A sűrítőanyagok sűrítő, zselésítő, emulgeáló és stabilizáló stb. funkciókkal rendelkeznek, amelyek javíthatják az élelmiszerek minőségét és megjelenését, és gazdag ízt biztosíthatnak az élelmiszeripari termékeknek. A sűrítőanyagok sokféle forrásból állnak rendelkezésre, és alacsony mennyiségben adják őket, és fontos élelmiszer-adalékanyagokká váltak az olyan élelmiszerekben, mint a hús-, tej- és tésztatermékek.

A sűrítőanyagok hatásmechanizmusa

A sűrítőanyagok képesek megváltoztatni az élelmiszerrendszer reológiáját, azaz az áramlásra jellemző viszkozitást és a szilárdságra jellemző mechanikai textúrát. Tanulmányok megerősítették, hogy az élelmiszerrendszerek textúrájának vagy viszkozitásának változása hozzájárul az érzékszervi tulajdonságok változásához. Általában a sűrítőanyagok hajlamosak arra, hogy oldatban vagy kolloidokban több hidrofil csoporttal, azaz hosszú láncú polimerek (poliszacharidok és fehérjék) heterogén csoportjaival hálózatos szerkezetet képezzenek, ezáltal javítva az élelmiszer viszkozitását és textúráját. A sűrítőanyagok fő tulajdonságai többek között a sűrítés, a zselésítés, az emulgeálás, a stabilizálás, valamint a jég és a cukor kristálynövekedésének szabályozása.

1.1 Sűrítési folyamat
A sűrűsödési folyamat a konformációsan rendezetlen láncok nem-specifikus összefonódásának strukturált gélesedését foglalja magában. A poliszacharid-diszperziók viszkozitása főként a konformációsan rendezetlen véletlenszerű fürtök fizikai összefonódásából származik. Az alacsony koncentrációjú diszperziókban a sűrítőanyag egyes molekulái szabadon mozoghatnak, és nem mutatnak sűrítő hatást. Nagy koncentrációjú rendszerekben ezek a molekulák kezdenek egymással érintkezni, és ezért a molekulák mozgása korlátozott.

A sűrítés mértéke a sűrítőanyag típusától függően változik, pl. magas koncentrációban alacsony viszkozitást ad, 1% alatti koncentrációban pedig magas viszkozitást. A leggyakoribb sűrítőanyagok a keményítő, a xantángumi, a guargumi, az akácbabgumi, a karragén, az arabgumi és a cellulózszármazékok.

1.2 Gél eljárás
1.2.1 Gélképződés
A gél a szilárd és a folyékony anyag közötti anyagforma, és mechanikai merevséget mutat, így az élelmiszer viszkoelasztikus, a folyadék és a szilárd jellemzőit mutatja. A gél texturális tulajdonságai (rugalmas vagy törékeny, rágós vagy krémes) a sűrítőanyag típusától függően változnak, és az élelmiszer érzékszervi tulajdonságai (fedőképesség, szájérzet vagy íz) ennek megfelelően változnak.

Egy adott sűrítőanyag-diszperzió zselésedési körülményeinek, a keletkező gél jellemzőinek és az általa kölcsönzött textúrának az ismerete nagyon fontos szempont egy adott élelmiszer-formuláció megtervezésénél. A gélképződés során a diszperzióban szabálytalanul eloszló polimerlánc-szegmensek háromdimenziós hálózatot alkotnak, amely az üregekben oldószert tartalmaz. A kapcsolódási zónáknak nevezett kapcsolódó régiók két vagy több polimerláncból alakulhatnak ki. A gélesedési folyamat lényegében ezen csomóponti zónák kialakulása.

