"Центр-Проект"  МГУИЭ Хаддад Д.М., Игнатов М.Ю.

Установлено, что макромолекула гуммиарабика имеет сильно разветвленную структуру, а именно, содержит относительно короткие жесткие фрагменты основной цепи (галактопиранозы, соединенные b1-3 гликозидными связями), и многочисленные боковые цепи, присоединенные к ним b1-6 гликозидными связями, содержащие остатки арабинопираноз, арабинофураноз и рамнопираноз, а также остатки глюкуроновой кислоты и ее метилового эфира в качестве концевых групп.

Методом эксклюзионной и гидрофобной афинной хроматографии установлен фракционный состав гуммиарабика. В таблице 1 приведен типичный состав гуммиарабика из Acacia Senegal. Очевидно, что фракции значительно различаются как по молекулярной массе, так и по содержанию полипептидных фрагментов. На долю арабиногалактановой фракции (АГ) с низкой молекулярной массой (280 000) приходится 88% от общего веса и 20% от общего содержания полипептидных фрагментов. Арабиногалактан-протеиновый комплекс (АГП) имеет высокую молекулярную массу (1 500 000) и составляет 10% от общего веса. Он содержит около 50% от общего содержания полипептидов. Существенно, что последние локализованы в экстерьере молекулы. Наконец, гликопротеиновая фракция (Гл) имеет молекулярную массу 250 000 и составляет приблизительно 1% от общего веса. Полипептидная фракция Гл составляет 30 % от общего ее содержания в гуммиарабике.

Таблица 1. Состав и физико-химические свойства гуммиарабика ( Acacia Senegal ) и его фракций.

Учитывая сложную структуру и состав гуммиарабика, нельзя считать окончательно установленной взаимосвязь между характеристиками структуры, функциональными свойствами и параметрами технологических процессов, в которых гуммиарабик нашел применение. Однако, можно выделить те особенности структуры гуммиарабика, которые отличают его практически от всех полисахаридов и определяют его высокие функциональные свойства. Разветвленность молекулярной структуры определяет уникально низкую вязкость гуммиарабика при достаточно высоких концентрациях и довольно высокой средней молекулярной массе ( 460 000). Так вязкость 25% раствора при 25 "С составляет 60-150 сантипуаз. Высокая эмульгирующая и стабилизирующая способность гуммиарабика ( особенно АГП фракции) обусловлена сочетанием в его структуре фрагментов полипептидных цепей, расположенных на периферии молекулы и обеспечивающих их адсорбцию на гидрофобной   поверхности,   с   объемными   молекулярными   фрагментами полисахаридной природы, ответственными за эффект стерической стабилизации. Наличие в молекуле гуммиарабика заряженных карбоксильных групп также обеспечивает устойчивость эмульсий к флотации и коалесценции.

Функциональные свойства

Растворимость. Гуммиарабик значительно превосходит другие полисахариды как по растворимости в воде, так и по скорости гидратации. Для полной гидратации 1 г гуммиарабика необходимо добавить 4 г воды (2). При 25 °С можно приготовить 37% раствор. Повышение температуры способствует увеличению растворимости вплоть до 50-55%. В случае полиуронидов, галактоманнанов и др. полисахаридов обычно трудно приготовить растворы с концентрацией выше 5% из-за высокой вязкости растворов, обусловленной большей по сравнению с гуммиарабиком жесткостью и ассимметрией молекул. Гуммиарабик не растворим в маслах и в большинстве органических растворителей, однако может быть растворен в смесях этанол - вода, если концентрация спирта не превышает 60%. Гуммиарабик слабо растворим в глицерине и этиленгликоле .Для повышения смачивания водой и предотвращения комкования при растворении гуммиарабик обычно смешивают с другими компонентами системы ( например, сахарозой или мальтодекстринами) либо смачивают этиловым спиртом или глицерином перед добавлением воды.

