Hidrocoloizi Neamidonoși Utilizați în Industria Cărnii

UNIVERSITATEA „Lucian Blaga” DIN SIBIU

FACULTATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE , INDUSTRIE ALIMENTARA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI

Proiectarea si conducerea proceselor tehnologice in industria carnii

Hidrocoloizi neamidonoși utilizați în industria cărnii

Coordonator : Masterand:

Prof. Univ. Dr. Ing. Olga Draghici Bontea Loredana Mihaela

-SIBIU-

2016

Introducere

Hidrocoloizii sunt polimeri macromoleculari, liniari sau ramificați, care se dispersează sau se dizolvă în apă, formând soluții vâscoase (agenți de îngroșare) sau geluri (agenți de gelificare).( http://www.agro-tv.ro/peliculele-comestibile-pentru-produse-din-carne/)

Motivul cel mai important din spatele utilizari ample a hidrocoloizilor în alimente este capacitatea lor de a modifica reologia sistem alimentar . Aceasta include două proprietăți de bază ale sistemului alimentar și anume , comportarea fluxului ( vâscozitatea) și proprietăți mecanice solide ( textură ).(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3551143/)

Modificarea texturii sau a vâscozitatea in sistem alimentar ajută să modifice proprietățile senzoriale , și, prin urmare , hidrocoloizi sunt utilizate ca aditivi alimentari importanți pentru a efectua diferite scopuri specifice . Este evident că mai multi hidrocoloizi fac parte din categoria de aditivi alimentari autorizați în multe țări din întreaga lume.

Hidrocoloizi au o gamă largă de proprietăți funcționale în produsele alimentare . Acestea sunt folositi ca agenti de îngroșare , de gelifiere , de emulsionare , stabilizare și pentru controlul creșterii cristalelor de gheață și zahăr , deși proprietățile de bază pentru care hidrocoloizi isi găsesc utilizare excesiva sunt ca agenti de îngroașare și de gelifiere . Hidrocoloizi sunt dispersati în apă pentru a se obține un efect de îngroșare sau de vâscozitate . Această proprietate de dispersie in apa este comună tuturor hidrocoloizi și este motivul principal pentru utilizarea lor generală. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3551143/)

Gradul de îngroșare variază în funcție de tipul și natura hidrocoloizilor , cativa dintre acestea dau vâscozități scăzute la o concentrație destul de mare , dar cele mai multi dintre ei oferind viscozități ridicate la concentrație , sub 1 % . In timp ce toti hidrocoloizi au propietatea de îngroșare , câteva dintre acesti biopolimeri au și o altă proprietate importantă de a fi capabil de a forma geluri . Formarea de gel este fenomenul care implica asocierea sau reticularea lanțurilor polimerice pentru a forma o rețea tridimensională care este capabila sa imobilizează apei în interiorul ei pentru a forma o structură rigidă , care este rezistent la curgere . Cu alte cuvinte , ea devine viscoelastica care prezintă ambele caracteristici ale unui lichid și solid .( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3551143/)

Hidrocoloizii naturali sunt de natură glucidică sau proteică.

Hidrocoloizii de natură glucidică (poliglucide) utilizați în industria alimentară sunt:

amidonul

celuloza și derivații săi

extracte din alge: carrageenani, agar, fulcellaran

exudate și gume din plante: guma arabică, karaya, tragacanth

gume din semințe: guma locust bean și guar

extracte din plante: pectina

gume de fermentație (microbiene): guma xanthan și guma gellan

Derivatele proteice sunt:

de natură vegetală: gluten, derivate proteice din soia și din alte semințe leguminoase sau oleaginoase

de natură animală: gelatina, globina din sânge, proteinele plasmei sanguine, proteinele din lapte (cazeina și derivații acesteia, proteinele serice)

(http://www.agro-tv.ro/peliculele-comestibile-pentru-produse-din-carne/)

Condițiile economice, varietatea, confortul, diferențele regionale, precum și problemele de sănătate joacă un rol important în obținerea produselor din carne. La prelucrarea cărnii sunt utilizate numeroase ingrediente diferite de carne: săruri, amidon, gume, enzime, proteine, uleiuri, condimente etc. Hidrocoloizii neamidonoși au un rol important ca ingrediente în produsele din carne întrucât pot ajuta proteinele din carne în retenția umidității, pot modifica textura și pot face produsele mai economice și mai gustoase, satisfăcând, în același timp, nevoile de hrană și preferințele consumatorilor.( http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Utilizarea adaosurilor în produsele din carne

