HIDROCOLOIZI SI SUBSTANTE STABILIZATOARE

Hidrocoloizii - substane cu structur polimeric linear sau ramificat care se disperseaz sau se dizolv n ap, formnd soluii vscoase (ageni de ngroare) sau geluri (ageni de gelificare)n cea mai mare parte compui naturali, polizaharide i proteine, compui de semisintez cu structuri de polizaharide modificate (amidon modificat, celuloz modificat).

Denumire generica- hidrocoloizii cu structur de polizaharid gume (cu exceptia amidonului)

Gumele naturale provin n general din surse vegetale i pot fi clasificatedup cum urmeaz:

1. Exsudate din arbori: guma arabic, guma tragacanth, guma karaya,guma ghatti.2. Extracte din alge : alginaii, agar, carageenan.3. Extracte din plante : pectinele.4. Gume din semine i rdcinoase : guma guar, guma locust bean, gumatara, manan konjac.5. Gume microbiene (de fermentaie): guma xantan, guma gellan.6. Gume din celuloz i derivai : celuloz microcristalin, metilceluloz, etilceluloz,hidroxipropilceluloz, hidroxipropilmetilceluloz, etilmetilceluloz,carboxi-metilceluloz sodic.

Amidonul are utilizri extinse n industria alimentar ca agent de ngroare,stabilizator coloidal, umectant, gelifiant, agent de legare sau de acoperire. Derivaiide amidon se obin prin modificri chimice (hidroliz, oxidare, esterificare saueterificare) sau fizice (pregelatinizare, atomizare, extrudere, tratamente termice).

Gelatina este un amestec de proteine hidrosolubile rezultate n urmahidrolizei colagenului din piele, cartilagii i oase care formeaz geluri n mediuapos

Proprietati fizico-chimice ale hidrocoloizilorCapacitate de ingrosare ( modificarea viscozitatii)GelifiereFormare de filmeAutoasociere prin legaturi non-covalente ( leg de H, van der Waals, legaturi electrostatice)Formarea de complexe cu lipidele

Proprietatea functionalaUtilizarea alimentara

Proprietati primareViscozitateaSosuri, supe umpluturiGelificareaJeleuri, budinci, preparare de carneStabilizarea emulsiilorDressing-uri, bauturiFormarea de filmeMembrane pt. preparate din carneIncapsulareaArome uscate prin pulverizare

Proprietati secundareAgent de acopeireProduse zaharoaseBlocarea cristalizariiSiropuri, glazuri, inghetataAdjuvant de floculareVin, bereStabilizare spumaBere, produse spumanteAgent de suspendareCiocolata cu lapte, nectar de fructeProtector coloidalEmulsii de arome

Exsudate din arborimateriale vscoase, lipicioase, care se ntresc la expunere la aer,secretate de ramurile sau trunchiurile unor arbori pentru a nchide leziuni naturale sau incizii provocate de omGuma arabic (guma Acacia, E 414)- material heterogen, amestec de sruri de calciu, magneziu i potasiu ale acidului arabic - dou fraciuni: - lanuri de polizaharide (70%) - ramificate, puternic acide cu structur de arabinogalactani care la hidroliz acid dau D-galactoz, 44%, L-arabinoz,24%, acid D-glucuronic, 14,5%, L-rhamnoz, 13%, acid 4-O-metilglucuronic,1,5%. o fraciune cu mas molecular mai mare care conine proteine (2%) legate de lanul de polizaharid, cel mai probabil prin grupele hidroxil din componena serinei i hidroxiprolinei.

un lan principal format din poligalactopiranoz legat 1,3-, ramificarea fiind dat de uniti de galactopiranoz legate 1,6. Att lanul principal ct i ramificaiile au ataate resturi de -L-arabofuranozil, -L-ramnopiranozil i la captul ramificaiilor resturile de acizi uronici, -D-glucuronopiranozil i respectiv 4-O-metil--D- glucuronopiranozil.Solubilitate mare in apa (50%), solutii cu viscozitate redusaUtilizari : emulgator i stabilizator pentru emulsiile ulei volatil/ap (e.g. ulei de lmie) sau arome sintetice/ap utilizate la fabricarea buturilor rcoritoare sau a produselor de patiserie. Emulsiile acestor aromatizani obinute cu gum arabic pot fi atomizate i utilizate ca aromatizani uscai nehigroscopici deoarece guma formeaz un film protector care asigur dispersarea rapid la introducerea n ap.- Compatibilitatea cu solutii concentrate de zahar - utilizarea ei pentru produse zaharoase (dropsuri, caramele, bomboane gumate) deoarece nhib cristalizarea zaharozei iemulsioneaz i distribuie componentele grase