Вязкость. Вязкость растворов гуммиарабика зависит от вида образца, концентрации раствора, температуы, рН, вида и концентрации соли. Вследствие полиэлектролитной природы гуммиарабика зависимость вязкости от рН имеет экстремальный характер, причем максимальная вязкость наблюдается в широком диапазоне рН 4 - 10 . Обычно растворы гуммиарабика имеют слабокислый рН 4,5-5,5, где вязкость максимальна. Добавление электролитов приводит к понижению вязкости растворов тем в большей степени, чем больше эффективный заряд катиона и выше его концентрация (4 ). Вязкость растворов гуммиарабика на порядок ниже вязкости растворов других полисахаридов вследствие разветвленной структуры макромолекулы. До концентрации 40% реологическое поведение растворов гуммиарабика описывается законом Ньютона. При более высоких концентрациях растворы проявляют псевдопластичность, и с повышением скорости сдвига вязкость падает. Необратимое понижение вязкости наблюдается при продолжительном нагревании растворов вследствие денатурации и осаждения белков в составе фракций гуммиарабика (5).

Эмульгирующие и стабилизирующие свойства.    Гуммиарабик является эффективным эмульгатором и стабилизатором прямых эмульсий. Причина этого заключена в его уникальной структуре, сочетающей гидрофобные полипептидные участки, способные адсорбироваться на межфазной поверхности масло-вода, с объемными гидрофильными полисахаридными участками макромолекулы, которые обеспечивают эффект стерической стабилизации, способность к образованию прочного межфазного слоя и стабилизирующее действие одноименно заряженных карбоксильных групп. Эмульсии, стабилизированные гуммиарабиком, сохраняют стабильность в течение нескольких месяцев при 1000-кратном разбавлении (1,2). Один грамм гуммиарабика способен заэмульгировать 1350 г растительного масла. Установлено, что длительное ( более 6 часов) нагревание растворов гуммиарабика при 100^о С вызывает значительное уменьшение эмульгирующей способности , в то время как  выдерживание при температуре 65^о С в течение 24 часов оказывает лишь слабое влияние (5).

Области применения.

Производство напитков. Гуммиарабик используют как эффективный стабилизатор пен и эмульсий масло-вода при приготовлении концентратов ароматизаторов в производстве сухих напитков. Важнейшим направлением использования является получение замутняющих агентов в напитках и сухих смесях для напитков. Смеси получают распылительной сушкой комбинаций растительных масел и гуммиарабика. Гуммиарабик используют также для стабилизации искусственной фруктовой пульпы при получении имитированных фруктовых напитков.

Производство пива. Пивная пена или “шапка” одно из основных свойств этого продукта, влияющих на его потребительский спрос . Количество образовавшейся пены и время в течение которого она сохраняется , зависит от количества углекислого газа, выделяющегося в течение и после разливания пива и количества и типа белков в нем. Карбоксилат-ионы гуммиарабика, взаимодействуя с заряженными аминогруппами белков пива , стабилизируют пену и влияют на ее адгезию к стенке стакана Для достижения этого эффекта необходимо около 250 ppm или 0,025 мас.% высококачественного гуммиарабика, например, Agrigum ™ Spray R или R-E. Его добавляют в пиво после процесса ферментации до начала созревания. Раствор гуммиарабика 0,1% концентрации можно использовать в качестве альтернативы каррагенанам для осветления пива дорогих сортов.

Стабилизация цвета вин : Низкоконцентрированные растворы гуммиарабика (“ 0,017 %) используют в производстве красного вина для стабилизации цвета. Расход составляет 12,5 г гуммиарабика на 75 л вина.

Микрокапсулирование  ароматизаторов,  жирорастворимых  витаминов  и красителей. Микрокапсулирование, то есть процесс включения микрочастиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала, является важнейшим направлением пищевой технологии. Гуммиарабик нашел широкое применение как материал для микрокапсулирования липофильных веществ, в том числе ароматизаторов, а именно, природных эфирных масел (6).На рис.1 представлена гисторгамма распределения по размерам частиц эмульсии лимонного масла, стабилизированной смесью гуммиарабика и мальтодекстрина.

Микрокапсулирование позволяет повысить эффективность использования масел путем снижения потерь за счет окисления под действием факторов окружающей среды и летучести при хранении и транспортировке. Получение ароматизаторов в форме сыпучего порошка позволяет решить задачу равномерного распределения ароматизатора в объеме пищевой системы (сухих смесях, фаршах, тестовых и сырных массах и т.д.). Микрокапсулирование ароматизаторов обеспечивает их регулируемое высвобождение.

Кондитерские изделия . Гуммиарабик , использовавшаяся в кондитерской промышленности в течение сотен лет, до сих пор сохраняет свою привлекательность благодаря уникальным фунциональным свойствам (7,8). Важнейшие функции, выполняемые гуммиарабиком при производстве кондитерских изделий, следующие:

1) предотвращение кристаллизации сахара;

2) создание защитной пленки при глазировании;.

