کاربرد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی

کاربرد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی

هیدروکلوئید چیست؟

هیدروکلوئیدها گروهی ناهمگن از پلیمرهای بلند زنجیره (پلی ساکاریدها و پروتئین ها) هستند که با ویژگی خود ، باعث ایجاد پراکندگی های ویسکوز و چسبناک و یا تشکیل ژل در هنگام پراکندگی در آب می شوند. وجود تعداد زیادی از گروه های هیدروکسیل (OH-) تمایل آنها را برای اتصال مولکولهای آب افزایش می دهد و آنها را به ترکیبات آب دوست تبدیل می کند. علاوه بر این ، آنها پراکندگی را ایجاد می کنند ، که حالتی بین محلول ثابت و سوسپانسیون است و خواص یک کلوئید را نشان می دهد. با توجه به این دو ویژگی ، آنها به درستی "کلوئیدهای آب دوست" یا به عبارت دیگر "هیدروکلوئیدها" نامیده می شوند.

هیدروکلوئیدها به زبان ساده به موادی اشاره می کنند که هنگام تماس با آب ژل تشکیل می دهند. هیدروکلوئیدها به کنترل خاصیت غلیظ شدن و ژل شدن غذاهای آبی کمک می کنند. هیدروکلوئیدهای ارگانیک که به طور طبیعی وجود دارند ، برخی از آنها از شیره درختان ، جلبک دریایی ، دانه ها یا ریشه ها و منابع دیگر استخراج می شوند.

نقش هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی

امولسیون کننده: استفاده از هیدروکلوئیدها به عنوان امولسیفایر از جدا شدن قطرات روغن از آب جلوگیری می کند. این امر زمانی اهمیت دارد که محصولاتی مانند مارگارین تولید می شوند زیرا مواد تشکیل دهنده آنها هم آب و هم چربی دارند. همین مورد در مورد تولید بستنی نیز صدق می کند.

تثبیت کننده: توانایی هیدروکلوئیدها در کنار هم نگه داشتن اجزای یک محصول غذایی و در نتیجه جلوگیری از وقوع تغییرات فیزیکی ، آن را به یک تثبیت کننده عالی تبدیل می کند. این ویژگی باعث افزایش ماندگاری غذاهای فرآوری شده می شود و آنها را برای مدت طولانی تری تازه نگه می دارد.

بازدارنده تبلور: تولیدکنندگان بستنی ، آب نبات ، شربت قند و غیره از هیدروکلوئیدها مانند صمغ گوار برای جلوگیری از تبلور یخ استفاده می کنند. همچنین بافت محصولات لبنی را نیز حفظ می کند.

عامل احتباس آب: هیدروکلوئید از جمله پودر صمغ گوار در حفظ رطوبت ، مناسب عمل میکند. این کار در صنعت پخت برای جلوگیری از خشک شدن خمیر کاربردی حیاتی دارد. همچنین رطوبت را در غذاهای یخ زده حفظ می کند. این کار برای جلوگیری از سینرژیس انجام می شود.

کاربرد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی

مهمترین دلیل استفاده زیاد از هیدروکلوئیدها در غذاها ، توانایی آنها در اصلاح رئولوژی سیستم غذایی است. (رئولوژی سیستم غذایی: تغییرات بافت مواد غذایی و همچنین جریان مایعات و نیمه جامدهای غذایی در اثر وارد شدن نیروهای مختلف به آن) این شامل دو ویژگی اساسی سیستم غذایی ، رفتار جریان (ویسکوزیته) و ویژگی جامد مکانیکی (بافت) است. اصلاح بافت و یا ویسکوزیته سیستم غذایی به تعدیل خواص حسی آن کمک می کند و از این رو ، هیدروکلوئیدها به عنوان افزودنی های مهم غذایی برای انجام اهداف خاص استفاده می شوند. بدیهی است که چندین هیدروکلوئید متعلق به دسته افزودنی های مجاز مواد غذایی در بسیاری از کشورهای جهان مورد استفاده قرار میگیرد. 

هیدروکلوئیدها به دلیل توانایی خود در تغییر خواص جریان مایعات ، قابلیت ژل شدن ، توانایی ایجاد امولسیون قطرات روغن و جلوگیری از تبلور مجدد یخ به طور گسترده ای در صنایع غذایی استفاده می شوند. هیدروکلوئیدها همچنین به عنوان عوامل غلیظ کننده ، امولسیفایر ، تثبیت کننده و عوامل احتباس آب در صنایع مختلف غذایی استفاده می شوند.

