Serwis www.forummleczarskie.pl wykorzystuje ciasteczka (ang. cookies) w celu gromadzenia informacji, które pozwalają lepiej adaptować stronę do potrzeb i preferencji Czytelników oraz budować statystyki dotyczące oglądalności. Cookies można wyłączyć w każdej chwili w ustawieniach przeglądarki internetowej. Brak takiej zmiany oznacza możliwość zapisu w pamięci urządzenia. Więcej informacji znajdą Państwo w Polityce prywatności. Zamknij

dr inż. Dorota Zaręba, dr hab. inż. Małgorzata Ziarno, Forum Mleczarskie Biznes 2/2013 (16)

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie,
Wydział Nauk o Żywności, Katedra Biotechnologii, Mikrobiologii i Oceny Żywności


Technologia: Glony w mleczarstwie

Glony (wodorosty, algi) są klasyfikowane według ich pigmentacji; od brązowej Phaeophyta, poprzez czerwoną Rhodophyta do zielonej Chlorophyta. Mają szerokie zastosowanie w żywności w produktach spożywczych jako hydrokoloidy, w kosmetykach, a także jako nawóz. Wodorosty mają istotne znaczenie ekologiczne, ponieważ dostarczają tlen do wód morskich oraz są głównym producentem w morskim łańcuchu pokarmowym, ponadto mogą być wykorzystywane w procesie biomonitoringu i bioremediacji zanieczyszczeń wody metalami ciężkimi. Glony to grupa organizmów bardzo zróżnicowanych stanowiących wciąż istotny problem taksonomiczny. Grupę tę wydziela się na podstawie znaczenia dla środowiska. Do grupy tej należą przedstawiciele trzech królestw: bakterii, protisty i roślin. Przedstawicielem bakterii (czyli organizmów prokariotycznych) są cyjanobakterie inaczej określane jako sinice, których przykładem wykorzystywanym w przemyśle spożywczym może być Spirulina. Do organizmów eukariotycznych z królestwa protisty zaliczamy brunatnice (Phaeophyta), zaś z królestwa roślin: zielenice (Chlorophyta) i krasnorosty (Rhodophyta).

Dotychczas w przemyśle spożywczym najczęściej wykorzystywanymi produktami pochodzącymi z glonów są trzy polimery węglowodanowe. Należą do nich: alginiany (kopolimer kwasu D-mannuronowego i L-guluronowego połączony wiązaniemβ-1-4-glikozydowym pozyskiwany z brunatnic Macrocystis pyrifera), agar mieszanina polisacharydów agarozy i agaropektyny pozyskiwany z czerwonych wodorostów (Rhodophyta) oraz karageniny pozyskiwane z czerwonych krasnorostów (Rhodophyta; polimer D-galaktozy i 3,6-anhydro-L-galaktozy).

Alginiany

Polisacharydem pozyskiwanym przede wszystkim z brunatnic Phaeophyceae (algi brązowe) jest kwas alginowy. W przemyśle spożywczym wykorzystywany w postaci soli nazywanych alginianami. Po raz pierwszy wykorzystał je brytyjski chemik E. C. Stanford w 1881 roku. Do dopuszczonych do stosowania hydrokoloidów z grupy alginianów należą: E 400 kwas alginowy, E 401 alginian sodu, E 402 alginian potasu, E 403 alginian amonu, E 404 alginian wapnia, E 405 alginian propylenowo-glikolowy. W Europie alginiany pozyskiwane są z brunatnic rodzajów: Ascophyllum i Laminara, w Ameryce z rodzaju Lessonia, w Afryce z rodzaju Ecklonia, zaś w Australii z rodzaju Durvillaea. Alginiany są także pozyskiwane biotechnologicznie z wykorzystaniem bakterii z gatunków Azotobacter vinelandii, Pseudomonas aeruginosa i Pseudomonas fluorescens, dzięki czemu został także poznany mechanizm biosyntezy alginianów, który jest zależny od aktywności epimerazy mannuronowej. Enzym ten zaczęto wykorzystywać także do enzymatycznych modyfikacji alginianów, wpływając na ich zdolność do żelowania poprzez zwiększenie liczby merów glukuronowych w łańcuchu kopolimerowym. Alginiany znalazły zastosowanie w produkcji włókien alginianowych, które stanowią podstawę produkcji nowoczesnych materiałów opatrunkowych, a także inżynierii tkankowej.

Alginiany pozyskiwane są poprzez ekstrakcję kwasu alginowego w roztworach zasadowych z brunatnic. Kwas alginowy składa się z reszt kwasuβ-D-mannuronowego (M) iα-L-guluronowego (G) połączonymi wiązaniemβ-1,4-glikozydowym. Stosunek udziału M i G oraz ich rozmieszczenie w łańcuchu kopolimerowym stanowi o ich charakterze żelowania. Na przykład alginiany pozyskane z Laminaria hyperborea charakteryzują się dużym zagęszczeniem fragmentów guluronowych (G) w przeciwieństwie do alginianów pozyskanych z Acophyllum nodosum lub Laminaria japonica.