Compoziția produselor din carne diferă în timp și spațiu, motivul determinant fiind condițiile economice. Producătorii depun eforturi pentru a asigura produse accesibile majorității populației, înlocuind proteinele din carne cu ingrediente mai puțin costisitoare, diferite de carne. Un alt motiv pentru variația compoziției produselor din carne este reprezentat de disponibilitatea materiei prime. Grăsimea animală, de exemplu, este mai puțin disponibilă în unele zone ale lumii, astfel că producătorii trebuie să facă ajustări pentru a suplini lipsa acesteia. În alte zone, înlocuirea grăsimii este determinată de tendința consumatorilor spre produse cu conținut mai scăzut de grăsime dar care să aibă, în același timp, gustul și textura cât mai apropiate de cele ale produselor tradiționale.

Preocupările legate de siguranța alimentară impun modificarea rețetelor de fabricație pentru a rezista la tratamentele care promovează un produs mai sigur. Astfel, întrucât tratamentul termic după ambalare (fierbere, pasteurizare etc.) poate provoca pierderi însemnate de umiditate din produs, este necesar adaosul unui ingredient care ajută la păstrarea umidității(http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Proteinele sunt componentele principale ale cărnii care ajută la menținerea umidității. În carnea prelucrată, respectiv în produsele din carne, proteinelor li se poate cere să rețină mai multă apă decât sunt intrinsec capabile. Optimizarea utilizării corespunzătoare a altor ingrediente de bază, de exemplu sarea și fosfatul, precum și condițiile de prelucrare, îmbunătățesc capacitatea proteinelor de a reține umiditatea.

Cu toate acestea, în multe cazuri acest lucru nu este suficient pentru a satisface dorințele producătorului și, în cele din urmă, ale consumatorului. Prin urmare, este nevoie de ingrediente care ajută la păstrarea excesului de umiditate, selecția acestora făcându-se atât în funcție de preț, cât și de contribuția globală asupra produsului.

La selectarea ingredientelor pentru o anumită funcție trebuie să se acorde atenție modului în care aceste ingrediente lucrează în prezența altor componente, întrucât poate avea loc concurența pentru umiditate. Un ingredient cu afinitate mai mare pentru apă poate să nu permită hidratarea corespunzătoare a celorlalte componente, astfel că rezultă o scădere considerabilă a randamentului. (http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

În anumite situații, de exemplu la utilizare în exces, unele ingrediente vor prelua mai multă apă decât pot gestiona confortabil, eliberând-o în timpul prelucrării termice sau al depozitării. Utilizarea optimă a ingredientelor oferă cea mai bună funcționalitate de ansamblu, la cel mai bun cost.

Hidrocoloizii neamidonoși sunt importanți în industria actuală de prelucrare a cărnii datorită îmbunătățirilor pe care le asigură, atât tehnologice precum retenția de apă, modificarea texturii, creșterea stabilității, cât și economice (produse mai ieftine), respectiv dietetice prin înlocuirea amidonului ca ingredient. Cei mai utilizați sunt caragenanul și alginații. Există cercetări, încercări și chiar utilizări restrânse ale altor substanțe, considerate hidrocoloizi neamidonoși, la fabricarea produselor din carne (gumele caruba, gelan, xantan, curdlan etc.).

Utilizarea caragenanului

Caragenanul este un polizaharid liniar sulfatat extras din alge marine roșii, comestibile. Extractele gelationase din alga marină Chondrus crispus în zona Atlanticului de Nord sau Gigartina în China au fost utilizate în alimentație de secole.

În prezent, caragenanul este obținut industrial și folosit pe larg în industria alimentară datorită proprietăților de gelificare, îngroșare și stabilizare. Utilizările principale sunt în produse din carne și produse lactate datorită formării unor legături puternice cu proteinele din alimente.( http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Caragenanul este alcătuit din unități diglucidice repetitive, compuse din galactoză și 3,6-galactoză anhidră, atât sulfatate, cât și nesulfatate, unite prin legături alfa-1,3 și beta-1,4 glicozidice alternative. Tipurile principale de caragenan, kapa, iota și lambda diferă prin gradul de sulfatare. Astfel, kapa-caragenan are o grupare sulfat, iota-caragenan are două grupări sulfat, iar lambda-caragenan are trei grupări sulfat la fiecare diglucid.

Caragenanul kapa, extras din alga Kappaphycus alvarezii, fostă Eucheuma cottonii, formează geluri foarte puternice și friabile. Tipul iota, obținut din Eucheuma denticulatum, este mai puțin puternic și mai elastic. Caragenanul lambda, obținut din Gigartina, nu gelifică și este utilizat în special pentru formarea suspensiilor de particule pentru sosuri.

