Fortykningsmidler har funktioner som fortykkelse, gelering, emulgering og stabilisering osv., hvilket kan forbedre fødevarernes kvalitet og udseende og give en rig smag af fødevarer. Fortykningsmidler fås fra en lang række kilder og tilsættes i lave niveauer og er blevet vigtige fødevaretilsætningsstoffer i fødevarer som kød, mejeriprodukter og pastaprodukter.

Fortykningsmidlers virkningsmekanisme

Fortykningsmidler har evnen til at ændre reologien i et fødevaresystem, dvs. den flowkarakteristiske viskositet og den mekaniske faststofkarakteristiske tekstur. Undersøgelser har bekræftet, at ændringer i fødevaresystemers tekstur eller viskositet bidrager til ændringer i deres sensoriske egenskaber. Generelt har fortykningsmidler en tendens til at danne en netformet struktur i opløsning eller kolloider med flere hydrofile grupper, som er heterogene grupper af langkædede polymerer (polysaccharider og proteiner), hvilket forbedrer fødevarens viskositet og tekstur. De vigtigste egenskaber ved fortykningsmidler er fortykkelse, gelering, emulgering, stabilisering og kontrol af krystalvækst af is og sukker, blandt andre effekter.

1.1 Fortykningsproces
Fortykningsprocessen involverer den strukturerede gelering af uspecifik sammenfiltring af konformt uordnede kæder. Viskositeten af polysaccharid-dispersioner kommer hovedsageligt fra den fysiske sammenfiltring af konformt uordnede tilfældige krøller. I dispersioner med lav koncentration kan de enkelte molekyler i fortykningsmidlet bevæge sig frit rundt og udviser ingen fortykningseffekt. I systemer med høj koncentration begynder disse molekyler at komme i kontakt med hinanden, og derfor er molekylernes bevægelse begrænset.

Fortykkelsesgraden varierer med typen af fortykningsmiddel, f.eks. giver det lav viskositet ved høje koncentrationer og høj viskositet ved koncentrationer under 1%. De almindelige fortykningsmidler er stivelse, xanthangummi, guargummi, akaciegummi, carrageenan, arabisk gummi og cellulosederivater.

1.2 Gel-processen
1.2.1 Dannelse af gel
Gel er en form for stof mellem fast og flydende og viser mekanisk stivhed, så fødevaren har viskoelasticitet og viser egenskaberne ved væske og fast stof. Gelens teksturelle egenskaber (elastisk eller skør, sej eller cremet) varierer afhængigt af typen af fortykningsmiddel, og fødevarens sensoriske egenskaber (opacitet, mundfornemmelse eller smag) vil variere tilsvarende.

Viden om geleringsbetingelserne for en bestemt fortykkelsesmiddeldispersion, egenskaberne ved den resulterende gel og den tekstur, den giver, er et meget vigtigt aspekt ved udformningen af en bestemt fødevareformulering. Geldannelse involverer sammenføjning af uregelmæssigt spredte polymerkædesegmenter i dispersionen for at danne et tredimensionelt netværk, der indeholder opløsningsmiddel i hulrummene. To eller flere polymerkæder kan danne forbundne områder, der er kendt som krydsningszoner. Geleringsprocessen er hovedsageligt dannelsen af disse forbindelseszoner.

Det fysiske arrangement af disse forbindelseszoner i netværket kan påvirkes af forskellige parametre såsom temperatur, tilstedeværelsen af ioner og fortykningsmidlets iboende struktur. Der er tre mekanismer for gelering af fortykningsmidler, dvs. ionisk gelering, koldsættende gelering og termoformende gelering. Ionisk gelering sker gennem tværbinding af fortykningsmiddelkæder med ioner, normalt en geleringsproces medieret af negativt ladede polysaccharidkationer, såsom alginat, carrageenan og pektin, og ionisk gelering ved diffusionssætning eller intern gelering.

I koldhærdende geler opløses kolloide pulvere i varmt kogende vand for at danne en dispersion, som, når den afkøles, fører til entalpistabiliserede helixer mellem kæderne for at danne individuelle kædesegmenter, hvilket resulterer i et tredimensionelt netværk, som f.eks. agar og gelatine. Varmehærdende geler kræver opvarmning af gelen, normalt kun der, hvor fødevaren skal varmehærdes. Varmehærdningsmekanismen opstår gennem udfoldning af naturlige stivelsesproteiner og deres efterfølgende omorganisering til netværk.

