Желатин по химической природе

3.1.6. Желатин

Желатин является практически единственным гелеобразователем бел­ковой природы, который широко используется в пищевой промышленнос­ти. Желатин — белковый продукт, представляющий смесь линейных полипептидов с различной молекулярной массой (50000 — 70000) и их агрегатов с молекулярной массой до 300000, не имеет вкуса и запаха. Аминокислотный состав желатина включает до 18 аминокислот, в том числе глицин (26 -31%), пролин (15 — 18%), гидроксипролин (13 — 15%), глутаминовую кислоту (11 — 12%), аспарагиновую кислоту (6 — 7%), аланин (8 — 11%) и аргинин (8 — 9%).

Электрокинетические свойства желатина в растворе, в том числе изоэлектрическая точка, определяются пятью электроактивными аминокис­лотами. В молекулах желатина основными функциональными группа­ми, несущими заряд, являются:

-СООН-группы аспарагиновой и глутаминовой кислот;

-NH₂ -группы лизина и гидроксилизина;

На их долю приходится более 95% всех ионизированных групп же­латина.

Желатин получают из коллагена, содержащегося в костях, хрящах и сухожилиях животных. Технологический процесс основан на кислотной или щелочной экстракции, в процессе которой нерастворимый колла­ген превращается в растворимый желатин, с последующим выделением продукта известными технологическими приемами, предусматриваюми его очистку, высушивание и стандартизацию. В коллагене 35% кис­лотных групп находится в амидированной форме, которая преобразует­ся в кислотную в процессе щелочной обработки. Поэтому изоэлектрическая точка желатина варьирует между 9,4 (для амидированной формы) и 4,8 (для карбоксильной формы).

Желатин растворяется в воде, молоке, растворах солей и сахара при температуре выше 40°С. Растворы желатина имеют низкую вязкость, ко­торая зависит от рН и минимальна в изоэлектрической точке. При охлаждении водного раствора желатина происходит повышение вязкос­ти с переходом в состояние геля. Это так называемый золь-гель-переход. Условиями образования геля являются достаточно высокая концентра­ция желатина и соответствующая температура, которая должна быть ниже точки затвердевания (примерно 30°С).

При охлаждении сегменты, богатые аминокислотами различных полипептидных цепей, принимают спиральную конфигурацию. Водород­ные связи с участием или без участия молекул воды стабилизируют обра­зовавшуюся структуру. Эти связи распределены по всей длине цепи, что объясняет уникальные свойства желатиновых гелей.

Наиболее интересным свойством желатина является образование термически обратимых гелей. В противоположность полисахаридам, гелеобразование желатина не зависит от рН и не требует присутствия других реагентов, как например, сахаров, солей или двухвалентных ка­тионов.

3.2. Эмульгаторы

В эту группу пищевых добавок входят ве­щества, которые, будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечи­вают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более несмешивающихся веществ.

Строго говоря, термины «эмульгатор» или «эмульгирующий агент» подразумевают химическое вещество, способное (при растворении или диспергировании в жидкости) образовывать и стабилизировать эмуль­сию, что достигается благодаря его способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяже­ние. Такая способность связана с поверхностно-активными свойствами, поэтому применительно к рассматриваемой группе пищевых добавок термины эмульгатор, эмульгирующий агент и поверхностно-активное вещество (ПАВ) могут рассматриваться как синонимы.

Хотя основными функциями эмульгаторов являются образование и поддержание в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз, таких как масло и вода, в других пищевых системах применение этих добавок может быть связано не столько с эмульгированием, сколь­ко с их взаимодействием с такими пищевыми ингредиентами, как бел­ки, крахмал и др.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натураль­ные вещества, в частности, камеди, сапонины, лецитин и др.

Некоторые из них сохранили свою популярность, однако наиболее широко в промышленности используются сегодня синтетические эмульгаторы или продукты химической модификации природных ве­ществ, промышленное производство которых начало развиваться в 20-е гг. XX в.