Ezeknek a kapcsolódási zónáknak a hálózatban való fizikai elrendeződését különböző paraméterek, például a hőmérséklet, az ionok jelenléte és a sűrítőanyag inherens szerkezete befolyásolhatja. A sűrítőanyagok gélesedésének három mechanizmusa van, az ionos gélesedés, a hidegen megdermedő gélesedés és a termikus gélesedés. Az ionos gélesedés a sűrítőszerláncok ionokkal való keresztkötése révén történik, általában negatív töltésű poliszacharid kationok, például alginát, karragén és pektin által közvetített gélesedési folyamat, az ionos gélesedés pedig diffúziós megkötéssel vagy belső gélesedéssel.

A hidegen szilárduló gélekben a kolloid porokat meleg, forrásban lévő vízben oldják fel, hogy diszperziót képezzenek, amely lehűléskor entalpiastabilizált láncközi hélixek kialakulásához vezet, amelyek egyes láncszegmenseket alkotnak, és így háromdimenziós hálózatot eredményeznek, mint például az agar és a zselatin. A hőre keményedő gélek a gél melegítését igénylik, általában csak ott, ahol az élelmiszernek hőre kell szilárdulnia. A hőre keményedő mechanizmus a természetes keményítőfehérjék kibontakozása és az ezt követő hálózatba rendeződésük révén jön létre.

1.2.2 Az asszociációs zónák szerepe a gélekben
A kötőzónák fontos szerepet játszanak a sűrítőanyagok gélesedési folyamatában, befolyásolva a gél tulajdonságait és működését. A zselatinban a kapcsolódási zónát három molekula alkotja hidrogénkötés révén. A karragénben hat-tíz molekula alkotja a kötődési zónát, míg az I. típusú karragénben csak két molekula vesz részt. Minél több molekula van a kötődési régióban, annál nagyobb a gél merevsége. Ennek eredményeképpen a K-típusú karragén többmolekulás kötésrégiója merevséget mutat, és nyírás hatására nehezebben épül vissza, míg az I-típusú karragén gélek rugalmasabb szerkezetűek és kevésbé érzékenyek a nyírásra. A karragén és az alginát kötésrégiója két molekulából áll, de a karragén gélek nagyobb deformációt képesek elviselni a szakadás előtt, mint a közel azonos szilárdságú alginát.

A gélek termikus viselkedése is különbözik a társulási régiótól függően. A zselatin alacsonyabb hőmérsékleten olvad meg, mivel a kötésrégiókat csak gyenge hidrogénkötések kötik össze. Az oldószer minősége szintén fontos tényező. A hidrogénkötés a magas metoxil pektin gélekben csak cukor hozzáadásával alakulhat ki, ami kellőképpen csökkenti a vízaktivitást.

1.2.3 A gélképződést befolyásoló egyéb tényezők
A sűrítőanyagokból származó gélek kialakulását befolyásoló különböző tényezők közé tartozik a zselésítőszer koncentrációja, a közeg pH-ja, a moláris tömeg, a polimerizációs fok, a hőmérséklet, az ionos összetétel és az oldott anyag. A sűrítőanyagokból történő gélképződést befolyásoló tényezők azonosítása mellett a belőlük képződő géleket jellemezni kell, gyakran mikroszerkezeti és reológiai jellemzéssel, ami segíthet a sűrítőanyagok mint zselésítőszerek hozzáadásában. Vizsgálták például a szacharóz és az aszpartám hozzáadásának hatását a sűrítő gélek, azaz a K-típusú karragén, a csomóhűtött gél és a K-típusú karragén akácbabgumi nyomási tulajdonságaira; a szacharóz hozzáadása mindezen gélek esetében a valódi törési feszültség növekedését eredményezte. Az aszpartám hozzáadása alacsony koncentrációban azonban nem befolyásolta a texturális tömörítési paramétereket.

Ezen túlmenően a gél édességének fő meghatározói a gélek mechanikai tulajdonságaival (gélszilárdság, törési feszültség, törési alakváltozás stb.), és különösen a hálózat megtöréséhez szükséges deformáció mértékével és a hálózat deformációval szembeni ellenállásával kapcsolatosak. Ezenkívül a társoldószerek, mint például a szacharóz, a hidrolizált kolloidok koncentrációja, a nyírási sebesség és a hőmérséklet szintén fontos változók, amelyek befolyásolják a gél reológiai állapotát.