Guma tragacanth- E 413exsudatul uscat al unor arbuti din specia Astragalus care cresc n Grecia, Turcia, IranComponente:

- acidul tragacanthic (60-70%) care se hidrateaz n ap- un lan principal format din resturi de acid D-galactopiranoziluronic legate 1-4,. Ramificarea este dat de resturi de -1,3-D-xiloz de care sunt legate apoi L-fucopiranoz sau D-galactopiranoz

tragacanthina, solubil n ap- lan principal format din D-galactopiranoz legat 1,3 sau 1,6, care este intens ramificat cu L-arabinofuranoz i acid L-galacturonic i L-rhamnoz

Proprietati: stabil n mediu acid (pn la pH = 2), scade tensiunea superficial i formeaz geluri la dispersarea n ap

Utilizari : emulgator i agent de ngroare pentru alimentele cu valoare sczut a pH-ului, de exemplu sosuri de salate, condimente pentru murturi sau unele produse de panificaie

Guma karaya -E 416

exsudatul arborelui Sterculia urens, cultivat n principal n India.

Structura - polizaharid parial acetilat, cu mas molecular mare, care conine resturi de -L-rhamnoz, acid -D-galacturonic, -D-galactoz i acid D-glucuronic.

Proprietati : - masa moleculara mare- cea mai puin solubil dintre exsudate,nedizolvndu-se ci numai mbibndu-se cu ap rece pentru a forma soluiivscoase.

Utilizari - agent de ngroare i agent de suspendare pentru sosuri, pentru controlul dimensiunii cristalelor de ghea la ngheate, ca emulgator pentru pastele de brnz i liant pentru mezeluriGuma ghatti

exsudatul arborelui Anogeissus latifolia care se gsete n India i Sri Lanka.

Structura: sarea de calciu i magneziu a unei polizaharide complexe care conine L-arabinoz, D-galactoz,D-manoz, D-xiloz i acid D-glucuronic.Proprietati: la dispersarea n ap, guma ghatti formeaz soluii cu vscozitea intermediar ntre guma arabic i guma karaya, ceea i confer proprieti de emulgator i de liant asemntoare gumei arabice i de aceea este utilizat n aceleai scopuri, de exemplu pentru emulsii U/A

Extracte din algeAlginaiiAcid alginic E 400 Alginat de sodiu -E 401 Alginat de potasiu- E 402Alginat de amoniu- E 403Alginat de calciu - E 404 Propan1,2-diol alginat- E 405- extrai din algele brune din genul PhaeophyceaeStructuraAcidul alginic este o polizaharid alctuit din uniti de acid -D-manopiranoziluronic i respectiv uniti de acid -L-gulopiranoziluronic. - zone omogene, blocuri "M" formate din 15-20 uniti acid D-manuronic legate 1-4, i - blocuri "G", formate din 15-20 uniti de acid L-guluronic legate 1-4,,- zone mixte, n care cei doi acizi uronici alterneaz

Mecanismul gelifierii cu alginati si cationi metalici- Aliniere a lanturilor de polizaharid ( blocuri G) care formeaza cavitati in care sunt legati cationi metalici Sursele uzuale de calciu pentru obinerea gelurilor comestibile de alginai sunt srurile acestuia (carbonat, sulfat, clorura, fosfat, tartrat).

