hydrokoloidy). Používajú sa najmä ako zahusťovadlá a stabilizátory, ale ich účinky sú významné  aj pri inhibícii (zabraňovaní) kryštalizácie, stabilizácii peny a tiež vo funkcii ochranných koloidov. Dôležitú úlohu majú pri optimalizácii textúry kvapalných a polotuhých potravín emulzného typu. Obvykle sa zadeľujú do troch kategórií podľa toho, či sú prirodzeného, syntetického alebo polosyntetického pôvodu. V prípade polosyntetických hydrokoloidov sa jedná o prirodzené látky chemicky modifikované. Hydrokoloidy používané v potravinárskom priemysle sú zväčša prirodzeného pôvodu a niektoré z nich sa v humánnej výžive využívajú už niekoľko storočí. V nasledujúcej tabuľke je prehľad a klasifikácia hlavných potravinárskych hydrokoloidov podľa pôvodu.

  • Prirodzené                                    Prirodzené modifikované                      Syntetické
  • Rastlinné výpotky a gumy:           Deriváty celulózy:                            - polyvinylpyrolidón
  • - arabská guma                             - karboxymetylcelulóza                    - polyetylénoxidové
  • - tragantová guma                        - metylcelulóza                                    polyméry
  • - guma karaya                              - hydroxyetylcelulóza
  • - guarová guma
  • - karobová guma
  • Fermentované hydrokoloidy:
  • - xantán
  • - dextrány

Extrakty z morských rastlín:        Iné deriváty:
- agar                                            - modifikované škroby
- algináty                                      - modifikovaný pektín
- karagén                                   - modifikovaný alginát
Rastlinné extrakty:
- pektíny
Cereálne hydrokoloidy:
- škroby
Živočíšneho pôvodu:
- želatína
- kazeináty


 

Hydrokoloidy sú polyméry s dlhým reťazcom a vysokou relatívnou molekulovou hmotnosťou, ktoré sa rozpúšťajú alebo dispergujú (rozptyľujú) vo vode, pričom sa dosiahne zahusťujúci účinok, alebo sa vytvorí gél. Gélovatenie väčšiny hydrokoloidov vyžaduje tepelné opracovanie a niektoré hydrokoloidy vytvárajú gél len v osobitných podmienkach.

O niektorých látkach uvedených v tabuľke, hlavne o škrobe, celulóze a pektíne  sme už hovorili v súvislosti s textúrou fibrilárnych potravín, kde sú dôležitými základnými jednotkami štruktúry najmä ovocia a zeleniny v natívnom stave. V tejto časti sa zaoberáme ich vlastnosťami po izolovaní z rastlinných produktov. Budeme hovoriť o ich pôsobení v potravinárskych systémoch,  do ktorých sa pridávajú ako aditíva. Ich  využívanie je založené na schopnosti viazať vodu v systéme. Najviac sa používajú na zahusťovanie, stabilizáciu a tvorbu ochranných povrchových filmov, čomu zodpovedá asi 65 % spotreby všetkých hydrokoloidov. V potravinárskych emulzných systémoch sa aplikujú na stabilizáciu emulzií typu „olej vo vode. Ich pôsobením sa zabráni zhlukovaniu dispergovaných olejových čiastočiek  a porušeniu emulzie.

Škroby sa niekedy nezahrňujú do skupiny hydrokoloidov, majú  však podobnú schopnosť tvorby gélov a zahusťujúci účinok. Tieto vlastnosti škrobov možno modifikovať a riadiť. V potravinárskom priemysle sa spotrebuje väčšie množstvo škrobov, ako všetkých ostatných  hydrokoloidov spolu.

