А.В. Борисенко, Ю.И. Алексеева, С.А. Климова
ООО «Скорпио-Аромат»
В статье рассматриваются вопросы, касающиеся проблемы взаимодействия ароматизаторов и вкусоароматических веществ с компонентами продуктов питания, а также влияние отдельных факторов технологического процесса их изготовления на концентрации этих веществ в газовой фазе над продуктом. В работе использованы материалы международного симпозиума «Flavor-Food Interactions», под ред. Robert J. McGorrin, Jane V.Leland, American Chemical Society, Washington, DC.
При производстве ароматизаторов, как правило, используется большое количество разных компонентов: сложные эфиры, спирты, кислоты, альдегиды, гетероциклические соединения, натуральные эфирные масла и др. Количество этих веществ в сложных ароматизаторах может быть более двухсот. Большинство из них представляет собой высоколетучие соединения, что и предопределяет их применение в качестве ароматобразующих веществ.
Сложность при составлении вкусоароматических композиций для пищевой промышленности заключается в том, что флейвористу необходимо не только подобрать все необходимые для данного ароматизатора вещества, определить их концентрацию, совместимость, но и учитывать ряд факторов, которые буду влиять на восприятие ароматизатора в готовом продукте.
В настоящее время существует много гипотез относительно природы взаимодействия и взаимного влияния ароматизаторов и так называемой «пищевой матрицы». Обращают на себя внимание следующие подходы к рассмотрению этого сложного вопроса:
• Связывание, удерживание или абсорбция летучих ароматобразующих соединений в пищевом субстрате.
• Распределение компонентов ароматизатора на границах раздела различных фаз (жидкой, твердой и газообразной), причем жидкая подразделяется, как минимум, на две основные фазы: воду и масло.
• Высвобождение ароматизатора, а именно способность летучих ароматических соединений свободно диффундировать из объема пищевой матрицы в газовую фазу, где они воспринимаются и идентифицируются.
Взаимодействие ароматизаторов с компонентами пищевых продуктов определяется их составом и физико-химическими свойствами. Литературные данные свидетельствуют, что фиксация ароматических веществ в объеме продукта представляет собой результат следующих возможных взаимодействий [1]:
• образование ковалентных связей альдегидов и (или) кетонов с амино-группами белков, входящих в состав продукта (необратимые процессы);
• образование водородных связей, которые характеризуют взаимодействие полярных групп ароматических веществ с компонентами пищевого продукта;
• Ван-дер-Ваальсовые (гидрофобные) взаимодействия неполярных групп компонентов ароматизатора с молекулами жиров, полисахаридов, входящих в состав продукта (обратимые реакции);
• формирование сложных супра-молекулярных структур и комплексов включения компонентов ароматизатора с полисахаридами и белками.
Важно учитывать физико-химические процессы, происходящие на границе раздела фаз, особенно в тех случаях, когда речь идет о таких сложных пищевых системах, как эмульсионные продукты (колбасы, майонезы, жиры, масла, мороженое, напитки и многое другое).
Но продукт питания не существует сам по себе, его дальнейшая «судьба» определена. Употребление пищи -это еще один этап на пути тестирования ароматизатора, поскольку здесь приобретают значение такие процессы, как измельчение, растворение, нагревание, воздействие ферментов и др.
Поэтому специалисту, занимающемуся разработкой ароматов для продуктов питания необходимо учитывать эти факторы для создания гармоничных и идентифицируемых композиций, соответствующих каждому виду продукта индивидуально.
В этом обзоре мы не будем подробно останавливаться на рассмотрении всех вышеизложенных механизмов взаимодействия ароматизаторов и компонентов пищевого субстрата. Отметим только, что затронутая нами тема будет интересна не только для разработчиков ароматизаторов (флейвористов), специалистов по прикладным технологиям, но и для технологов пищевых предприятий, для которых вопросы дозировок, последовательности внесения ароматизаторов, технологические аспекты применения добавок остаются открытыми.
Аромат продуктов (или других объектов) определяется смесью летучих веществ, которые поступают из продукта в паровую (газовую) фазу над ним. Качество аромата зависит от состава летучих веществ в паровой фазе и его интенсивность - от концентрации этих веществ. При внесении пищевых ароматизаторов в продукт взаимодействие компонентов ароматизаторов с компонентами продуктов приводит к тому, что состав летучих веществ в паровой фазе может существенно отличаться от состава исходного ароматизатора, т.е. продукт может иметь аромат, значительно отличающийся от ожидаемого.
Одним из наиболее интересных примеров, демонстрирующих сложные процессы взаимодействия ароматизатора и пищевых субстратов, по нашему мнению, является исследование, посвященное изучению взаимосвязи структуры эмульсий и восприятия ароматизатора в готовом продукте. Работа выполнена Дж. Баккером и Д. Мела и опубликована в книге [2].
Опираясь на существующие литературные источники, можно сказать, что в большинстве продуктов питания жировая фаза присутствует в форме эмульсий 1-го или 2-го рода (масло в воде, вода в масле). Именно поэтому эмульсионная модель показалась исследователям наиболее приемлемой для рассмотрения взаимного влияния пищевого субстрата и ароматизатора. К настоящему моменту хорошо известны различные физико-химические модели для определения летучести ароматизатора, но они, к сожалению, не отличались содержательными количественными методами оценки ощущения ароматизатора [3-7].