ویژگیهای عملکردی هیدروکلوئیدهای طبیعی بطور قابل ملاحظه ای به خواص فیزیکوشیمیایی آنها مانند وزن مولکولی ، ترکیب شیمیایی ، توالی مونوساکاریدها ، ترکیب ، پیکربندی ، موقعیت پیوند گلیکوزیدها ، اندازه ذرات ، حجم هیدرودینامیکی (ویسکوزیته ذاتی) و غیره بستگی دارد.

هیدروکلوئیدها به دلیل برهم کنش با مولکول های آب از طریق پیوند هیدروژنی می توانند ویسکوزیته چندین برابر وزن خود آب را به طرز چشمگیری تغییر دهند.

در کل ، می توان نتیجه گرفت که خواص رئولوژیکی هیدروکلوئیدها پایه ای برای عملکردها و کاربردهای گسترده آنها در صنایع است و همچنین رفتار رئولوژیکی منحصر به فرد هیدروکلوئیدها را می توان به وجود تعداد زیادی گروه هیدروکسیل در آنها نسبت داد. ساختار آنها ، منجر به فعل و انفعالات پیوند هیدروژنی آنها در سیستم های آبی می شود.

هیدروکلوئیدها دارای طیف وسیعی از خواص عملکردی در غذاها هستند. اینها شامل غلیظ شدن ، ژل شدن ، امولسیون ، تثبیت و کنترل رشد بلوری یخ و شکر است ، اگرچه خواص اساسی که هیدروکلوئیدها برای آنها کاربرد گسترده ای پیدا کرده است ، غلیظ شدن و ژله شدن است. هیدروکلوئیدها در آب پراکنده می شوند تا اثر غلیظ کننده یا تولید ویسکوزیته ایجاد کنند. این خاصیت غلیظ شدن آب در همه هیدروکلوئیدها مشترک است و دلیل اصلی استفاده کلی آنها است. میزان غلظت با نوع و ماهیت هیدروکلوئیدها متفاوت است.

در حالیکه همه هیدروکلوئیدها ، خاصیت غلیظ شدن و چسبندگی را به پراکندگی های آبی می دهند ، اما چند بیوپلیمر نیز دارای ویژگی اصلی دیگری هستند که آن ، تشکیل ژل است. تشکیل ژل پدیده ای است که شامل ارتباط یا اتصال متقابل زنجیره های پلیمری برای تشکیل یک شبکه سه بعدی است که آب درون آن را به دام می اندازد یا بی حرکت می کند تا یک ساختار سفت و مقاوم در برابر جریان ایجاد کند. به عبارت دیگر ، ویسکوالاستیک می شود که هر دو ویژگی یک مایع و یک جامد را نشان می دهد. خواص بافتی (مانند الاستیک یا شکننده ، جویدنی یا خامه ای) سایر خواص حسی مانند کدورت ، احساس دهانی و مزه نیز بستگی به هیدروکلوئید مورد استفاده دارد.

هیدروکلوئیدهایی که معمولا به عنوان غلیظ کننده استفاده می شوند عبارتند از نشاسته ، زانتان ، صمغ گوار ، صمغ لوبیای لوکاست ، صمغ کارایا ، صمغ کتیرا ، صمغ عربی و مشتقات سلولز

هیدروکلوئیدهای ژل کننده عبارتند از آلژینات ، پکتین ، کاراگینان ، ژلاتین ، ژلان و آگار.

فرمولاسیون های مختلف غذایی مانند سوپ ، سس ها مانند سس مخصوص و سس سالاد و چاشنی ها از هیدروکلوئیدها به عنوان افزودنی برای ایجاد ویسکوزیته و حس دهانی دلخواه استفاده می کنند. درواقع هیدروکلوئیدها به مواد غذایی مانند سس ها ، سوپ های فوری ، کیک ها ، مربا و سایر سس های سالاد اضافه می شوند تا بافت غلیظ تری داشته باشند. این امر در فراوری دسرها و پودینگ (نوعی دسر) نیز کاربرد دارد.

آنها همچنین در بسیاری از محصولات غذایی مانند بستنی ، مربا ، ژله ، دسرهای ژله ای ، کیک و آب نبات برای ایجاد بافت مورد نظر استفاده می شوند.