Prepararea gelurilor de alginai n prezena de ioni de calciu se face prin mai multe metode:

gelifiere prin difuzie aplicata pentru formare de filme sau benzi inguste- gelifiere intern- saruri solubile de calciu ( sulfat ) eliberare controlat de valoarea pH-ului sau de utilizarea unor sechestrani (EDTA, polifosfai etc)- fructe confiate, produse din carne - gelifiere prin rcire - prepararea la cald a unei soluii de alginat, sare de calciu, un acid i sechestrant, urmat de rcirea lent a acesteiaAlginaii cu coninut mare de acid guluronic formeaz geluri mai rigide, mai fragile i mai puin elasticeAlginaii cu coninut mai mare de acid manuronic formeaz geluri mai elastice, mai deformabile , cu tendin mai mic de a suferi sinerez (eliberarea solventului din gel)

solutii stabile in intervalul de pH 4-10

compatibil cu: amidon, zaharoza, glucoza, derivati de celuloza, gume solubile in apa, polialcooli,cazeina

partial compatibiletanol 25%, 2-propanol, acetona, sulfat de sodiu 10-12%, clorura de sodiu 4%, majoritate saruri alcaline

incompatibilsaruri de metale grele, acizi tari ( pH

Agar - E 406izolat din alge marine roii din specia Rhodophyceae - Japonia, Mexic, Portugalia i DanemarcaStructura- agaroza- polizaharid liniar, neutr, format din uniti de D-galactopiranoz legat 1,3- care alterneaz cu 3,6-anhidro--L-galactopiranoz legate 1,4- care i confer o structur de elice dubl care explic i formarea gelurilor

- agaropectina- aceeai structur alternant dar anumite uniti sunt nlocuite cu 4,6-O-(1-carboxietiliden)-D-galactopiranoz sau zaharuri metilate i sulfatateProprietati - Insolubil n ap la temperatura camerei dar se dizolv la fierbere. - Soluiile diluate de agar (0,1%) gelific la rcire la aproximativ 35oC formnd un gel rigid care nu se lichefiaz pn la 85oC

Utilizari- Rezistena termic a gelurilor formate de agar este exploatat prin utilizarea acestuia pentru produsecare sunt pstrate la temperaturi ridicate de tipul aspicurilor pentru conserve de carne i pete limpezirea vinului, obinerea glazurilor, deoarece blocheaz cristalizarea zaharozei, agent de textur pentru produse lactate i datorit faptului c nu este digerabil, pentru produse de diet.

Carrageenan- E 407Polizaharide extrase din algele marine de culoare roie din specia RhodophyceaeStructura - structur liniar de poligalactopiranoz la care o parte din grupele hidroxil sunt esterificatecu acid sulfuric- mai multe varietati in functie de gradul de esterificare. - moleculele de D-galactopiranoz sunt unite alternativ prin legturi 1,3- i respectiv 1,4-, avnd grupele hidroxil de la atomii de carbon C2 i/sau C6 esterificate cu acid sulfuric. - De multe ori unitile de D-galactoz legate 1,4- sunt sub forma 3,6-anhidro-D-galactoz

- este cel mai solubil n ap i nu gelific-resturile de 3,6-anhidro-D-galactoz cresc hidrofobicitatea i favorizeaz mpachetarea moleculelor sub form de dubl elice care prin ntreptrundere formeaz gelul

Mecanism de gelifiere molecula de carrageenan are portiuni dublu spiralate care alterneaza cu despiralate

in prezenta ionilor de K+ care se insereaza in helix, neutralizeaza sarcini negative- permite agregarea helix-urilor - gel structura compacta- antreneaza sinereza

gel kappa - fragil, rigid, dur, instabuil congelare-decongelare, necesita K+, termoreversibil, gelifica la tcam, stabil, reactioneaza cu proetinele

gel Iota- elastic, moale, fraged, stabil , stabil congelare-decongelare, necesita Ca2+, termoreversibil, stabil, reactioneaza cu proteinele

Utilizari- stabilizare bauturi pe baza de lapte cu cacao, iaurt - textura fina-, lapte condensat, inghetata pe baza de lapte, etcconserve decarne si peste- leaga bucatile de carneproduse proteice extrudatementine pulpa sucurilor de fructe in suspensiegemuri, marmelade, jeleuri creme, jeleuri, ajuta la incorporarea laptelui praf degresat