(http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

În industria cărnii sunt utilizați caragenanii kapa și iota pentru a reține apa și a îmbunătăți textura. Lambda caragenan poate fi folosit pentru retenția de umiditate, dar în detrimentul texturii. Cele mai frecvente utilizări sunt pentru produsele din piept de curcan, șuncă (afumată, presată etc.), carne de vită pentru friptură și grătar, imitație de fructe de mare din surimi.

Caragenanul îmbunătățește retenția apei, consistența, textura și ușurează felierea produselor din carne de pasăre cu un nivel ridicat de saramură adăugat. În regiuni ale lumii în care se adaugă 8-12 % amidon pentru a se realiza produse economice, caragenanul se adaugă în proporție de 0,5-0,8 % pentru a îmbunătăți controlul sinerezei și a ușura felierea.

Caragenanul este considerat GRAS (Generally Recognised as Safe) în reglementările FDA (Food and Drug Administration). FDA nu face nicio deosebire între caragenan și alga marină Euchema prelucrată (processed Euchema seaweed, PES), ambele fiind denumire caragenan. Departamentul pentru Agricultură al SUA (USDA) restricționează utilizarea caragenanului la 1,5 % în produsul finit, însă utilizarea obișnuită este sub 1 %. În Uniunea Europeană, caragenanul (E407) și PES (E407a) sunt considerați aditivi alimentari permiși, în mod general, pentru a se obține un anumit beneficiu tehnologic (Anexa 1 a Directivei Parlamentului European și a Consiliului 95/2/CE).

În Europa, utilizarea caragenanului este interzisă preventiv în alimentele pentru sugari, ecologice sau nu, dar permisă în alte alimente. În SUA, caragenanul este permis în alimentele ecologice, inclusiv în sucuri, ciocolată cu lapte și alimente pentru sugari ca și în alte tipuri de alimente.( http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Utilizarea alginaților

Alginații utilizați în industria alimentară fac parte din categoria stabilizatorilor, adică, a substanțelor care au drept rol păstrarea alimentelor în starea lor inițială, îndeplinind totodată și rolul de emulgatori, precum și de agenți de îngroșare și/sau aglomerare, în funcție de tipul lor. Aceștia poartă denumirea generică de „aditivi alimentari”, fiind definiți, conform Codex Alimentarius drept „acele substanțe care nu au valoare nutritivă sau care se folosesc în scopuri nenutritive, care se adaugă în masa produsului alimentar sau la suprafața acestuia, în scopul conservării în timp a caracteristicilor fizice și fizico-chimice,  pentru evitarea alterării spontane sau pentru a conferi produsului alimentar caracteristici particulare de aspect, gust, miros, consitență”.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Caracteristici și proprietăți

Alginați constituie polizaharide structurale primare de alge marine brune ( Phaeophyceae ) . Moleculele de alginat furnizează atât flexibilitate și rezistență la plante și aceste proprietăți sunt adaptate ca fiind necesare pentru condițiile de creștere în mare .Maiorul specii de alge marine care produc alginate sunt Macrocystis pyrifera , cultivate în primul rând de-a lungulcoasta Californiei a SUA , și sud- coastelor nord-vest ale Americii de Sud , și coastelor din Australia și Noua Zeelandă. Avantajul principal al alginatilor este formare de geluri care au capacitatea sa fie stabule la căldură . In aplicatii alimentare, este în primul rând formarea gelului cu ionii de calciu , care este cel mai de interes. (http://www.aocs.org/Membership/FreeCover.cfm?ItemNumber=40838)

Alginații alimentari se obțin din peretele celular al algelor marine brune, extrem de bogate în calciu, magneziu și sodiu, precum și în săruri ale acidului alginic, prin  extracție, rezultând o pudră cu excelente proprietăți coloidale, utilizată pe larg în industria alimentară, de la înghetată, la produse de patiserie, toppinguri, sosuri, fructe și legume prelucrate, conserve, alimente destinate bebelușilor pe baza de cereale prelucrate, și, evident, preparate din carne.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Dat fiind spectrul larg de proprietăți coloidale al acestor aditivi alimentari, precum și siguranța lor pentru consumator, nu este de mirare că sunt utilizați în atât de multe ramuri ale industriei alimentare, aceștia îndeplinind cu succes trei dintre cele mai importante funcții ale aditivilor alimentari. În primul rand, sunt excelenți agenți de îngroșare, având abilitatea de a mări vâscozitatea soluțiilor apoase. În al doilea rând, alginații sunt foarte buni gelifianți, în prezența sărurilor de calciu din soluțiile apoase, formând rapid geluri stabile la cald.