Авторы [2] разработали количественный метод определения концентрации летучих веществ в паровой фазе над модульным пищевым продуктом с помощью газовой хроматографии. Этот метод позволил установить влияние состава и свойств модельного продукта на интенсивность запаха одного и того же ароматизатора. Модельные продукты представляли собой эмульсии 1-го и 2-го рода, в которых жировая фаза была представлена жирными кислотами с различной степенью насыщения -стеариновая и олеиновая. Авторы предполагали, что важнейшим фактором, оказывающим влияние на высвобождение ароматизатора, являются равновесные процессы, возникающие на границе раздела фаз.
В качестве объектов исследования были выбраны следующие:
• ароматизирующий компонент -диацетил, поскольку это вещество хорошо растворимо как в водной, таки в жировой фазах;
• эмульгатором служил сложный эфир сахарозы, коммерческое название S-370, значение ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) = 3,0;
• во избежание артефакта была выбрана единая масляная фаза для обеих эмульсий - подсолнечное масло рафинированное;
• водная фаза - деионизированная вода.
Проводилась тщательная подготовка образцов эмульсий, в которые последовательно вносили диацетил в заданном диапазоне концентраций. Количество образцов было приготовлено с учетом последующей статистической обработки, которая осуществлялась с помощью специально разработанных компьютерных программ [2].
В ходе эксперимента оценивали концентрацию диацетила в газовой фазе и рассчитывали относительную скорость высвобождения ароматизатора из двух видов эмульсий, а также из каждой фазы в отдельности. Объем модельных систем и концентрация диацетила были одинаковы во всех экспериментах.
Полученные данные по изменению концентрации диацетила в паровой фазе над модельными продуктами показали, что его высвобождение из всех продуктов проходило с различной скоростью. В результате через один и тот же промежуток времени его концентрация в паровой фазе и, следовательно, интенсивность запаха, существенно различались. На рисунке приведена концентрация диацетила в паровых фазах через 7 мин после его введения в модельные продукты (рисунок составлен по данным работы [2]).
Как видно, меньше всего диацетил высвобождается из водных растворов. В паровой фазе над подсолнечным маслом концентрация диацетила была в 2 раза больше, чем над водным раствором, а скорость высвобождения (изменение концентрации в единицу времени) из масла была в 2 раза выше, чем над водным раствором, а скорость высвобождения (изменение концентрации в единицу времени) из масла в пять раз превышала скорость высвобождения из воды. Максимальная концентрация диацетила в паровой фазе была над эмульсией первого рода (масло/вода), над эмульсией второго рода (вода/масло) она была практически такой же, как над масляным раствором (см. рисунок).
Из поведения одорантов в водных и липидных системах были сделаны попытки предсказать их поведение в различного типа эмульсиях. Однако полученные экспериментальные скорости высвобождения диацетила из эмульсий были значительно больше, чем рассчитанные. Это свидетельствует о том, что модельные системы не могут удовлетворительно предсказывать поведение одорантов в реальных продуктах и необходимо проводить большие экспериментальные исследования для определения факторов, влияющих на связывание и высвобождение одорантов, т.е. на интенсивность и стабильность ароматапродуктов. Из представленных экспериментальных результатов следует, что важнейшими параметрами, влияющими на эти процессы в эмульсиях, служат размер и структура межфазной поверхности между каплями и непрерывной фазой, которая регулирует массоперенос веществ между двумя фазами. В реальных пищевых продуктах большое влияние на равновесное распределение одорантов между ним и паровой фазой оказывает состав продукта и его структура, а также химические свойства и структура одорантов, входящих в состав ароматизаторов.
Как было показано в предыдущем эксперименте, в жировых системах ароматизатор ведет себя более эффективно, чем в продуктах, содержащих различные виды заменителей жиров.
Существует достаточно много работ, в которых детально изучено поведение одорантов различной структуры. Наиболее уязвимыми являются такие соединения, как ванилин, цитраль, диацетил, пиразины, бензальдегид, лимонен и др.
Важно отметить, что в последнее время достаточно четко прослеживается тенденция в употреблении низкокалориных продуктов и продуктов с меньшим содержанием жира. Это и низкожирные майонезы, соусы, мороженое, комбинированные масла, различные молочные продукты. Для получения таких продуктов с хорошими потребительскими характеристиками используют ароматизаторы.
В качестве примера можно привести ароматизатор «Масло сливочное 2418», разработанный флейвористами ООО «Скорпио-Аромат» в 2000 г. Основным вкусоароматическим соединением служит диацетил. Его концентрация в ароматизаторе, а также состав и концентрации других ароматобразующих веществ подобраны с учетом поведения этих соединений в эмульсионных продуктах. Применение ароматизатора в производстве жировых продуктов позволяет получить полный сбалансированный вкус и аромат сливочного масла.
Вышеприведенные результаты легли в основу разработки ароматизаторов и способов их применения для всех отраслей пищевой промышленности. Специалисты лаборатории прикладных технологий ООО «Скорпио-Аромат» готовы подобрать для Вас высокотехнологичный ароматизатор, который позволит облегчить работу предприятия по выпуску продукции нового вкусоароматического ряда.
ЛИТЕРАТУРА
1. MaierH.G.Chem. 1970, 9, 7.
2. Bakker J., Mela D.J. Effect ofemulsions structure on flavor releaseand taste perception, Am. Chem. Soc.Chapter 4.
3. McNuty P.B., Karel M.J. FoodTechnology. 1973,8/
4. McNuty P.B. Food structure andbehaviour, Academic press, London,1987/
5. Darling D.F., Williams D., YendlP.In interactions of Food components,Elsveier Applied Science. London. 1986,pp. 165-188.
6. Maier H.G. In aroma research,1997, №2, pp. 143-157.
7. Overbosch P., Aferof W.G.M.,Haring P. G.M. Food rev. inf. 1991. 7 (2)