با این حال ، این غلیظ کننده ها می توانند امولسیون ها را با افزایش ویسکوزیته سطح آب یا تعامل با مواد فعال کننده سطحی ، تثبیت کنند. برخی از هیدروکلوئیدها مانند صمغ عربی یا محصولات غیر یونی مانند متیل سلولز (MC) ، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) ، یا پروپیلن گلیکول آلژینات (PGA) کشش سطحی را کاهش داده و خواص امولسیون کننده محدودی را از خود نشان می دهند.

این ترکیبات معمولا بسته به خواص عملکردی در سیستم های غذایی مورد استفاده قرار می گیرند ، به عنوان مثال ، به عنوان غلیظ کننده (سوپ ، سس مخصوص ، سس سالاد و رویه) ، ژل کننده (پودینگ و ژله) ، امولسیفایر (بستنی ، ماست و کره) ، تثبیت کننده (بستنی ، سس مایونز و سس ها) ، جایگزین چربی (گوشت و محصولات لبنی) ، عامل شفاف کننده (آبجو و شراب) ، عامل لخته شدن (شراب) ، عامل کدر شدن (آب میوه و نوشابه) ، عامل بافت (آبجو ، خامه و کیک) ، عامل پوشش یا روکش (شیرینی و غذاهای سرخ شده) ، عامل تعلیق (شیر کاکائو) ، عامل اتصال دهنده آب (غذاهای بدون گلوتن) ، عامل محصور کننده (پودرها و طعم دهنده ها) و بازدارنده های تبلور (شربت بستنی و قند).

برخی از هیدروکلوئیدها به صورت مخلوط با سایر هیدروکلوئیدها (به عنوان مثال ، صمغ زانتان در ترکیب با گالاکتومانان مانند صمغ لوبیای لوکاست) دارای اثر هم افزایی هستند.

طبقه بندی هیدروکلوئیدها بر اساس منشا

هیدروکلوئیدها بسته به منشأ آنها ، ممکن است به صورت طبیعی ، نیمه مصنوعی و مصنوعی طبقه بندی شوند.

۱- هیدروکلوئیدهای طبیعی: بیوپلیمرهای آب دوست از منشا گیاهی ، حیوانی و میکروبی هستند. هیدروکلوئیدهای گیاهی عمدتا برای تثبیت امولسیونهای روغن در آب استفاده می شوند ، اما هیدروکلوئیدهای مشتق شده از حیوانات عموما آب را در امولسیون های روغن تشکیل می دهند. آنها به احتمال زیاد باعث ایجاد حساسیت می شوند و مستعد رشد و ترشح میکروبی هستند.

هیدروکلوئیدهای طبیعی به عنوان درشت مولکول های بیولوژیکی به دلیل خواص عملکردی عالی اغلب در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شوند. هیدروکلوئیدها عملکردهای جالب مختلفی را در فرمولاسیون شامل غلیظ شدن و ژل شدن محلولهای آبی انجام می دهند. تثبیت کننده و امولسیون کننده کف ها ، امولسیون ها و پراکندگی ها ؛ جلوگیری از تشکیل یخ و کریستال قند ؛ انتشار کنترل شده طعم ها ؛ لخته (دلمه) ؛ تشکیل فیلم ، پلاستیکی شدن ، جایگزینی چربی ، تشکیل پوشش خوراکی ، حامل.

۲- هیدروکلوئیدهای نیمه مصنوعی: آنهایی هستند که با اصلاح هیدروکلوئیدهای طبیعی تولید می شوند. مشتقات نشاسته و سلولز مانند متیل سلولز (MC) ، کربوکسی متیل سلولز (CMC) ، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) ، سلولز میکروکریستالی (MCC) ، نشاسته استیله (AS) ، نشاسته فسفریله (PS) نمونه های هیدروکسی پروپیله شده هستند. هیدروکلوئیدهای نیمه مصنوعی امولسیفایرهای قوی تری هستند ، غیر سمی هستند و احتمال رشد میکروبی آنها کمتر است.

۳- هیدروکلوئیدهای مصنوعی: آنهایی هستند که به طور کامل در صنایع با مواد اولیه مشتق شده از نفت سنتز می شوند. اینها اساسا از ترکیبات شیمیایی مشتق می شوند تا محصولی با ساختاری مشابه پلی ساکاریدهای طبیعی به دست آید. کوپلیمرهای آکریلات ، پلیمرهای کربوکسی وینیل (Carbopol) ، پلیمرهای پلی اتیلن اکسید و پلی وینیل پیرولیدون (PVP) نمونه هایی از هیدروکلوئیدهای مصنوعی هستند. هیدروکلوئیدهای مصنوعی قوی ترین امولسیفایرها هستند و از رشد میکروبی پشتیبانی نمی کنند ، اما ممکن است هزینه آنها بسیار بالا باشد. هیدروکلوئیدهای مصنوعی عمدتا محدود به استفاده از امولسیفایرهای روغن در آب هستند.