3) улучшение текстуры;

4) эмульгирование жира и его равномерное распределение в продукте; .

5) источник пищевых волокон.

Производство драже. -Гуммиарабик широко используют в процессе дражерования, от покрытия орехов и изюма до дражерования сахаром, шоколадом, йогуртом и т.д, и нанесения заключительного покрытия на готовый продукт, причем любой из этих процессов может быть улучшен при использовании гуммиарабика в большей или меньшей степени.. Основные функции гуммиарабика в составе раствора для дражерования:

1) контроль за перемещением жировой фракции;

2) контроль активности воды;

3) связующий агент;

4) предотвращение кристаллизации сахара;

5) наполнение образующихся в продукте полостей;

6) улучшение внешнего вида готового изделия.

Жевательные конфеты и пастилки. Гуммиарабик используется в жевательных конфетах и пастилках, чтобы предотвратить кристаллизацию сахара и как связующий компонент индивидуально (при концентрации от 10 % до 45 %) и в комбинации с другими загустителями типа крахмала, желатина, агара или пектина. В зависимости от концентрации загустителя , типа используемого сахара и остаточной влажности в кондитерских изделиях может быть изменена текстура изделий в пределах от мягких жевательных конфет до пастилок твердой консистенции .

Традиционные винные   и     фруктовые жевательные конфеты первоначально производились исключительно на основе гуммиарабика, обеспечивающего большую по сравнению с другими гидроколлоидами прозрачность продукта , улучшая его форму и текстуру, повышая температуру плавления, уменьшая адгезию к форме.

Жевательная резинка. Гуммиарабик выполняет ряд функций при изготовлении жевательной резинки :

1) инкапсулянт ароматизаторов;.

2) контроль за удерживанием и высвобождением ароматизаторов;

3) улучшение текстуры;

4) глазирование готовых изделий.

Диетические продукты. Гуммиарабик устойчив к действию ферментов желудочно-кишечного тракта человека и может служить источником пищевых волокон, удовлетворяя потребность человеческого организма в клетчатке на 85%  ( более чем на 70 % по методу Энглиста)..

Производство рафинированного гуммиарабика. Компания    “Agrisales Ltd” (Великобритания) является крупнейшим мировым производителем гуммиарабика и других пищевых смол. На заводе фирмы в Бейсон Бридж (Великобритания) проводится полный цикл очистки гуммиарабика, включая растворение в воде, ультрафильтрацию, тепловую обработку и распылительную сушку.

Все торговые марки гуммиарабика, производимые компанией  "Агрисейлс" ЛТД, отвечают самым     строгим  требованиям  пищевой и  фармацевтической промышленности.

Компания "Агрисейлс" ЛТД  два года назад успешно начала работать на российском рынке и уже имеет ряд постоянных клиентов среди предприятий кондитерской промышленности, производителей жидких эмульсий    и сухих ароматизаторов. Все продукция компании прошла российскую санэпидемиологическую сертификацию.

Московское представительство компании "Агрисейлс" ЛТД    совместно с "Центр-Проект", МГУИЭ оказывает технологическую поддержку в продвижении продукта на российском рынке Тел/факс: 785-25-39 E-mail: agrimoscow@mtu-net.ru Интернет: http://www.agriproducts.ru/ 

Торговые марки гуммиарабика, производимые компанией "Агрисейлс" ЛТД и поставляемые на российский рынок.

Агригамы   ( рафинированный Гуммиарабик ) компании   “Агрисейлс” ЛТД производятся на основе трех видов сырья, которые имеют отличия по физическим свойствам:

A) Agrigum HPS - высушенный , специально отобранный (вручную) и очищенный механически экссудат из ствола и веток Акации Сенегал (имеет отрицательное оптическое вращение);

Б) Agrigum Lump Cleaned - высушенный и очищенный механически экссудат из ствола и веток Акации Сенегал (имеет отрицательное оптическое вращение);

B) Agrigum Lump Talha - высушенный и очищенный механически экссудат из ствола

и веток Акации Сейял (имеет положительное оптическое вращение),

В зависимости от происхождения сырья продукты компании “Агрисейлс”

имеют различное функциональное  назначение:

1) Agrigum Spray R - получают из Lump Cleaned ( Акация Сенегал ) из раствора методом ультрафильтрации и распылительной сушки. Универсальный продукт для применения в кондитерской, фармацевтической , косметической промышленности в качестве стабилизатора  , эмульгатора  и связующего компонента ( изменение объемных свойств продукта)

2) Agrigum Spray R-HPS   - получают из Agrigum HPS из раствора методом ультрафильтрации и распылительной сушки. Используется при приготовлении высококачественных эмульсий с размером частиц до 1мкм.