По химической природе молекулы классических эмульгаторов, явля­ющихся поверхностно-активными веществами, имеют дифильное стро­ение, то есть содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофоб­ные группы атомов, которые, будучи связанными с неполярным соеди­нительным звеном (основанием), отделены друг от друга и располагают­ся на противоположных концах молекулы. Первые (гидрофильные) обес­печивают растворимость в воде, вторые (гидрофобные) — в неполярных растворителях. Дифильное строение молекул эмуль­гаторов обусловливает их склонность к формированию ассоциатов в объемной фазе растворителя, называемых мицеллами.

В зависимости от особенностей строения молекулы эмульгатора, которые будут проявляться в соотношении между гидрофильными свойствами полярной группы и липофильными свойствами неполяр­ной части молекулы ПАВ, могут образовываться как классические мицеллы в воде, так и обращенные мицеллы в неполярных раствори­телях (маслах и жирах).

Источник

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019

Физико-химические свойства желатина и его использование в пищевой промышленности

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Желатин является природным биополимером. Как пищевая добавка имеет обозначение Е441. По существу, желатин – это производное самого распространённого в животном мире белка – коллагена, отвечающего за функционирование костей, связок, хрящей, кожных покровов.

Он имеет множество применений в пищевой отрасли, медицине, в косметическом и промышленном производстве.

Желатин чаще всего доступен в виде гранул или порошка иногда используют листовой желатин. Он легко плавиться при нагревании и затвердевает при охлаждении, в соединении с водой образуя гелеобразное вещество, которое применяется для сгущения различных пищевых продуктов. Характеристики и нормы пищевого желатина указаны в таблице 1.

Первое письменное упоминание о желатине относится к 1682 году, когда француз по имени Дени Папен впервые описал его свойства, а в 1898 году англичанин Чарльз Нокс изобрёл первый в мире гранулированный желатин, который стал широко распространённым по всему миру. В наши дни желатин производят путём щелочного или кислотного растворения побочных продуктов мясной или кожевенной промышленности до получения высушенного коллагена.

Существуют два вида желатина А и В, каждый вид желатина производится на отдельной производственной линии. Желатин типа А получают при обработке коллагена свиных шкур, кислотой. Желатин типа В получается из шкур крупного рогатого скота после их щелочной обработки. При этом, желирующие свойства обоих типов одинаковы.

желатин пищевой К-17, К-15, К-13,К-11,К-10
П-19, П-17,П-16, П-13, П-11, П-9, П-7
80,100,120,150,180,200,220,240 bloom

желатин технический Т-11, Т-9, Т-7, Т-4, Т-2,5

Физико-химические свойства желатина:

Хорошо растворим и обладает высокой влагоудерживающей способностью;

Прочность студня желатина пищевого качества определяется по Блуму (Bloom) или Валенту;

Подвержен гидролизу, который зависит от ряда факторов – присутствия кислот, щелочей, бактерий, ферментов, а также температуры;

Желатин проявляет амфотерные свойства. В кислой среде желатин несёт положительный заряд, а в щелочной – отрицательный;

При концентрации выше 0,8 % желатин при охлаждении осаждается из раствора. Температура осаждения обычно определяется по вязкости10%-ного раствора и соответствует температуре начала гелеобразования;

Совместим со многими гидроколлоидами, сахаром, кукурузным сиропом, крахмалом, глюкозой, основными пищевыми кислотами и ароматизаторами.

Определение динамической вязкости для пищевого желатина и расчёт его молярной массы

Вязкость растворов ВМС зависит от концентрации, что видно из уравнения Эйнштейна, справедливое для сильно разбавленных растворов:

где ,  – вязкость раствора и растворителя;

 – коэффициент, зависящий от формы частиц (для сферичес­ких частиц =2,5).

Часто для ВМС используется понятие удельной вязкости

_уд =( – _о) / _о . Экспериментально наблюдаемые концентрационные зависимости удельной вязкости растворов полимеров показывают, что их вяз­кость, как правило, не подчиняется закону Эйнштейна.