Extracte din plante. Pectine- E440- grup de polizaharide hidrosolubile, cu structur majoritar (80%) de acid poligalacturonic legat 1,4-, numit acid pectic, care este parial esterificat cu grupe metilPectinele- izolate din surse vegetale prin extracie cu acid - hidroliza parial a grupelor esterice - diverse sortimente de pectine clasificate n dou categorii :- pectine slab metoxilate, cu grad de esterificare 50%- pectine amidate- operaia de hidroliz a grupelor carboximetil se face n condiii blnde, n prezen de amoniac, Proprietatisolubile n ap i dau soluii vscoase stabile capacitatea de a gelifica dup un mecanism asemnator alginailor : pectinele slab metoxilate formeaz geluri numai n prezena ionilor de calciu prin fixarea acestora ntre lanurile de acid poligalacturonic- gemuri si jeleuri lightpectinele puternic metoxilate gelific numai n condiii de activitate redus a apei,(coninut mare de zahr,55-65% i la pH

UtUtilizari ale pectinelor

Gume din semine i rdcinoaseGuma guar- E 412din endospermul seminelor plantei leguminoase, Cyamopsis tetragonolobus, cultivat n India, Pakistan i Statele UniteStructurapoligalactomanan cu raportul manoza : galactoz = 2 :1Proprietatise hidrateaz la cald sau la rece, formnd soluii vscoase la concentraii 0,5%, care sunt stabile pe intervalul de pH = 4,5 - 10.5 i sunt rezistente la aciunea srurilor, datorit caracterului neionic al moleculei. compatibil cu agarul, alginaii, carboximetilceluloza, amidonul i gelatin i prezint sinergism cu guma de fermentaie xanthan

- cea mai utilizata guma vegetala- stabilizarea produselor lactate, a ngheatei, legarea apei n preparatele pe baz de carne sau stabilizarea produselor acide, sucuri de fructe, sosuri pentru salatUtilizari

Guma locust (gum de Caruba) E 410mcinarea seminelor unei plante leguminoase, Ceratonia siliqua, cultivat n zonele mediteraneeneStructurapoligalactomanan cu raportul manoza : galactoz = 4,5 :1masa molecular de cca. 310000, unitile de galactoz dispuse n blocuri uniforme n lungul catenei principale de D-manozse disperseaz n ap la cald- soluii vscoase care nu sunt influenate de valoarea pH sau de prezena srurilor. prezint proprieti sinergetice cu carrageenanul i respectiv xanthanul, gelurile formate de combiinaiile lor fiind mai ferme i mai rezistente la sinerezProprietatiUtilizariagent de stabilizare, umflare i reinere a apei n compoziia ngheatei, la preparareabrnzei topite i a produselor din carne, ca emulgator pentru sosurile de salat

Gume de fermentaieGuma xanthan- E 415fermentarea aerob a glucozei n prezena bacteriei Xanthomonas campestrisStructuraramificata cu o ounitate structurala alctuit din 5 monozaharide: 2 uniti de glucoz, 2 uniti de manoz i un acid glucuronic- guma xanthan este solubil n ap att la rece ct i la cald - soluii vscoase, chiar la concentraii reduse, care prezint pseudoplasticitate.- soluiile de xanthan care conin i sruri prezint stabilitate termic pe un interval mare de temperatur, ntre 0 - 80oC, chiar la concentraii mari de sare (e.g. 15%, clorur de sodiu sau 25% clorur de calciu), i pe un domeniu larg de pH = 2-10.- proprieti sinergetice cu gumele care conin galactomanani, guma guar i guma locust, asocierea dintre ele determinnd, n funcie de concentraia de xanthan folosit, soluii vscoase sau geluritermoreversibile

Utilizari

Guma xanthan este folosit pentru maioneze, produse de panificaie, ngheat, produse din carne, arome ncapsulate, siropuri etc.Proprietati