Škroby sú polyméry glukózy, ktoré spravidla obsahujú amylózu, čo je lineárny polymér glukózy s rovným reťazcom a amylopektín s nepravidelnou štruktúrou s rozvetvenými bočnými reťazcami. Škroby rozličných rastlín, v našich podmienkach najmä zemiakový, pšeničný a  kukuričný, majú rôzny podiel amylózy a amylopektínu v škrobových zrnách. Tieto škroby sa odlišujú aj svojími funkčnými vlastnosťami a vytvárajú gély  pri rôznych, špecifických podmienkach. Väčšina hydrokoloidov tvorí viskózne typické gély pri koncentráciách v systéme nižších ako 1 %, kým škroby tvoria gélovité štruktúry s podobnou viskozitou až pri koncentráciách 6 až 8 %.  Gélovacie schopnosti škrobov závisia od amylózovej zložky, ktorá svojou štruktúrou môže tvoriť väzby so susednými molekulami a budovať trojrozmernú sieťovinu zadržiavajúcu vodu. Amylopektín, ktorý je rozvetvený, zabraňuje tesnému priblíženiu a spájaniu molekúl a tak prekáža gélovateniu. Škrob gélovatie po zahriatí škrobovej disperzie na teplotu vyššiu ako je teplota gélovatenia a po nasledujúcom ochladení. Na vlastnosti škrobových gélov vplývajú zmeny teploty a takzvané vyzrievanie. Pri chladení sa zvyšuje viskozita a súdržnosť. Vyzrievaním strácajú škrobové gély schopnosť zadržiavať vodu vnútri zŕn a nastáva jej vylučovanie. Toto vylučovanie vody z gélu pri starnutí sa nazýva syneréza. Zmrazovanie a rozmrazovanie zvyšuje synerézu škrobu.

Tieto charakteristické vlastnosti škrobov možno ovplyvniť a zmeniť fyzikálnymi, alebo v rozsiahlejšej miere chemickými postupmi. Škroby napučiavajúce v studenej vode sa vyrábajú zo zriedených roztokov varených škrobov sušením alebo extrúziou. Každý z týchto postupov ovplyvňuje škrobové zrná inak a finálne výrobky sa do určitej miery líšia svojimi fyzikálnymi vlastnosťami. Bežné chemické postupy na modifikáciu vlastností škrobov sú oxidácia, dextrinácia, esterifikácia, éterifikácia a enzýmové spracovanie. Oxidované škroby majú zníženú tendenciu retrogradovať (retrogradácia je vyvločkovanie pri starnutí gélu) a vytvárajú čírejšie a menej viskózne gélové štruktúry.

Dextríny sa pripravujú odbúravaním škrobového polyméru účinkom kyseliny alebo záhrevu. Podľa stupňa dextrinácie majú široký rozsah viskozity a rozličnú schopnosť tvoriť gély. Postupmi éterifikácie a esterifikácie sa menia teploty gélovatenia, zlepšuje sa čírosť gélu, dosiahne sa stabilita gélu pri nízkych teplotách a pri účinku kyselín a zlepšia sa stabilizačné a emulgačné vlastnosti takto upravených škrobov. Rozsiahle využívanie modifikovaných škrobov umožňujú nielen ich zlepšené funkčné vlastnosti, ale aj ich vysoká odolnosť pri extrémnych podmienkach spracovania niektorých potravín. Zvýšenú odolnosť majú modifikované škroby vďaka zosieťovaniu škrobových zŕn. Zosieťovanie zabraňuje náhlym zmenám  viskozity, ktoré sa často vyskytujú, keď sa zohrievajú, alebo mechanicky prečerpávajú gély pripravené z nemodifikovaných škrobov. Modifikované škroby majú osobitný význam pri sterilizácii, homogenizácii a iných spracovateľských postupoch prebiehajúcich v drastických podmienkach. Okrem koloidnej stability poskytuje zosieťovanie hladkú, krémovitú textúru škrobových gélov, ktoré by inak vytvárali hrubé, gumovité gély.

Pektíny, ako sme uviedli v predchádzajúcom príspevku, tvoria skupinu látok, ktoré sa nachádzajú v bunkových stenách a v medzibunkových priestoroch rastlinných buniek. Pre použitie vo funkcii aditív sa získavajú zväčša z citrusových šúp alebo jablčnej dužiny. Sú to látky rozpustné vo vode, schopné tvoriť gély. Molekula pektínu je lineárny reťazec zložený z čiastočne esterifikovanej kyseliny polygalakturónovej. Komerčné pektíny sa podľa stupňa esterifikácie delia na vysokoesterifikované, ktoré majú viac ako 50  %  kyseliny galakturónovej v esterifikovanej forme a pektíny nízkoesterifikované so stupňom esterifikácie nižším ako 50 %.  Vysokoesterifikované pektíny sa výborne uplatňujú v bežných ovocných nátierkach, džemoch a v posledných rokoch aj v cukrovinkárskych želé. Ich gélovatenie je podmienené prítomnosťou cukru  a hodnotou pH  pod 3,5.  Nízkoesterifikované pektíny vyžadujú pre tvorbu gélu prítomnosť vápnika. Obvyklá oblasť ich využitia je v ovocných nátierkach so zníženým obsahom cukru a v džemoch, ktoré sú určené na pridávanie do jogurtov a podobných mliečnych výrobkov. Pri použití pektínov s veľmi nízkym stupňom esterifikácie sa vyžaduje väčšie množstvo vápnika, ako je prirodzene prítomné vo väčšine druhov ovocia, preto sa vápnik musí pri príprave gélu pridať. Aplikáciou týchto pektínov sa vyrábajú gélovité mliečne dezerty s mäkkou a hladkou textúrou.