(http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Totuși, tăria gelurilor de alginat, precum și vâscozitatea soluțiilor apoase cu adiție de alginat, depind de specia de alge brune din care acesta a fost obținut.  Nu în ultimul rând, alginații alimentari au proprietatea de a forma filme, respectiv fibre de alginat, cu diverse aplicații în ramurile industriei alimentare.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Aplicabilitate în procesarea cărnii

Toate aceste proprietăți fizico-chimice și coloidale își găsesc, așa cum am mai spus, diverse aplicații în industria alimentară, dar, în ceea ce urmează, vom aborda utilizarea lor în industria cărnii și a preparatelor din carne.

O primă utilizare a alginaților alimentari în industria cărnii este în cazul produselor obținute din carne tocată, mărunțită sau tăiată în bucăți de dimensiuni mici. În această situație, alginații îndeplinesc roulul de lianți chimici, în sensul că „leagă” carnea, rezultând produse finite de tipul chiftelelor, nuggets-urilor, chiar și a unor fripturi sau rulade din categoria semipreparatelor.  Ca liant, în acest caz, se utilizează o pudră de alginat de sodiu, carbonat de calciu, acid lactic și lactat de calciu, care, în contact cu carnea crudă, formează un gel de alginat de calciu care unește bucățile de carne între ele.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Această proprietate de gelifiere este extrem de valoaroasă nu numai când vine vorba de produse destinate consumului uman, ci și atunci când vorbim de reducerea semnificativă a pierderilor în urma procesului de abatorizare, în sensul că o bună parte din deșeurile rezultate pot fi valorificate sub formă de conserve pentru câini sau pisici, tot prin folosirea alginatului, ca liant/agent de gelifiere, în proporție de până la 1%, rezultând un produs finit ieftin și întru totul nedăunător prietenilor noștri necuvântători.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Indicați în procesarea peștelui

Același principiu se aplică și în cazul preparatelor din pește sau fructe de mare, ca de exemplu fish fingers sau chipsurile de creveți. În acest caz, amestecul de carne mărunțită, alginat, proteine din soia și arome, este extrudat într-o baie de clorură de calciu, rezultând o masă de fibre comestibile care sunt apoi tocate, glazurate cu alginat de sodiu și apoi trase printr-o matriță.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

O altă aplicație importantă a alginaților constă în abilitatea acestora de a conserva pestele înghețat. O problemă de  care industria peștelui congelat s-a lovit o lungă perioadă de timp, a fost cea a râncezirii oxidative a grăsimii din peștii grași, precum heringul sau macroul, în ciuda faptului că aceștia erau congelați rapid și apoi păstrați la temperaturi joase.  Soluția a venit sub forma unui jeleu pe bază de alginat de calciu, în care peștii erau imersați înainte de congelare, contactul lor cu aerul în timpul congelării fiind inexistent, datorită structurii gelatinoase care îi înconjoară și care formează un film subțire, la suprafața bucăților de pește, nemaiexistând astfel condiții propice apariției fenomenelor de oxidare și, implicit, de râncezire.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Această metodă reduce și timpul necesar congelării peștelui cu până la 25 %, eliminând totodată și problema mirosului neplăcut, asociat în  general peștelui. Ba, mai mult, la decongelare, acesta se dezgheață simultan cu jeleul în care a fost congelat, nefiindu-i afectate consitența, aspectul sau structura fibrei.

Aplicabilitate în procesarea cărnii de vită și de pui

Dar, și în cazul carcaselor ori a bucăților de vită congelate, utilizarea unei glazuri pe bază de alginat de calciu, înainte de faza tehnologică a congelării propriu-zise, nu numai că protejează carnea de eventualele (re)contaminări bacteriene, ci și permite reabsorbția sucurilor celulare eliminate în timpul decongelării. Carnea de vită se imersează înainte de congelare într-o soluție de alginat de sodiu cu o concentrație de 10-15%, apoi, într-o soluție de clorură de calciu 3,5 – 5%, urmată de glicerol 10-20%, cu rol de plastifiant, după care se congelează în saramură la -20 grade Celsius.  Acest proces este reversibil, în sensul că glazura pe baza de alginat de calciu poate fi dizolvată utilizând polifosfat de sodiu.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Pe lângă acestea, alginații au aplicabilitate și în cazul cărnii de pui congelate, în același sens ca în cel al cărnii de vită, dar și în cazul frăgezirii cărnii în calitate de catalizator al enzimelor proteolitice responsabile cu acest fenomen, dar și al prelungirii vieții la raft a cârnaților, prin aplicarea unui strat de etil-celuloză, peste cel de alginat de calciu care aderă, la rândul său, direct la suprafața produsului. De altfel, alginații, datorită proprietăților conservante, se utilizează și pentru ambalajele din industria cărnii, în special în cazul membranelor destinate preparatelor din carne care au aplicat un strat subțire de alginat care, în contact cu carnea, o păstrează proaspată, timp mai îndelungat.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Trebuie, însă, în mod obligatoriu, să subliniem faptul că utilizarea alginaților este strict reglementată, atât de legislația europeană, cât și de cea națională. Mai mult decât atât, multe companii de procesare caută să elimine sau să diminueze utilizarea lor, orientându-se spre ceea ce denumim ”produs curat”.( http://www.fabricadecarne.ro/alginati-utilizati-in-preparatele-din-carne)