Gume pe baz de celuloz i derivaiCeluloza microcristalin de uz alimentar -E 460 - se obine prin hidroliza parial n mediu acid (HCl) din past de lemn purificat.- grad de policondensare redus, dup atomizare particule fine, de dimensiuni coloidale (diametru < 0,2 m), care la suspendare n ap, cresc vscozitatea acesteia pe intervalle largi detemperatur- suport pentru arome, stabilizeaz emulsiile i spumele la temperaturi ridicate i funcioneaz casubstitute de grsimi pentru ngheata cu coninut sczut de grsimi i pentru produsele de dietCeluloze modificate

Carboximetilceluloza, CMC, E 466 derivatul de celuloz cel mai utilizat n industria alimentar grad de eterificare (de substituie) a gruprilor OH, cuprins ntre 0,4-0,8solubil n ap la rece sau la cald, soluiile obinute fiind pseudoplastice sau tixotropice n funcie de dimensiunea macromoleculelor de celuloz (grad de polimerizare) i de gradul de substituieCMC este utilizat pentru stabilizarea ngheatei inhib dezvoltarea cristalelor de ghea, agent de ngroare pentru creme i diverse buturi, produse de panificaie deoarece crete capacitatea de legare a apei i mrete vscozitatea aluaturilorMetilceluloza MC, E 461polizaharid neionic, solubil n ap, cu proprieti tensioactivegrad de substituie mic (~0,6) - solubilitate n mediu alcalin ; grade de substituie medii (1,6-2,4) solubilitate in apahidrosolubile ;metilcelulozele cu grad de substituie >2,4 sunt solubile n solveni organiciformeaz geluri termoreversibile n ap, la nclzire. -temperatura de gelifiere este ~ de 55oC i nu depinde de masa molecular, n schimb poate fi micorat n prezena zaharurilor i electroliilorgrupele metil, hidrofobe, faciliteaz absorbia metilcelulozei la interfa, fenomen care stabilizeaz emulsiile i spumele (e.g. maionez, sosuri, supe) utilizata pentru reducerea coninutului de grsime din alimentele care au fost prjite- gelifica la cald, pelicula protectoare nu se mai absoarbe grasime

Hidroxipropilmetilceluloza HPMC, E 464- Indicele de substituie molar (numrul mediu de moli de substituent ataat de o unitate al lanului polizaharidei) este cuprins ntre 0,02 i 0,3. solubil n ap rece i insolubil la cald i datorit caracterului neionic nu este afectat de pH. reduce tensiunea superficial - emulgator i stabilizator de emulsii i spume. HPMC poate fi utilizat i pentru producerea unui film alimentar comestibil care mpiedic accesul oxigenului i a apei i este utilizat pentru protecia diferitelor tipuri de alune i a produselor zaharoase

Amidonul i derivaii si- Principala polizaharid de rezerv de natura vegetal care furnizeaz cca. 70-80% din aportul caloric al hranei consumate de oameni.Surse industriale de amidon : cereale (porumb, gru, orez) i tuberculi i rdacinoase (cartofi, tapioca, cartofi dulci).

Compozitie- amiloz, polizaharid linear format din uniti de D-glucopiranoz legate 1,4-, cu grad de polimerizare mediu ~ 1000.- amilopectin, polizaharid cu structur ramificat, format tot uniti de D- glucopiranozlegate 1,4-, dar care sunt ramificate prin legturi 1,6-, gradul de polimerizare al lanurilor fiind de 20-25Caracteristicile diferitelor tipuri de amidon izolate din surse vegetale

Etapele dizolvarii amidonului in apa1. Gelatinizarea - la nclzirea granulelor de amidon n exces de ap, se produce hidratarea i umflarea ireversibil a acestora pn la distrugerea cristalitelor din componen, fenomen care este acompaniat cu pierderea birefringenei i dispariia spectrului de difracie de raze X. Fiecrui tip de amidon i corespunde o anumit temperatur (sau interval) de gelatinizare- influenat de prezena unor aditivi alimentari : sulfatul de sodiu, zahrul, D-glucoza nhib gelatinizarea i cresctemperatura de gelatinizare deoarece intra n competiie pentru apa necesar procesului; nitratul de sodiu, hidroxidul de sodiu, ureea, micoreaz temperatura de gelatinizare, prin afectarea legturilor dehidrogen intermoleculare2. Formarea pastei este etapa ulterioar gelatinizrii care presupune umflarea granulelor, migrarea amilozei din granula de amidon n soluia nconjurtoare i n unele cazuri chiar distrugerea granulelor