Zo skupiny rastlinných gúm a derivátov celulózy uvedieme iba niektoré. Guarová guma (guarán) je extrakt zo semien guaru (Cyanopsis tetragonolubus), ktorý patrí medzi strukoviny. Guarán je lineárny reťazec, ktorý obsahuje sacharidy D-galaktózu a D-manózu. Guarán dispergovaný v studenej vode rýchlo hydratuje a tvorí hladkú koloidnú disperziu (sól). Čím je voda chladnejšia, tým je hydratácia pomalšia a vzniknutý sól hladší. Hydratačná rýchlosť je ovplyvnená aj hodnotou pH a optimum hydratácie je pri pH 7,5 až 9,0. Guaránové sóly tvoria pri určitých podmienkach gély, ktoré sú reverzibilné pri zmene kyslosti prostredia. Guarová guma sa používa v kombinácii s inými hydrokoloidmi predovšetkým tam, kde je potrebné zachovať gélovitú štruktúru v mierne alkalickom prostredí.

Karobová guma sa získava z plodov karobového stromu (Ceratonia siliqua), ktoré sú známe aj pod názvom svätojánsky chlieb. Karobová guma je neutrálny polysacharid. Tvoria ho dlhé reťazce sacharidu D-manózy, v ktorých je na každú štvrtú alebo piatu jednotku  naviazaná D-galaktóza. Komerčný výrobok okrem toho obsahuje 6 % bielkovín a 1 % celulózy.  Karobová guma je v studenej vode málo rozpustná, dobre sa však rozpúšťa vo vriacej vode. Roztoky karobovej gumy majú vysokú hodnotu viskozity. Starnutím sa viskozita zväčšuje. Viskozitu ovplyvňuje teplota a pH prostredia. Zahrievaním suspenzie karobovej gumy vo vode viskozita stúpa a po ochladení sa ešte zvýši. Karobovú gumu možno kombinovať s inými hydrokoloidmi, sacharidmi a bielkovinami. Využíva sa jej schopnosť pri malom prídavku výrazne zvýšiť viskozitu systému, ktorá sa zvyšuje pri zahrievaní  a po ochladení.

Celulóza je lineárny vo vode nerozpustný polymér glukózy, s rôznym stupňom polymerizácie. Základnou stavebnou jednotkou polyméru je celobióza (disacharid vytvorený z dvoch molekúl glukózy), ktorá má hydroxylové skupiny, ktoré možno v rôznom rozsahu substituovať (nahradiť) inými skupinami. Stupeň polymerizácie a stupeň  substitúcie, ako aj druh substituenta rozhodujúcim spôsobom menia vlastnosti pôvodnej celulózy, pričom vznikajú produkty (deriváty celulózy) s vlastnosťami rastlinných gúm. Z derivátov celulózy sa najčastejšie používa sodná soľ karboxymetylcelulózy. Slúži na zahusťovanie, viazanie vody, suspendovanie a stabilizáciu. Karboxymetylcelulóza sa vyrába ako voľná kyselina vo forme práškov s rôznou veľkosťou častíc (zrnitosťou) pre viaceré aplikácie. Jemné prášky sa najčastejšie používajú ako stabilizačné aditíva do instantných výrobkov. V potravinárskych výrobkoch sa často využíva jej ochranný účinok na bielkoviny. Uplatňuje sa pritom vzájomné pôsobenie (interakcia) medzi celulózovou gumou a bielkovinami, pričom vznikajú rozpustné alebo nerozpustné komplexy. Rozpustné komplexy sú tepelne stálejšie ako samotné bielkoviny a chránia bielkovinu pred koaguláciou.