1.2.2 Associeringszonernes rolle i geler
Bindingszoner spiller en vigtig rolle i geleringsprocessen for fortykningsmidler og påvirker gelens egenskaber og funktion. I gelatine dannes bindingszonen af tre molekyler gennem hydrogenbinding. I carrageenan danner seks til ti molekyler bindingsområdet, mens kun to molekyler er involveret i type I-carrageenan. Jo højere antallet af molekyler i bindingsregionen er, jo højere er gelens stivhed. Det betyder, at den multimolekylære bindingsregion i carrageenan af K-typen er stiv og ikke så let kan rekonstrueres, når den forstyrres af forskydning, mens carrageenangeler af I-typen har en mere fleksibel struktur og er mindre følsomme over for forskydning. Bindingsområdet i carrageenan og alginat består af to molekyler, men carrageenangeler kan modstå mere deformation før brud end alginat, som har næsten samme styrke.

Gelernes termiske opførsel er også forskellig afhængigt af associationsområdet. Gelatine smelter ved lavere temperaturer, fordi bindingsregionerne kun er bundet af svage hydrogenbindinger. Opløsningsmidlets kvalitet er også en vigtig faktor. Hydrogenbindinger i pektingeler med højt methoxylindhold kan kun dannes ved tilsætning af sukker, som reducerer vandaktiviteten tilstrækkeligt.

1.2.3 Andre faktorer, der påvirker geldannelsen
Forskellige faktorer, der påvirker dannelsen af geler fra fortykningsmidler, omfatter koncentrationen af geleringsmidlet, mediets pH, molarmasse, polymerisationsgrad, temperatur, ionisk sammensætning og opløst stof. Ud over at identificere de faktorer, der påvirker geldannelse fra fortykningsmidler, skal de geler, der dannes af dem, karakteriseres, ofte med mikrostrukturel og reologisk karakterisering, som kan hjælpe med at tilsætte fortykningsmidler som geleringsmidler. For eksempel er effekten af tilsætning af saccharose og aspartam på komprimeringsegenskaberne af fortykkelsesgeler, dvs. carrageenan af K-typen, knudekølet gel og carrageenan af K-typen med akaciegummi, blevet undersøgt; tilsætning af saccharose resulterede i en stigning i den sande brudspænding for alle disse geler. Tilsætning af aspartam i lave koncentrationer påvirkede dog ikke de teksturelle kompressionsparametre.

Derudover er de vigtigste faktorer for gelens sødme relateret til gelens mekaniske egenskaber (gelstyrke, brudspænding, brudstamme osv.), og især til den mængde deformation, der kræves for at bryde netværket, og dets modstandsdygtighed over for deformation. Derudover er co-solubilisatorer som saccharose, koncentrationen af hydrolyserede kolloider, shear rate og temperatur også vigtige variabler, der påvirker gelens reologiske tilstand.

Anvendelse af fortykningsmidler i fødevarer

2.1 Anvendelse i geléproduktion
Fødevarefortykningsmidler bruges ofte i produktion og forarbejdning af gelé to eller flere synergistiske effekter for at opnå den bedste effekt, der kræves af geléen. Gellangummi er en slags ekstracellulær lineær polysaccharid, der syntetiseres og udskilles af Pseudomonas aeruginosa i processen med ren fermentering af kulhydrater. Gellangummi bruges i kombination med xanthangummi til at fremstille spiseklare dessertgeler på grund af sin gode klarhed og tilstrækkelige termiske stabilitet. Deacyleret gellangummi bruges til at forbedre fugtretention, smagsafgivelse og opbevaringsstabilitet i buddinger og til at reducere dehydreringskrympning.

Metalkationer spiller en vigtig rolle i dannelsen af gellangummigeler. Kationerne er ved hjælp af stedspecifik binding gavnlige for dannelsen af "koblingszonen" på grund af deres direkte forbindelse til carboxylgrupperne på polysaccharidmolekylerne, hvilket reducerer den elektrostatiske frastødning mellem dobbelthelixkæderne.

Carrageenan er et naturligt algepolysaccharid, et hydrofilt lineært ikke-homogent polysaccharid med sulfatgrupper, der består af 1,4-beta-D-galactopyranose og 1,3-alpha-D-galactopyranose som den grundlæggende rygradskobling, som kan udvindes fra rødalgernes cellevæg. Når carrageenan opvarmes og derefter langsomt afkøles, ændres molekylernes form gradvist fra den oprindelige krøllede form til en helix, og til sidst fra en enkelt helix til en dobbelt helix, hvor der dannes en tredimensionel netstruktur.

Når carrageenan er i lavere koncentration, kan det danne varmereversibel gel, og på dette tidspunkt har carrageenan bedre gennemsigtighed, hvilket kan forbedre geléens udseende. Carrageenan er det mest almindelige fortykningsmiddel i produktionen af gelé og er blevet brugt i fødevareformuleringer i synergi med andre fortykningsmidler. Når carrageenan blandes med akaciegummi, gelatine, xanthangummi og arabisk gummi, kan gelestyrken og elasticiteten forbedres betydeligt.