A sűrítőanyagok alkalmazása az élelmiszerekben

2.1 Alkalmazás a zselégyártásban
Élelmiszer sűrítőanyagok gyakran használják a termelés és a feldolgozás a zselé két vagy több szinergikus hatást, hogy elérjék a legjobb hatást igényel a zselé. A gellángumi egyfajta extracelluláris lineáris poliszacharid, amelyet a Pseudomonas aeruginosa szintetizál és választ ki a szénhidrátok tiszta fermentációjának folyamatában. A gellángumit xantángumival kombinálva használják fogyasztásra kész desszertzselék előállítására jó átlátszósága és megfelelő hőstabilitása miatt. A deacilált gellángumit a pudingok nedvességtartalmának, ízkibocsátásának és tárolási stabilitásának javítására, valamint a dehidratációs zsugorodás csökkentésére használják.

A fémkationok kulcsszerepet játszanak a gellángélek kialakulásában. A kationok helyspecifikus kötődésük révén kedvezően hatnak a "kötési zóna" kialakulására, mivel közvetlenül kapcsolódnak a poliszacharid molekulák karboxilcsoportjaihoz, így csökkentik a kettős spirál láncok közötti elektrosztatikus taszítást.

A karragén egy természetes algapoliszacharid, egy hidrofil, lineáris, nem homogén, szulfátcsoportokkal rendelkező, 1,4-béta-D-galaktopiranózból és 1,3-alfa-D-galaktopiranózból mint alapkötésből álló hidrofil lineáris poliszacharid, amely a vörösmoszatok sejtfalából nyerhető ki. Amikor a karragént felmelegítik, majd lassan lehűtik, a molekulák alakja a kezdeti göndör alakról fokozatosan spirálba, majd végül egy spirálból kettős spirálba változik, és ekkor egy háromdimenziós hálós szerkezet alakul ki.

Ha a karragén alacsonyabb koncentrációban van, akkor hőre reverzibilis gélt képezhet, ebben a pillanatban a karragén jobb átláthatósággal rendelkezik, ami javíthatja a zselé megjelenését. A karragén a leggyakrabban használt sűrítőanyag a zselék előállításához, és az élelmiszer-formulákban más sűrítőanyagokkal szinergiában használják. Ha a karragént akácbabgumival, zselatinnal, xantángumival és gumiarábiával keverik, a gél szilárdsága és rugalmassága jelentősen javítható.

2.2 Alkalmazás joghurtban
A sűrítőanyagok javíthatják a joghurt konzisztenciáját, stabilizálhatják a joghurt tulajdonságait, megakadályozhatják a savó kicsapódását, hatékonyan javíthatják a joghurttermékek textúráját és ízét. Ha a propilénglikol-alginátot és a módosított keményítőt egyszerre használják sűrítőanyagként, akkor jó szinergikus hatást fejtenek ki, és a két sűrítőanyag optimális adagolási mennyisége 0,15% (W/W) a propilénglikol-alginát és 1,20% a módosított keményítő esetében.

A joghurtgyártás során 0,2% propilénglikol-alginát hozzáadása 10,9%-tal növelheti a termék vízmegtartó képességét, hatékonyan megakadályozva a savó kicsapódását. Ha 0,2% propilénglikol-alginátot (W/W), 0,3% nátrium-karboxi-metilcellulózt, 0,1% magas észterű pektint, 0,015% (W/W) szacharóz-észtert adunk a savanyú tejital gyártási folyamatában a keverés után, a termék stabilitása és íze ebben az időben a legjobb.