Alți hidrocoloizi neamidonoși

Guma caruba

Este cunoscută ca locust bean gum (LBG) este extrasă din semințele de caruba, arbore din regiunea mediteraneeană, și utilizată ca agent de îngroșare și gelificare în industria alimentară. Din punct de vedere structural, guma caruba este un polizaharid cu masă moleculară mare, alcătuit din galactoză și manoză unite prin legături glicozidice (galactomanan).( http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

În SUA, guma caruba are statutul GRAS, iar utilizarea sa nu este limitată dacă sunt respectate practicile bune de producție (good manufacture practices, GMP). USDA permite utilizarea acestei gume în produsele din carne de porc conservate în combinație cu caragenan și gumă xantan, limita maximă fiind de 0,5 % din masa totală a produsului. În Uniunea Europeană, guma caruba are atribuit numărul de referință E410 în lista de aditivi aprobată.

(http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Guma de caruba are o capacitate puternică de susținere a apei . Prin urmare , este folosit foarte eficient ca un liant și lubrifiant în fabricarea mezelurilor și produse din carne umplute . Acesta îndeplinește funcții specifice în produsele din carne cum ar fi:

controlul in sinereză ;

prevenirea migrației grăsime în timpul depozitării ;

controlul vâscozității fazei lichide în timpul procesării și răcirea ;

controlul acumulării de apă în recipient în timpul depozitari( Ercelebi și Ibanoglu 2010 )

Guma gelan

 Este un heteropolizaharid cu masă moleculară mare produs prin fermentarea unui carbohidrat de o cultură pură a bacteriei Sphingomonas elodea. Unitatea de bază este un tetrazaharid alcătuit din resturi de glucoză, acid glucuronic, glucoză și ramnoză legate beta-1,4 glicozidic. Legătura dintre unitățile de bază este de tipul beta-1,3 glicozidic.( http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2

Cercetările întreprinse în ultimele două decenii arată că guma gelan gelifică în prezența ionilor, îndeosebi de calciu, și poate îmbunătăți efectul alginaților în produsele structurate din carne. Totuși, la adaosul crescut de apă, fermitatea texturii se reduce. Guma gelan este considerată GRAS în SUA și permisă ca aditiv în UE (E218). (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3931889)/

Guma curdlan 

Este un homopolimer al D-glucozei cu legături beta-1,3 glicozodice produs prin fermentarea glucozei de bacteria Alcaligenes faecalis var. Myxogenes. Formează geluri în funcție de temperatura la care este încălzită: gel reversibil la 60°C, gel stabil termic la 80°C.

Deși există câteva cercetări în Japonia care au utilizat guma curdlan ca ingredient în diferite alimente, inclusiv la prelucrarea cărnii, în SUA guma curdlan este aprobată de FDA ca stabilizator, agent de îngroșare și de îmbunătățire a texturii. (http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Utilizarea în produse standardizate din carne, inclusiv produse din cane de pasăre nu este aprobată, dar este permisă în produse nestandardizate. În Uniunea Europeană guma curdlan nu este aprobată ca aditiv alimentar.( http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2)

Bibliografie

Ercelebi EA, Ibanoglu E. Stability and rheological properties of egg yolk granule stabilized emulsions with pectin and guar gum. Int J Food Prop.

http://www.aocs.org/Membership/FreeCover.cfm?ItemNumber=40838

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3551143/

http://cdn.intechweb.org/pdfs/29151.pdf

http://www.agro-tv.ro/peliculele-comestibile-pentru-produse-din-carne/

http://www.fabricadecarne.ro/hidrocoloizi-neamidonosi-utilizati-industria-carnii-2