Гуммиарабик. Функциональные Свойства.
Растворимость.
Аравийская камедь ( Гуммиарабик ) уникальна среди натуральных гидроколлоидов, являясь хорошо растворимой как в горячей, так и в холодной воде. Большинство гидроколлоидов не может быть растворено в воде при концентрациях выше чем 5 %. Гуммиарабик может создавать растворы с концентрацией до 55 %. Он нерастворим в маслах и в большинстве органических растворителей. Гуммиарабик растворим в водном растворе этилового спирта с концентрацией до 60 %. Практически нерастворим в чистом этиловом спирте и эфире.
Эмульгирующие свойства.
Гуммиарабик - очень эффективный эмульгатор и стабилизатор ,что объясняется его функциональными возможностями защитного коллоида, и имеет, в основном широкое применение при подготовке различных пищевых эмульсий типа " масло в воде ". Гуммиарабик позволяет получать устойчивые эмульсии с большинством масел в широком диапазоне pH и в присутствии электролитов без необходимости вторичной стабилизации другими ингредиентами.
Гуммиарабик содержит низкобелковый , низкомолекулярный Арабиногалактан (AG), богатый белками Гликопротеид (Gl) и высокомолекулярный Арабиногалактан-протеиновый комплекс (AGP).
AGP комплекс (гидрофобные аминокислоты, включающие белковый элемент) предпочтительно абсорбируется эфирно-масличными капельками и таким образом стабилизирует эмульсию. Большие гидрофильные блоки полисахарида AGP фракции выдвинуты в водную фазу и предотвращают коалесценцию из-за пространственного отталкивания между капельками.
Схематическая иллюстрация структуры Арабиногалактан-протеинового комплекса на поверхности раздела масло-вода.
Содержание AGP комплекса в Гуммиарабике составляет 10 % , но при
этом этот комплекс содержит около 50 % всего белка. Анализ показал, что только 1-2 % Гуммиарабика участвуют во взаимодействиях на поверхности раздела фаз масло-вода , т.е. в процессе эмульгирования. Поэтому требуются относительно высокие концентрации Гуммиарабика для того , чтобы получить устойчивые эмульсии с однородным малым размером капелек.
Растворы с более низкими концентрациями Гуммиарабика не имеют достаточно протеиносодержащего материала, чтобы покрыть капельки полностью - в результате может происходить флокуляция и слипание.
Это проиллюстрировано следующей диаграммой , на который показан средний размер капельки полученной эмульсии апельсинового масла при использовании различных концентраций Гуммиарабика.
Средний диаметр капельки эмульсий (20 % эмульсия апельсинового масла в воде) как функция композиции Гуммиарабика. Размеры определены для дисперсионной системы при разведении 1 : 1 0000 дистиллированной водой.
В этом конкретном примере использовалась 20 % эмульсия апельсинового масла в воде, гомогенизированная в смесителе Silverson , и 10 % водный раствор Аравийской Камеди для достижения минимального размера капельки эмульсии.
Это указывает на то , что при более низких концентрациях Гуммиарабика не
хватает поверхностно-активных веществ, которые полностью покрывали бы все эфирно-масличные капельки, образующиеся при гомогенизации системы и, следовательно происходит флокуляция капелек и их слипание, что приводит к увеличению среднего размера капельки эмульсии.
Очевидно, оптимальная концентрация меняется в зависимости от природы масла, типа смесителя и условий гомогенизации системы , при этом увеличение
времени гомогенизации эмульсии позволяет получить меньший размер капелек, но при этом требуются большие количества Гуммиарабика. Aрабиногалактановый комплекс ( AG) не участвует во взаимодействиях на поверхности фаз масло-вода и только увеличивают вязкость водной системы.
Вязкость
Большинство гидроколлоидов формирует высоковязкие растворы при низких концентрациях (1-5 %). Однако при таких относительно низких концентрациях Гуммиарабик дает растворы, которые являются по существу Ньютоновскими и имеют очень низкие значения вязкости по сравнению с другими полисахаридами с подобной молекулярной массой .
Это показано на рисунке ниже ,где сравнивается вязкость 1 % раствора Гуаровой Камеди ,Камеди рожкового дерева , Карбоксиметилцеллюлозы натрия и Гуммиарабика как функция скорости сдвига.