A polidextróz jó prebiotikum, a bélfermentációban a bél pH-értéke 7,24-ről 6,44-re csökkenhet, ami elősegíti a probiotikumok, például a tejsavbaktériumok és a bifidobaktériumok növekedését és szaporodását. A joghurtgyártás során a polidextróz fokozhatja a termék élelmirost-tartalmát és ízét, mivel alacsony pH-n stabil marad. Az alacsony zsírtartalmú vagy zsírmentes termékekben hatékonyan megakadályozhatja a víz elemelkedését és növelheti a víztartó képességét, ami hatékonyan javíthatja a termék textúráját és ízét.

Tanulmányok kimutatták, hogy ha a joghurttermékekhez 1% (W/W) polidextróz hozzáadásával a termék viszkozitása és édessége javul, és a termék íze gazdagabbá válik. A polidextróz javíthatja a joghurtban lévő egyéb baktériumtörzsek életképességét, és hatékonyan meghosszabbíthatja a joghurt eltarthatóságát.

Ha a polidextróz 3% (W/W) mennyiségben kerül a joghurttermékekbe, megkönnyíti a joghurt erjedését, javítja a tejsavbaktériumok aktivitását, csökkenti a savó kicsapódását, és kulcsszerepet játszik a termék szerveződésében és morfológiájában, és ezzel a mennyiséggel érhető el a legjobb alvadási hatás, a termék savassága és édessége pedig mérsékelt. Amikor 4% (W/W) polidextróz hozzáadására került sor az aludttejjoghurthoz, a termék íze finom, édessége mérsékelt, a savó kicsapódása jelentősen csökkent, stabilitása jó, és a polidextróz jól megtartotta a termék ízét, és meghosszabbította az eltarthatósági időt.

2.3 Alkalmazás üdítőitalokban
A nátrium-karboximetil-cellulóz a savas italok leggyakoribb sűrítőanyaga, vízben való oldhatósága miatt nagy viszkozitású oldatot képezhet vízben. A nátrium-karboxi-metil-cellulózt leggyakrabban tehéntejben használják saválló tulajdonságai miatt. A nátrium-karboxi-metilcellulóz hatékonyan megakadályozza a kazein kicsapódását és meghosszabbítja a tejtermékek eltarthatósági idejét. A nátrium-karboxi-metil-cellulóz javíthatja a gyümölcs- és zöldségitalok szuszpenziós stabilitását is, megakadályozva a kicsapódás jelenségét, és hatékonyan fenntartja a termék stabilitását és megjelenését.

A xantángumi a természetes gumik közül a legmagasabb viszkozitású és hideg vízben oldódó, széles körben használják az üdítőitalok gyártásában. A xantángumi vizes oldatai jellegzetes pszeudoplasztikus áramlást mutatnak, a viszkozitás nyírás hatására csökken, nyírás hiányában pedig helyreáll. A legtöbb gumi széles hőmérséklet-tartományban nem stabil viszkozitású, de a xantángumi viszkozitása sokkal kisebb mértékben változik, mint más gumiké. A xantángumi nagyon jó sóállósággal is rendelkezik, a fűtést nem befolyásolja a só és a csapadék.

A xantángumi alkalmas pépes italokhoz és fehérjeitalokhoz is, fokozhatja a kazein és más hatóanyagok felfüggesztését. A xantángumi pszeudoplaszticitása javítja az italok konzisztenciáját, ami sűrűbb ízt eredményez ragacsos érzés nélkül. Ezenkívül a xantángumi jó kompatibilitással is rendelkezik, más sűrítőanyagokkal egyidejűleg használva szinergikus hatást fejt ki.

Mostanáig a sűrítőanyagok alkalmazása az élelmiszerekben Kínában nem tökéletes, a gyártási technológiai kapcsolat gyenge, és a sűrítőanyagok kutatása és fejlesztése még mindig az elsődleges szakaszban van. Az életszínvonal növekedésével a fogyasztók fokozatosan javítják az élelmiszerek ízét, textúráját, megjelenését és egyéb követelményeit, a sűrítőanyagok jövőbeli alkalmazása az élelmiszer-feldolgozásban széles teret biztosít a fejlődéshez és a kilátásokhoz.