هیدروکلوئیدهای نیمه مصنوعی به هیدروکلوئیدهای کاملا مصنوعی ترجیح داده می شود. گزارشات حاکی از آن است که هیدروکلوئیدهای مصنوعی بسیار ناکارآمدتر هستند و دارای معایب ذاتی زیر هستند:

• هزینه بالا

• مسمومیت با بدن و سایر جانوران

• آلودگی محیط در حین فرایند تولید

• منابع تجدید ناپذیر

• عوارض جانبی حاد و مزمن بر روی پوست در برخی موارد

• سازگاری بیولوژیکی ضعیف در مقایسه با هیدروکلوئیدهای های طبیعی

طبقه بندی هیدروکلوئیدها بر اساس عملکرد

عملکرد 1: عامل ژل ساز

هیدروکلوئید: آگار ، آلژینات ، کاپا کاراگینان ، ژلاتین ، پکتین با متوکسی کم و زیاد ، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)

محصولات: پودینگ ، دسر ، شیرینی ، ژله ، دسرهای لبنی ، محصولات نانوایی ، توفو (پنیر سویا) ، ِشیک شیر ، لعاب ، پنیر ، شیر اسیدی ، نوشیدنی های شیر

عملکرد 2: امولسیون کننده

هیدروکلوئید: صمغ عربی ، نانو بلورهای نشاسته

محصولات: سس سالاد ، سس گوجه فرنگی ، سس مایونز ، امولسیون نوشیدنی غیر الکلی

عملکرد 3 : غلیظ کننده

هیدروکلوئید: کربوکسی متیل سلولز (CMC) ، زانتان ، صمغ گوار ، صمغ کارایا ، صمغ لوبیای لوکاست ، صمغ کتیرا ، صمغ تارا ، صمغ کاراگینان

محصولات: بستنی ، ماست ، سس ، مربا ، سوپ ، سس سالاد ، کیک ، نودل ، نوشیدنی های شیر

عملکرد 4 : تثبیت کننده امولسیون

هیدروکلوئید: زانتان ، صمغ گوار ، پروپیلن گلیکول آلژینات ، آگار

محصولات: مواد افزودنی ، خامه ، بستنی ، آبجو ، امولسیون نوشیدنی پرتقالی 

عملکرد 5 : کدر کننده

هیدروکلوئید: زانتان ، پکتین

محصولات: نوشیدنی های میوه ای ، نوشیدنی ها

عملکرد 6 : فیبر رژیمی

هیدروکلوئید: صمغ عربی

محصولات: غلات ، نان ، ماست ، خمیر برنج بدون گلوتن ، کیک

عملکرد 7 : تشکیل دهنده فیلم

هیدروکلوئید: ژلاتین ، پکتین ، آگار ، کاپا کاراگینان ، نشاسته

محصولات: روکش سوسیس ، پوشش های محافظ ، فیلم های بسته بندی

عملکرد 8 : سوسپانسیون دهنده

هیدروکلوئید: کاپا کاراگینان ، ژلان

محصولات: شیر کاکائو

عملکرد 9 : عامل تورم

هیدروکلوئید: کاراگینان

محصولات: فرآورده های شیر فرآوری شده

عملکرد 10 : مهار کننده سینرژیس

هیدروکلوئید: کاراگینان ، ژلان ، متیل سلولز

محصولات: پنیر ، ماست ، غذاهای منجمد ، کره بادام زمینی ، توفو (پنیر سویا) ، سوسیس گوشت بوقلمون ، خمیر ، دوغ ، غذاهای دریایی سرخ شده

عملکرد 11 : عامل انکپسوله کردن

هیدروکلوئید: آلژینات ، آگار ، کاپا کاراگینان ، پکتین ، نشاسته ، ژلاتین

محصولات: ریزپوشانی طعم ها ، روغن ماهی ، اسانس

عملکرد 12 : پایداری رنگ

هیدروکلوئید: کاراگینان

محصولات: استیک گوشت گاو

عملکرد 13 : جایگزین چربی

هیدروکلوئید: کاراگینان ، پکتین ، نشاسته

محصولات: سس مایونز ، سس سالاد