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).