Серед харчових продуктів важливе місце займають емульсії типу жир у воді. Найважливішими стабілізаторами таких емульсій є білки, емульсійний властивості яких багато в чому визначають властивості кінцевого продукту.
Механізм роботи
Емульсійні властивості білків визначаються, в першу чергу, тим, що вони є поверхнево–активними речовинами (ПАР), характеризуються певним співвідношенням полярної (гідрофільної) і неполярної (гідрофобної) частин молекул, в результаті чого здатні знижувати поверхневий натяг на кордоні фаз вода/жир. Поверхнева активність високомолекулярних емульгаторів, в першу чергу, визначається особливостями їх просторової структури, кількісним вмістом, розташуванням і доступністю полярних і неполярних угруповань і центрів в молекулі. Знаходячись в системі жир/вода, білок на кордоні розділу фаз за рахунок броунівського руху розкривається таким чином, що неполярні групи амінокислот спрямовані у масляну фазу, а полярні – у водну, де відбувається їх взаємодія. Але так як активні центри розташовуються в молекулі білка хаотично, то, в залежності від послідовності амінокислот, у водну і масляну фази виявляються занурені фрагменти амінокислотного ланцюга у вигляді «хвостів» або «петель». При подальшій адсорбції молекули білка взаємодіють не тільки з водою і масляною фазою, а й між собою, що призводить до утворення міцного гелеподібного шару.
Орієнтація гідрофільних груп білка до води, а гідрофобних – до олії на межі розділу фаз у вигляді міцного адсорбційного шару знижує поверхневий натяг в дисперсних системах і робить їх агрегативно стійкими і, водночас, в’язкими.
Крім кількісного співвідношення гідрофобних і гідрофільних груп, на емульсійні властивості білка впливають:
- концентрація білка в системі;
- ступінь розчинності і денатурації;
- величина рН;
- іонна сила;
- ступінь диспергування частинок;
- температура середовища.
Розділення ПАР за емульсійною здатністю
Найкращою емульсійною здатністю володіють довголанцюгові ПАР (С10 – С20), що мають виражені гідрофобні властивості і здатність розподілятися в масляній фазі. ПАР з довжиною ланцюга С3 – С9, за рахунок переважної гідрофільності в основному розподіляються у водній фазі. Відмінності емульсійної здатності різних видів м’ясної сировини, головним чином, обумовлені відмінностями як у вмісті загального білка, так і часткою солерозчинник міофібрилярних білків в його складі.
Встановлено, що за рівнем емульсійної здатності білки м’яса різних тварин можна розподілити наступним чином: м’ясо буйволів> яловичина> баранина> свинина>м’ясо курчат. Відомі також значення індексів емульсійної здатності різних видів білків (мг жиру/1 г білка): альбуміни крові – 140 – 150, овоальбумін яйця – 24, міозин – 43, соєві білкові ізоляти–42, желатин–40–46, казеїн–58, концентрат білків молочної сироватки – 87. Однак ці дані характеризують властивості ізольованих білків при рН 7,4, що не збігається з реальним технологічним становищем, яке передбачає використання конкретних видів сировини і інших умов середовища. Є відомості про відносний рівень емульсійної здатності деяких промислово вироблених препаратів при технологічно прийнятних умовах рН: глобін крові–1,0; казеїн– 2,0; лізоцим–10,0; желатин –0,5; альбумін сироватки – 0,5.
Особливості технології емульсійних м’ясопродуктів
Вважається, що ідеальний рецептурний склад ковбаси емульсійного типу повинен включати 40–45% нежирного м’яса, 30% свинини жирної або бокового шпику, 25–30% водо–крижаної суміші, що за хімічним складом відповідає 10–12% загального білка (включаючи 2,0–2,5% колагену), 20–25% жиру і 60–70% води. У реальних умовах кількісний вміст білка, жиру і води в складі м’ясних емульсій варіює, відповідно: 8–22%, 12–35% і 50–76%. Знижений вміст м’язових білківпризводить до зниження ВЗЗ, небезпека утворення жирового набряку, рихлості. Збільшення частки (понад 20–25%) сполучно–тканинних білків (колагену), незважаючи на виростання ВУЗ, супроводжується ризиком появи желе під оболонкою, наявністю сухої, в’язкої, резино–подібної консистенції. При низькому (менше 15%) кількості жиру утворюється желе і набряк так само, як і при надлишку введеної при куттерованні води. Перевищення рівня 25–30% за вмістом жиру при масовій частці білка 8–11% може знизити величину ВЗЗ, привести до утворення жирового набряку, викликати втрату емульсійної стабільності. Розраховано, що 1 масова частина білка в охолодженій м’ясній сировині, що має нормальні значення рН, здатна максимально пов’язати від 1,2 до 2 частин жиру в присутності 3–5 частин води. Гарантованими вважають співвідношення «білок: жир: вода», рівні 1: (0,8–1,5) 🙁 3–5). Стійкість емульсій залежить від ступеня твердості жирів (козячий> яловичий> баранячий>свинячий> пташиний> кістковий) і температури плавлення і застигання, які в залежності від виду тварин і птиці можуть перебувати в діапазоні від 17,2 до 55°C.
Сучасні методи підвищення емульсійної здатності білків
При дефіциті м’язових білків в рецептурі в сучасних умовах досить часто застосовують білковмісні препарати або спеціальні композиції з високими емульгуючими властивостями. Зокрема, білкові препарати рослинного походження забезпечують отримання стійких систем при співвідношеннях «препарат: жир: вода» від 1: 4: 4 до 1: 7: 7; препарати тваринного походження–від 1:10:10 до 1:15:15; суміші білкових препаратів і гідроколоїдів – від 1:10:10 до 1: 12: 12; суміші комерційних емульгаторів (моно– і дигліцериди, ефіри жирних кислот) і гідроколоїдів (карагенан, гуарова камедь, ксантан, КМЦ) – від 1:10:10 до 1:25:25. Проблема сталого зв’язування жирової фази в м’ясних системах є досить складною, тому що одночасно з наявністю емульсійних властивостей багато видів основної сировини, інгредієнтів та харчових добавок здатні виявляти жиро утримуючу здатність за рахунок сорбції ліпідів в капілярно-пористих структурах або шляхом іммобілізації крапель жиру в осередках структурного гельногоматриксу.
Беручи до уваги, що більшість м’ясних систем і, зокрема, емульсії, є термодинамічно не стійкими, в сучасних рецептурах ковбас поряд з емульгаторами досить часто вводять стабілізатори. Основна відмінність емульгаторів від стабілізаторів полягає в тому, що останні мають знижену поверхневу активність, обумовлену специфікою будови молекул. У молекулах стабілізатора гідрофільні групи, як правило, рівномірно розподіляються по всій довжині молекули і змінюють характер її поведінки на кордоні розділу фаз. По своїй поведінці в харчових системах стабілізатори займають проміжне положення між емульгаторами та загущувачами, при цьому ефект стабілізації може бути досягнутий як за рахунок адсорбції їх молекул на міжфазних межах, утворених частками дисперсної фази і дисперсійного середовища, так і за рахунок підвищення в’язкості дисперсного середовища, що містить частинки дисперсної фази.
Як стабілізатори використовують нативні крохмалі, метилцеллюлозу, карагенан, які безпосередньо не беруть участь в гідрофобному зв’язуванні жиру, але підвищують стабільність емульсії шляхом збільшення в’язкості середовища, зв’язування води, утворення структурованих шарів (структурно механічного бар’єру).