2.2 Anvendelse i yoghurt
Fortykningsmidler kan forbedre yoghurtens konsistens, stabilisere yoghurtens egenskaber, forhindre valleudfældning og effektivt forbedre yoghurtprodukternes tekstur og smag. Når propylenglycolalginat og modificeret stivelse bruges som fortykningsmiddel på samme tid, kan de spille en god synergistisk effekt, og den optimale tilsætningsmængde af de to fortykningsmidler er 0,15% (W/W) for propylenglycolalginat og 1,20% for modificeret stivelse.

I forbindelse med yoghurtproduktion kan tilsætning af 0,2% propylenglycolalginat øge produktets vandretentionskapacitet med 10,9%, hvilket effektivt forhindrer valleudfældning. Når 0,2% propylenglycolalginat (W/W), 0,3% natriumcarboxymethylcellulose, 0,1% højesterpektin, 0,015% (W/W) saccharoseester tilsættes efter blanding, når produktionsprocessen for surmælksdrikke, er produktets stabilitet og smag på dette tidspunkt den bedste.

Polydextrose er et godt præbiotikum, der i tarmfermenteringen kan gøre tarmens pH-værdi fra 7,24 til 6,44, hvilket er befordrende for vækst og spredning af probiotika som mælkesyrebakterier og bifidobakterier. Under yoghurtproduktion kan polydextrose forbedre produktets indhold af kostfibre og smag, fordi det forbliver stabilt ved lav pH-værdi. I fedtfattige eller fedtfri produkter kan det effektivt forhindre, at vand analyseres ud, og øge dets vandbindingskapacitet, hvilket effektivt kan forbedre produktets tekstur og smag.

Undersøgelser har vist, at når polydextrose tilsættes på et niveau af 1% (W/W) i yoghurtprodukter, kan det opnå forbedret produktviskositet og sødme og gøre produktets smag rigere. Polydextrose kan forbedre vitaliteten af andre bakteriestammer i yoghurt og effektivt forlænge yoghurtens holdbarhed.

Når polydextrose tilsættes ved 3% (W/W) i yoghurtprodukter, letter det fermenteringen af yoghurt, forbedrer aktiviteten af mælkesyrebakterier, reducerer udfældningen af valle og spiller en nøglerolle i produktets organisation og morfologi, og denne mængde tilsætning opnår den bedste curdlingeffekt, og produktets surhed og sødme er moderat. Når 4% (W/W) polydextrose blev tilsat til yoghurt, havde produktet en delikat smag, moderat sødme, signifikant reduceret valleudfældning, god stabilitet, og polydextrose bevarede produktets smag godt og forlængede holdbarheden.

2.3 Anvendelse i læskedrikke
Natriumcarboxymethylcellulose er det mest almindelige fortykningsmiddel i sure drikkevarer, og på grund af dets opløselighed i vand kan det danne en opløsning med høj viskositet i vand. Natriumcarboxymethylcellulose bruges oftest i komælk på grund af dets syrebestandige egenskaber. Natriumcarboxymethylcellulose forhindrer effektivt udfældning af kasein og forlænger holdbarheden af mejeriprodukter. Natriumcarboxymethylcellulose kan også forbedre suspensionsstabiliteten af frugt- og grøntsagsdrikke, forhindre fænomenet udfældning og effektivt opretholde produktets stabilitet og dets udseende.

Xanthangummi har den højeste viskositet blandt naturlige gummier og er opløseligt i koldt vand og bruges i vid udstrækning til fremstilling af læskedrikke. Vandige opløsninger af xanthangummi har et typisk pseudoplastisk flow, hvor viskositeten falder, når der er forskydning til stede, og stiger igen, når der ikke er forskydning. De fleste tyggegummier er ikke stabile i et bredt temperaturområde, men xanthangummis viskositet ændrer sig i meget mindre grad end andre tyggegummiers. Xanthangummi har også meget god saltresistens, opvarmning påvirkes ikke af salt og udfældning.

Xanthangummi er også velegnet til drikkevarer af pulp-typen og proteindrikke og kan forbedre opslæmningen af kasein og andre aktive ingredienser. Pseudoplasticiteten af xanthangummi forbedrer konsistensen af drikkevarer, hvilket resulterer i en tykkere smag uden en klæbrig følelse. Derudover har xanthangummi også god kompatibilitet, når det bruges sammen med andre fortykningsmidler på samme tid, vil det have en synergistisk effekt.

Indtil nu er anvendelsen af fortykningsmidler i fødevarer i Kina ikke perfekt, forbindelsen til produktionsteknologi er svag, og forskning og udvikling af fortykningsmidler er stadig i den primære fase. Med den stigende levestandard forbedrer forbrugerne gradvist smagen, teksturen, udseendet og andre krav til fødevarer, og den fremtidige anvendelse af fortykningsmidler i fødevareforarbejdning har et bredt rum for udvikling og udsigter.