Dodatki hydrokoloidowe: Właściwości i zastosowanie dodatków hydrokoloidowych

Hydrokoloidy jako środki żelujące

Stosowanie hydrokoloidów w przemyśle mleczarskim może opierać się na wytwarzaniu mlecznych żeli, nadających płynnym układom konsystencję sieciową. Żele hydrokoloidowe można wytwarzać przy wysokich stężeniach polimeru lub przez modyfikację rozpuszczalnika (np. zmianę wartości pH lub siły jonowej). Na przykład dodanie wystarczającej ilości jonów potasu do płynnego roztworu kappa-karagenu sprawi, że otrzymamy żel. Żele są uważane za mechaniczne sztywne układy sieciowe, które fizycznie plasują się między stanem płynnym i stałym. Wykorzystywane do takich celów są polimery, które podczas rozprowadzania w postaci roztworu wodnego tworzą układ sieciowy poprzez kilka rodzajów wiązań: wodorowych, asocjacji hydrofobowej i wiązań poprzecznych, w których pośredniczą kationy. Dlatego żele hydrokoloidowe są zwykle uważane za „żele fizyczne”. Najczęściej stosowane do tworzenia żeli są np. kappa-karagen (κ-karagen), żelatyna i pektyny (tabela 2). 

Do otrzymywania żeli stosowane mogą być także hydrokoloidy nieżelujące. Dla przykładu, ani ksantan, ani galaktomannany nie tworzą żeli, gdy są stosowane pojedynczo. Ale razem tworzą żele z powodu synergistycznych interakcji. Mieszanina ksantanu i galaktomannanu jest jednym z najstarszych i najszerzej przebadanych synergistycznych układów żelujących. Warto nadmienić, że ksantan wykazuje dość spektakularne interakcje synergistyczne z innymi nieżelującymi polisacharydami z rodziny galaktomannanów, prowadząc do wzrostu lepkości oraz tworzenia żelu. Rozróżnienie między zwiększaniem lepkości i zdolnością do żelowania polega na stosunku mannozy do galaktozy w cząsteczce galaktomannanu. Mieszanki ksantanowo-guarowe wykazują synergistyczny wzrost lepkości układu, podobnie jak mieszanki o niskim stężeniu z mączką chleba świętojańskiego (<0,03%). Przy wyższych stężeniach z mączką chleba świętojańskiego powstają miękkie i elastyczne żele. W dodatku żel na bazie mieszanki ksantanu i mączki chleba świętojańskiego jest odwracalny termicznie i topi się w temperaturze z zakresu 55-60°C, podczas gdy układy mieszanin ksantanowo-guarowych można żelować w temperaturze pokojowej. Mieszaniny ksantanu i mączki chleba świętojańskiego wymagają podgrzania do temperatury 90-95°C. Oddziaływanie gumy ksantanowej z galaktomannanem jest zależne nie tylko od stosunku mieszaniny, ale również od wartości pH i obecności jonów. Zazwyczaj optymalne proporcje dla mieszanki ksantanu i gumy guar wynoszą 80:20, zaś dla mieszanki ksantanu i mączki chleba świętojańskiego – 50:50. Synergistyczne oddziaływanie ksantanu z galaktomannanami osiąga maksimum w wodzie dejonizowanej przy neutralnym pH i zmniejsza się przy wysokich stężeniach soli i niskim pH.

Dodatkowo środki nieżelujące (np. guma ksantanowa i guma guar) mogą być łączone ze środkami żelującymi (karagenina i mączka chleba świętojańskiego) w celu uzyskania zwiększonej lepkości lub lepszych właściwości żeli spożywczych (np. większej elastyczności żelu).

Wybór odpowiedniego hydrokoloidu lub mieszanki hydrokoloidów do zastosowania w konkretnym produkcie zależy od właściwości środka żelującego. Jak wspomniano, kombinacje stabilizatorów koloidalnych, takich jak alginian i karagen, osiągają wyższą skuteczność niż pojedynczy hydrokoloid. 

Podsumowanie

Wykorzystanie hydrokoloidów w przemyśle spożywczym ma już długą historię. Od ponad wieku są one używane jako główne składniki stabilizujące i żelujące oraz poprawiające konsystencję i teksturę. Wraz z postępem technologicznym przemysłu spożywczego obserwuje się także postęp w zastosowaniach hydrokoloidów. 

Jako ważny dodatek do żywności hydrokoloidy znajdują coraz większe zastosowanie do celów żywieniowych i dietetycznych. Dobrze poznane są już właściwości prebiotyczne (sprzyjające rozwojowi bifidobakterii i pałeczek mlekowych w jelitach) takich hydrokoloidów jak pektyny i pektynoligosacharydy, guma akacjowa, guma guar, inuliny i fruktooligosacharydy (FOS), laktosacharozy, oligosacharydy sojowe, palatynozy, izomaltooligosacharydy, glukooligosacharydy i ksylooligosacharydy. Nie należy zapominać, że takie hydrokoloidy są jednocześnie błonnikiem pokarmowym, bardzo często rozpuszczalnym w wodzie, a więc idealnym do redukowania poziomu cukru we krwi (poprzez zwolnienie absorpcji glukozy z przewodu pokarmowego zapobiega gwałtownym wahaniom poziomu cukru we krwi, co może być szczególnie korzystne dla osób z insulinoopornością lub cukrzycą) oraz poziomu cholesterolu we krwi (poprzez wiązanie cholesterolu i usuwanie go z organizmu, dzięki czemu może zmniejszyć ryzyko chorób serca), a jednocześnie zwiększającym uczucie sytości (może pomóc w kontrolowaniu wagi i unikaniu nadmiernego jedzenia). Warto nadmienić, że współczesne badania jednoznacznie dowodzą, że dieta bogata w błonnik może zapobiegać między innymi cukrzycy, chorobom serca, otyłości i nowotworom. Ponadto niektóre hydrokoloidy (np. β-glukany) są uważane za wpływające pozytywnie na układ odpornościowy.

Dla niektórych produktów spożywczych poszukuje się jadalnych powłok (np. jadalnych skórek dla serów podpuszczkowych dojrzewających czy powłok dla twarogów). Niektóre hydrokoloidy (celuloza, alginiany i karageny) już znajdują zastosowanie w takich aplikacjach. Dodatkowo od niedawna testowana technika 3D drukowania żywności drastycznie zmienia sposób postrzegania hydrokoloidów, bowiem wykorzystując wszechstronność wielu hydrokoloidów można tworzyć nowe produkty mleczarskie lub udoskonalać już produkowane.