Вязкость при 25 C( по оси ординат) , концентрация водных растворов гамов-1% : Белый круг - Камедь рожкового дерева ; Черный Круг - Гуаровая камедь; белый квадрат -Карбоксиметилцеллюлоза; черный квадрат - Гуммиарабик.
По оси абсцисс - скорость сдвига .
Действительно, как и с глобулярными белками, вязкие растворы можно приготовить при концентрациях выше 30 %, когда происходит эффективное молекулярное перекрытие .
Это иллюстрировано диаграммой, на которой сравниваются вязкости Аравийской камеди и Бетта-Лактоглобулина как функция концентрации и подтверждает наличие у Гуммиарабика высоко ветвящейся компактной молекулярной структуры .
Сравнение вязкостей аравийской камеди (скоростной градиент –100 1/s) и лактоглобулина при различных концентрациях.
Способность формировать высоко концентрированные растворы объясняет превосходную эмульгирующую способность Аравийской камеди и ее свойства как стабилизатора особенно при использовании в различных смесях с нерастворимыми ингредиентами. Использование высококонцентрированных растворов Гуммиарабика , применяемых для инкапсуляции ароматизаторов в кондитерских изделиях, облегчает технологический процесс при удалении воды при приготовлении изделий , способствует их более быстрому высыханию .
При концентрациях до 40 % растворы Аравийской камеди ведут себя как типичные Ньютоновские жидкости. При концентрации выше 40 % растворы начинают проявлять реологические свойства.
Водородный показатель
Аравийская камедь - полиэлектролит , для которых вязкость раствора является функцией его ионной силы и водородного показателя.
Вязкость (скорость сдвига 100 1/s-1) при 20 C для 20 % раствора аравийской камеди как функция концентрации хлорида натрия в растворе.
Снижение вязкости при добавлении электролита ( раствора хлорида натрия ) объясняется уменьшением эффективного объема и , как следствие , уменьшение электростатического заряда. При этом снижение межфазного натяжения благоприятно влияет на условия эмульгирования .
Вязкость растворов Аравийской камеди достигает максимума при водородном показателе 5-5.5. При более низких значения pH группы карбоксилата теряют способность к диссоциации , при этом уменьшается общий электростатический заряд и следовательно уменьшается вязкость. При более высоких значениях pH ( с добавлением гидроксида натрия ) вязкость раствора постепенно уменьшается из-за увеличения ионной силы раствора.
Растворы Аравийской камеди устойчивы в кислой среде и в этих условиях вязкость их растворов достигает максимального значения.
Совместимость с другими ингредиентами
Аравийская камедь совместима с большинством пищевых смол и крахмалов, а также с
различными углеводами и белками и практически несовместима с альгинатом натрия и
желатином. С желатином Аравийская камедь образует коацерваты , роль которых при
инкапсулировании масел хорошо известна.
Чувствительность к нагреванию
Длительное нагревание Аравийской камеди при высоких температурах ( выше
100 С может привести к денатурации белков и их осаждению, а это в свою очередь
приводит к необратимому падению вязкости и снижению эмульгирующей способности.
Как показано ниже, вязкость раствора уменьшается значительно после нагревания до
102 C в течение 16 часов.
Вязкость аравийской камеди (19 % мас %) как функция скоростного градиента :
до (черные круги) и после (белые прямоугольники) тепловой обработки ( нагрев
до102 C и выдержка в течении 16 часов)
Изучали влияние температуры и длительности предварительного нагрева раствора
Аравийской камеди на свойства 20%-ой эмульсии апельсинового масла .При
увеличении продолжительности предварительного нагрева раствора Аравийской камеди
до 7 часов при 100 градусах Цельсия размер получаемых при эмульгировании частиц
увеличился с 3 до 10 микрон.
Органолептические свойства
Гуммиарабик , полученный из Сенегальской Акации не имеет вкуса, цвета и запаха.
Пищевые Свойства
Аравийская камедь может рассматриваться как источник диетической клетчатки , она
плохо усваивается эндогенными ферментами внутри организма человека, но хорошо
перерабатывается кишечными бактериями . Высокое содержание растворимой клетчатки
( до 90 % ) определяет невысокую энергетическую ценность камеди – 8 KJ/грамм
(0,2 килокалории/грамм).