Для ВМС введено понятие приведенной вязкости, равной отно­шению удельной вязкости к концентрации раствора:

_прив = _уд / С . Для связи приведенной вязкости с концентрацией Хаггинс предложил следующее уравнение :

_уд / С = [  ] (1+ К’ [  ] C + К» [  ] 2 C 2 +…),

Это выражение является общим уравнением, связывающим вяз­кость раствора полимера с его концентрацией.

Характеристическая вязкость[] определяет гидродинамичес­кое сопротивление макромолекул потоку жидкости в предельно раз­бавленных растворах, когда полимерные молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга и практически не взаимодейс­твуют. Таким образом, характеристическая вязкость не зависит от концентрации и является постоянной величиной для данной систе­мы. Значение характеристической вязкости находят путем экстра­поляции величины  / C к нулевой концентрации раствора:

Постоянная К’ (вискозиметрическая константа Хаггинса) ха­рактеризует взаимодействие макромолекул с растворителем и позволяет оценить степень сродства между полимером и раствори­телем.

В настоящее время пользуются следующим наиболее общим уравнением, связывающим молекулярную массу полимера с вязкостью его разбавленного раствора (уравнение Марка–Гувинка)

где  – константа, характеризующая гибкость цепей макромолекул и

их формы в растворе (для сферических частиц =0,627).

Таким образом, концентрационная зависимость вязкости раст­воров полимеров дает ценную информацию о структурных особеннос­тях исследуемых систем, межмолекулярных взаимодействиях, позво­ляет оценить молекулярную массу полимера.

Для определения динамической вязкости проведём эксперимент, который включает в себя два этапа:

приготовление растворов с разной концентрацией из раствора полимера (желатина) с известной концентрацией (1%);

измерение времени истечения полученных растворов и эталонной жидкости с помощью вискозиметра.

Полученные экспериментальные данные и расчёты занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – экспериментальные данные и расчёты

Рассчитанные величины вязкости

τ_истеч в опытах

τ_истеч среднее

Применение желатина в пищевой промышленности

Желатин используется в пищевой промышленности для приготовления мороженного, желе, мармелада, заливных блюд, консервов, муссов, тортов, предотвращая свёртываемость кристаллов сахара. Желатин является бесценной добавкой к мясному рациону, так как содержит огромное количество белков необходимых для жизнедеятельности человеческого организма.

Список использованной литературы:

Электронный учебник физическая химия. Химическая термодинамика. Данилин В.Н., Шурай П.Е., Боровская Л.В.Краснодар, 2010.

Электронный учебно-методический комплекс дисциплины «Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплины» Учебное пособие. ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» Депозитарий электронных изданий. Москва 2010.

Исследование термодинамических свойств белково-полисахаридной системы методом дифференциальной сканирующей калориметрии.Бугаец Н.А., Тамова М.Ю., Боровская Л.В., Миронова О.П.Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2003. № 5-6 (276-277). С. 112-113.

Дифференциальная сканирующая калориметрия легкоплавких металлических систем.Боровская Л.В.Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук / Кубанский государственный технологический университет. Краснодар, 1998

Моделирование управления резервами качества на этапах жизненного цикла продукции малых инновационных предприятий. Никитин А.А., Боровский А.Б., Доценко С.П., Боровская Л.В.Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 2-1

Методы получения эмульсий и термодинамика их стабилизации. Никанов К.К.1, Боровская Л.В. Студенческий научный форум – 2018. X Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум»Москва, 15-20 февраля 2018 г.Издательство: ООО «Научно-издательский центр «Академия Естествознания».

Исследование студней на основе каррагинана и пектина методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Барашкина Е.В., Тамова М.Ю., Боровская Л.В., Миронова О.П известия высших учебных заведений. Пищевая технология .Издательство: Кубанский государственный технологический университет (Краснодар)

Обеспечение безопасности производства пищевой продукции методом принятия решений.Боровская Л.В.В сборнике: ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ ВЕСНА — 2016 Материалы 14-й Международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности. Ответственный редактор: И. П. Степанова. 2016. С. 257-259.

Источник