3. Retrogradarea este fenomenul care are loc la rcire, asocierea lanurilor de polizaharid ntr-o structur ordonat cu formarea unor cristalite care determin rigidizarea structurii i formarea unui gel. Acest proces de cristalizare are loc rapid n cazul amilozei dar mai lent n cazul amilopectinei. Gelul format la rcirea pastei de amidon este o reea tridimensional de macromolecule de amiloz i lanuri secundare din structura amilozei care se ntreptrund i pe masur ce temperatura scade, i pierd mobilitatea i fixeaz moleculele de solvent.

Sortimente de amidon modificate prin tratamente fiziceAmidon pregelatinizat

suspensia de amidon n ap este nclzit la o temperatur mai mare dect temperatura de gelatinizare i apoi uscat prin trecerea printre dou valuri nclzite, ntr-un usctor rotativ sau prin pulverizare. se distruge structura granular a amidonului - scderea temperaturii de gelatinizare - solubil n ap rece. la uscarea prin pulverizare sau amidonul este dispersat nainte de uscare ntr-un amestec de alcool i ap, este posibil pstrarea structurii granulare cu formarea de amidon granular instant

Amidon extrudat

tratament termic i sfrmarea granulelor prin procedee mecanice. Produse obinute greu de standardizat i nu pot fi comparate cu cele obinute prinuscare.

Sortimente de amidon modificate chimicModificarea chimic a amidonului : hidroliz controlat, oxidare, reticularea lanurilor polimerice sau esterificarea sau eterificarea grupelor hidroxil, la grade de substituie foarte mici Amidonuri fluide- E 1401 - Hidroliza controlat amidonului n mediu acid, la o temperatur inferioar temperaturii de gelatinizare, - mare solubilitate, scderea vscozitii pastei la temperatur ridicat i capacitatea de a forma geluri i filme rezistente.Amidonul oxidat , fluid, E 1404Oxidarea amidonului cu hipoclorit de sodiu, ap oxigenat sau periodat de sodiu sortimente comerciale de amidon cu grad mare de albire. Agenii oxidani transforma grupele hidroxil n carbonil sau carboxil, producnd n acelai timp i o depolimerizare a lanurilor de polizaharidutilizat pentru stabilizarea coloidal a sistemelor dispersateAmidon reticulat- crearea de puni ntre lanurile de polizaharid, determin creterea gradului de organizare al acestoracontrolul texturii prin scderea capacitii de gonflare a granulelor, rezisten la temperatur, la atacul acizilor i la tratamente mecanice.

Amidon reticulatFosfat de diamidon - E 1412 Adipat de diamidon - E 1422

Amidonul reticulat este utilizat pentru alimente care sufer tratamente la temperaturi ridicate, deplasri mecanice (pompare, amestecare, omogenizare) sau care sunt acide, deoarece amidonul reticulat este mai puin sensibil la hidroliz dect cel nativ

Amidon esterificat si eterificatAmidon acetilat E 1420

1-Octenilsuccinilat de amidon, E 1450

Hidroxipropilamidon E 1440

Gelatinaderivat proteic obinut prin hidroliza colagenului din oriciul de porc i din oasele i pielea bovinelor.formeaza de geluri termoreversibile n mediu apos ;- creste vscozitatea soluiilor apoase calde ;- insolubilitatea n ap la rece i bun dizolvare la cald ;- formeaz filme higroscopice, clare, cu flexibilitate moderat.

Utilizri :

- agent de gelificare pentru deserturi, conserve de carne i pete ;- agent de emulsionare i stabilizare pentru ngheata pe baz de lapte ;- agent pentru limpezirea vinurilor, oetului i sucurilor datorit proprietii de a reaciona cu taninurile n prezena ionilor de fier, care conduce la compui insolubili, filtrabili.- agent de stabilizare pentru gum de mestecat, diverse umpluturi pentru produsele din ciocolat, alimente pentru copii i preparate dietetice.