Ponieważ warunkiem utworzenia żelu alginowego jest obecność kationów wapniowych lub innych o podobnej wielkości (Ba+2, Sr+2), które wbudowują się w przestrzeń pomiędzy sąsiadującymi łańcuchami w blokach utworzonych przez kwasα-L-guluronowy (G), to warunkiem mocy i struktury żelu jest liczba fragmentów G i obecność jonów (np. wapniowych). Jon wapniowy tworzy wiązanie pomiędzy łańcuchami, między grupą karboksylową i elektroujemnym atomem tlenu grupy hydroksylowej, we fragmentach homopolimerowych utworzonych z kwasuα-L-guluronowego. Utworzone w ten sposób sieciowanie jest opisywane w literaturze jako model „eggs-box”, przypominające opakowanie do jajek. Dlatego, w zależności od potrzeb strukturotwórczych, dobiera się odpowiednie kopolimery alginowe (o odpowiednim zagęszczeniu fragmentów G) warunkujące moc i charakter żelu. Niska zawartość fragmentów G daje bardziej elastyczne struktury alginianowe. Sole kwasów alginianowych są rozpuszczalne w wodzie i roztworach wodnych o pH zbliżonym do obojętnego, a ich rozpuszczalność zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury wody. Zmniejszanie wartości pH roztworów zmniejsza zapotrzebowanie na jony wapnia. Na przykład, w roztworach o pH < 3,0 alginiany żelują bez obecności jonów wapnia, dlatego w tych warunkach zaleca się kompleksowanie jonów wapniowych za pomocą cytrynianów. Żele alginianowe charakteryzują się dużą lepkością, która jest proporcjonalna do udziału soli wapniowych i stabilnością w wysokiej temperaturze (1% zol charakteryzuje się lepkością o wartości 4000--6500 mPa*s).

W produktach mlecznych preparaty alginianowe najczęściej są stosowana w stężeniu 0,05-0,1%, zaś w dżemach do 1,5%. Znalazły szerokie zastosowanie jako substancje zagęszczające, stabilizujące i żelujące. Uwzględniając znaczenie jonów wapniowych w zwiększaniu lepkości struktur alginianowych, sensowne jest stosowanie tych preparatów w otrzymywaniu produktów mlecznych takich jak desery mleczne, serki typu „cottage” lub lody, celem zwiększenia ich lepkości i puszystości.

Dodatkowo, warto podkreślić, że dane literaturowe donoszą o aktywności biologicznej oligosacharydów alginianowych, która opiera się na stymulacji wzrostu komórek śródbłonka i wydzielania cytotoksycznych cytokin z makrofagów człowieka. Dlatego prowadzone są badania nad funkcjonalnymi aspektami oligosacharydów alginianowych, które otrzymuje się w efekcie aktywności liazy alginianowej.

Agar

Agar (agar-agar, E-406) jest mieszaniną polisacharydów pozyskiwanych z czerwonych krasnorostów z klasy Rhodophyta, przede wszystkim z rodzin Gelidiaceae i Gracilariaceae. Najbardziej wydajnymi producentami polisacharydów agarowych są gatunki z rodzaju Gracilaria, jak na przykład Gracilaria dura i Gracilaria gracilis.

Agar składa się z dwóch podstawowych składników agarozy i agaropektyny. Agaroza jest neutralnym liniowym polisacharydem z powtarzającymi się jednostkami agarobiozy, która jest disacharydem zbudowanym z D-galaktozy i 3,6-anhydro-L-galaktozy. Druga składowa agaru, agaropektyna, charakteryzująca się kwaśnym odczynem, jest polisacharydem agarobiozy wzbogaconym w reszty siarczanowe, estry kwasu pirogronowego i kwasu D-glukuronowego. Rodzaj i liczba grup podstawników łańcucha polisacharydowego zależą od gatunku krasnorostów, warunków środowiskowych, czynników fizjologicznych oraz metody ekstrakcji, które wpływają na charakter tworzonego żelu i w konsekwencji na jego właściwości. W produkcji preparatów agarowych stosowane są zabiegi alkalizacji przed ekstrakcją agaru celem redukcji grup siarczanowych, w efekcie czego otrzymuje się preparaty tworzące mocniejsze żele. Właściwości fizyczne agaru, wytrzymałość i temperatura żelowania oraz właściwości chemiczne określają wartość handlową preparatów hydrokoloidów agarowych.

Agar jest powszechnie stosowany jako środek żelujący w przetworzonych produktach żywnościowych, kosmetykach, produktach farmaceutycznych, a także w medycynie i biotechnologii. Powstawanie żelu agarowego polega na losowym tworzeniu dwuniciowych łańcuchów helikalnych o strukturze III rzędowej, które rozgałęziają się tworząc sieć. Agar rozpuszcza się w gorącej wodzie, w temperaturze powyżej 90oC, najefektywniej w środowisku o pH 8-9. Cechą tak powstałego żelu jest jego odwracalność pod wpływem wysokiej temperatury. W temperaturze poniżej 40oC żel zestala się, zaś w temperaturze powyżej 85oC – upłynnia się. Moc żelu zależy od stężenia preparatu agarowego i jest do niego wprost proporcjonalna. Hydrokoloidy agarowe tworzą bardzo mocne, kruche i termicznie odwracalne żele. W produkcji żywności preparaty agarowe są stosowane najczęściej w dawkach 0,1-2,0%, które są dokładnie wyznaczane w zależności od matrycy i jej składowych. Obecność cukru w produkcie wpływa na twardość powstałego żelu oraz zmniejsza jego hydrolizę. Stwierdzono większą efektywność w tym zakresie sacharozy w porównaniu do glukozy. Agar znajduje powszechne zastosowanie w stabilizacji produktów mlecznych takich jak twarożki termizowane, mleczne napoje fermentowane, śmietanka UHT, a także w produkcji deserów mlecznych lub wyrobów cukierniczych.

copyright
Nathusius Investments Sp. z o.o © 2008-2019
02-920 Warszawa
ul. Powsińska 23/6
tel: 22 642 43 12, fax: 22 642 36 25