3) Agrigum Spray R/E   - получают из   Lump Cleaned из раствора методом ультрафильтрации и распылительной сушки. Используется как универсальный стабилизатор при приготовления эмульсий. По сравнению с Agrigum Spray R-HPS дает более крупный размер частиц эмульсии  и  имеет другие параметры преломления света.

4) Agrigum Emulsive 1192K и Agrigum Emulsive 2000 -получают из Lump Cleaned . .Специальная разработка фирмы  для использования в качестве стабилизаторов эмульсий. От Agrigum Spray R-HPS и Agrigum Spray R/E отличаются более высокой вязкостью . Используются в меньшей концентрации  по сравнению с Agrigum Spray R/HPS и Agrigum Spray R/E.

5)    Agrigum Spray GMH - получают из Agrigum Lump Talha ( Акация Сейял) из раствора методом распылительной сушки. Используется   в кондитерской и фармацевтической промышленности , как агент для глазирования.)

6)     Agrigum Spray MGH - получают из Agrigum Lump Talha ( Акация Сейял) из раствора методом распылительной сушки. Используется   в кондитерской и фармацевтической промышленности как агент для глазирования и как инкапсулянт  ароматики . По сравнению с Agrigum Spray GMH имеет более низкий показатель вязкости.

Применяется в кондитерской и фармацевтической промышленности.

7) Agrigum Powder 1AS - получают из Lump Cleaned методом механической очистки .проходит тепловую обработку. Применяется в кондитерской промышленности.

. Гуммиарабик Agrigum ™ Spray GMH - удобное средство добавления растворимой клетчатки к таким продуктам, как йогурты, торты , кексы и пироги . Для использования в продуктах белого и светлого цвета, как альтернатива, применяется Agrigum ™ Spray R, или R-E.

Раствор Agrigum ™ Spray G/MH  может использоваться   вместо масла  для приклеивания специй к тарталеткам , хрустящим чипсам и т.д. до заключительной стадии выпечки. Замена масла раствором гуммиарабика также уменьшает степень нежелательного обжаривания во время выпечки.

Весь ассортимент Агригамов одобрен для пищевого применения, и соответствует JECFA и Codex спецификациям для пищевых продуктов .

Литература

1.   A.M.Islam, G.O.Phillips, A.Sljivo, M.J.Snowden  and P.A.Williams. A review of recent developments on the regulatory, structural and functional aspects of gum arabic. Food Hydrocoll. 1997, V.11, 493.

2.   A.K.Ray, Ph.B.Bird, G.A.Iacobucci and B.C.Clark. Functionality of gum arabic. Fractionation, characterization and evaluation of gum fractions in citrus oil emulsions and model beverages. Food Hydrocoll. 1995, V.9,123.

3.   G.O.Phillips, S.Takigami and M.Takigami. Hydration characteristics of the gum exudate from  Acacia Senegal. Food Hydrocoll. 1996, V.10, 11.

4.   P.A.Williams, G.O.Phillips and R.C.Randall (1990) In: Phillips,G.O., Wedlock,D.J. and Williams,P.A. (eds), Gums and Stabilisers for Food Industry, V5. Oxford University Press, Oxford, 25 pp.

5.   B.N. Chikamai, W.B.Banks, D.M.V.Anderson and W.Wang. Food Hydrocoll., V.10, 309.

6.   F.Thevenet. Acacia Gums: Stabilizers for Flavor Encapsulation. In: S.J.Risch and G.A.Reineccius (eds) (1988) Flavor Encapsulation, ACS Symposium Series 370, 37 pp.

7.   R.L.Whistler and J.N.BeMiller (1993) Industrial Gums, 3^rd edn. Academic Press, San Diego, CA.

8.   H.R.Reidal (1986) Confectionary Products, 433 pp.