Iným prípravkom na báze celulózy je mikrokryštalická celulóza. Jej prídavok umožňuje znížiť obsah cukru a ovocia v niektorých receptúrach výrobkov so zníženým obsahom cukru, pri minimálnom ovplyvnení kvality výrobkov. Prísada  mikrokryštalickej celulózy znižuje tiež synerézu gélu pri jeho mechanickom porušovaní, čo znamená, že takýto výrobok možno čerpať a plniť mechanizovanými postupmi. Zlepšuje aj tepelnú stabilitu gélov, ktoré sú vhodné ako polevy a náplne do pečiva.

Karagén a algináty sú extrakty z morských rastlín. Karagén je extrakt z niektorých druhov morských rias. Označuje sa aj ako karagénsky alebo írsky lišajník podľa írskeho mesta Carragheen, v blízkosti ktorého sa tieto riasy objavili. Je to polysacharid s komplexným zložením, ktorého základ tvorí zmes polysacharidov zložených z galaktózy, čiastočne esterifikovaných kyselinou sírovou. Využívajú sa jeho gélovacie a zahusťovacie účinky , ako aj jeho reakcia s bielkovinami. Najviac sa používa ako gélovacie činidlo v mliečnych dezertoch. Pri tvorbe karagénového gélu dochádza k vzájomnému pôsobeniu medzi karagénom a kazeínom. Využívanie karagénu sa rozšírilo v súvislosti so zavedením UHT sterilizácie pre sterilizované asepticky balené pudingy so šľahačkovou polevou. Pri tejto technológii musí gélotvorné činidlo znášať vysokú teplotu sterilizácie, následné ochladenie na teplotu plnenia výrobku a ihneď po naplnení tvoriť gél. Gél musí byť dostatočne tuhý na to, aby sa mohol pokryť vrstvou šľahačky.

Algináty sú soli kyseliny algínovej, ktoré sa vyskytujú v morských chaluhách (phasophycae). Kyselina algínová je lineárny polymér zložený z dvoch urónových kyselín – manurónovej a gulurónovej. Potravinárske algináty sú rozpustné v studenej i horúcej vode. Vyrábajú sa s rozličnými označeniami, ktoré zodpovedajú určitým viskozitám. Používajú najmä ako stabilizátory pri výrobe mrazených smotanových krémov.

Želatína je najstarší potravinársky stabilizátor. O jej zložení a tvorbe sme sa zmienili v predchádzajúcom príspevku. Želatína sa vyrába vo viacerých druhoch, podľa oblasti použitia. Najvýznamnejšou vlastnosťou je tvorba tepelne reverzibilného (vratného) gélu. Gél tuhne pomaly, obvykle až niekoľko hodín. Druhou často využívanou vlastnosťou je jej penotvorná schopnosť. Želatínu možno tiež použiť na stabilizovanie  emulzií, pretože obsahuje hydrofilné aj lipofilné skupiny. Je dobre kombinovateľná s inými hydrokoloidmi. Zmesi škrobu a želatíny sa používajú najmä v mliekarstve.

Pri spracúvaní niektorých mliečnych i nemliečnych potravín sa tvoria gély z mliečnych bielkovín. Tvorba týchto gélov je, na rozdiel od väčšiny ostatných potravinárskych gélov,    ireverzibilná (nevratná). Gély vytvorené z  kazeínu, ako krémový tvaroh, jogurt a iné, sú mäkké a nestále, s tendenciou k syneréze. Aj pri výrobe syrov sa stretávame s tvorbou gélu. Prvým stupňom v technológii výroby syra je sýrenie, čo je v podstate príprava gélu z bielkovín mlieka účinkom syridla. Konečná štruktúra syroviny sa skladá z tukových častíc v kontinuálnej bielkovinovej matrici a má rozhodujúci vplyv pri vytváraní charakteristickej textúry i arómy syra počas zrenia.

Gély  vytvárajú aj srvátkové bielkoviny. Zo srvátkových bielkovín možno pripraviť dva druhy gélov. Číre gély sú elastické a účinne zadržujú vodu, kým zakalené, opaleskujúce gély sú nestále a rýchle uvoľňujú vodu. Číre gély sa obvykle vytvárajú pomalšie, ich mriežka je jemnejšia  a majú pravidelnejšie vnútromolekulové väzby.

Home Archív Všetky čísla 2010 2/2010 Štruktúry a texturálne vlastnosti potravinárskych gélov