Функции целлюлозы как пищевой добавки
Известная шутка про колбасу из опилок не так уж далека от истины. Мясной продукт делают, конечно, не из отходов лесопильного производства. В дело идет основной химический компонент древесины — целлюлоза.
В клеточных стенках хвойных и лиственных растений находится до 60% вещества. Особенно много его в хлопчатнике (до 93%).
Название продукта
Пищевая добавка зарегистрирована в европейской кодификации под номером E 460. Продукт включает два вещества:
- целлюлоза микрокристаллическая, синонимы: Е 460 (i), microcrystalline cellulose (международный), МКЦ;
- целлюлоза в порошке, синонимы: Е 460 (ii), powdered cellulose (международный), порошок целлюлозы.
Тип вещества
Национальный стандарт 32770-2014 относит добавку Е 460 к группе эмульгаторов. При растворении в воде целлюлоза образует гель, устойчивый к нагреванию. В ряде продуктов выполняет функцию наполнителя, осветлителя, препятствует слеживанию и комкованию сыпучих веществ.
По химическому строению целлюлоза — линейный гомополисахарид, построенный из остатков β-D-глюкозы.
Добавку Е 460 (i) получают путем реакции взаимодействия растительных волокон α-целлюлозы с водой в присутствии минеральных кислот, чаще соляной или азотной. Очищенный от олигосахаридов продукт сушат и измельчают.
Порошковую целлюлозу Е 460 (ii) выделяют из очищенных волокон хлопкового линта или хвойной древесины.
Оба вида имеют практически одинаковые свойства, структуру и сферу применения.
Свойства
| Показатель | Стандартные значения |
| Цвет | белый или или светло-желтый, допускается сероватый оттенок |
| Состав | остатки D-глюкопиранозы, примеси: лигнины; эмпирическая формула (С6Н10О5)n, где число мономеров от 300 до 1000 |
| Внешний вид | cыпучий или мелкокристаллический порошок |
| Запах | отсутствует |
| Растворимость | хорошая в ионной среде (расплавленных солях); не растворяется в воде и органических жидкостях |
| Содержание основного вещества | не менее 97% для E 460 (i), не менее 92% для E 460 (ii) |
| Вкус | отсутствует |
| Плотность | 200–700 г/дм³ |
| Другие | высокая гигроскопичность, термостабильность |
Упаковка
Добавку Е 460 упаковывают в стандартные многослойные бумажные или пищевые мешки с дополнительным полиэтиленовым вкладышем.
В качестве БАД целлюлоза поступает в розничную продажу. Тару выбирает производитель. Обычно используют:
- фольгированные или прозрачные полиэтиленовые пакеты;
- коробки картонные с дополнительным вкладышем;
- банки пластиковые.
Применение
Эмульгатор E 460 нашел применение в пищевой промышленности как многофункциональная добавка, позволяющая решить ряд технологических задач:
- улучшение консистенции, текучести продукта;
- снижение потери массы, увеличение выхода готового изделия;
- обогащение продуктов балластными волокнами;
- увеличение срока хранения сыпучих продуктов за счет предотвращения их слеживания.
В хлебобулочные изделия МКЦ включают для длительного сохранения мягкости продукта, снижения калорийности.
Добавку Е 460 можно встретить в составе майонезов, кетчупов, взбитых сливок, твердых сортов сыра.
Иногда целлюлозу добавляют в мороженое для предотвращения образования кристаллов льда.
Тиксотропные свойства, устойчивость к нагреванию позволяют применять добавку E 460 в изготовлении термостабильных кондитерских фруктовых начинок.
Одним из основных потребителей пищевого эмульгатора является мясоперерабатывающая отрасль. Микрокристаллическая целлюлоза входит в рецептуру колбасных изделий.
Внесение 1% добавки к весу сырья позволяет снизить потери при термической обработке, до 14% увеличивает выход готового изделия без снижения вкусовых качеств.
Добавление нерастворимой в воде целлюлозы к сосисочному фаршу предотвращает деформацию готового продукта при варке.
В мясных консервах добавка Е 460 выступает в роли балластного наполнителя.
Целлюлоза — вспомогательный компонент косметических средств. На ее основе производят кремы по уходу за кожей, маски для волос, зубные пасты, пудры. Само вещество не обладает биологической активностью. В состав препаратов вводят для улучшения вязкости, предотвращения комкования и слеживания.
Порошковая целлюлоза активно применяется в фармацевтической отрасли как наполнитель при изготовлении различных лекарственных форм. Использование добавки E 460 обусловлено широким спектром возможностей:
- повышает сыпучесть гранулированных порошков;
- за счет связывания масс позволяет изготавливать таблетки методом прямого прессования, это повышает их химическую чистоту и прочность;
- улучшает скольжение капсул и стойкость окраски.
Важное направление применения целлюлозы — изготовление биорезорбируемых медицинских изделий, включая имплантируемые. Препараты, способные рассасываться в организме человека, участвуют в регенерации тканей, не вызывая отторжения и полностью исключая побочные эффекты.
Добавка разрешена во всех странах. Суточная норма не установлена.
Польза и вред
Пищевая добавка Е 460 не усваивается в организме.
Есть предположение, что частицы размером менее 120 мкм могут всасываться в стенки пищеварительной системы. В целом же целлюлоза — типичное балластное вещество.
Ценность продукта на потребительском рынке обусловлена его высокими сорбирующими качествами. Целлюлоза эффективно очищает пищеварительную систему от токсинов, может связывать и выводить из организма ионы тяжелых металлов, радионуклиды.
К положительному моменту следует отнести свойство добавки Е 460 замедлять всасывание в кровь сахарозы.
Польза продукта несомненна, но увлекаться порошками МКЦ не стоит. Вещество не является селективным сорбентом. Добавка вместе со шлаками адсорбирует и выводит витамины, минералы, макро- и микроэлементы.
Большие дозы мелкокристаллической целлюлозы раздражают кишечник, провоцируют развитие длительного запора. Избежать проблемы можно, увеличив суточное потребление воды.
Пищевая добавка Е441 относится к группе трансгенных жиров, употребление которых может негативно сказаться на здоровье.
В каких отраслях применяется формиат кальция? Узнайте об этом здесь.
Что такое ксантовая медь и вредна ли она для человеческого организма? Узнайте об этом в нашей статье.
Основные производители
БАДы на основе целлюлозы выпускают российские фармацевтические компании: ЗАО «ФПК ФармВИЛАР», ООО «КоролевФарм», «Эвалар». Все они работают на сырье, поставляемом преимущественно из Китая и Индии.
В России добавку Е 460 для нужд пищевой, косметической, фармацевтической отраслей производит ФГУП «ПО «Прогресс» (город Кемерово). Предприятие было создано в 1933 году для изготовления боеприпасов.
Пищевую целлюлозу поставляют зарубежные компании:
- BASF (Германия);
- Ming Tai Chemical Co., LTD. (Тайвань);
- Xi’an Wharton Bio-Tech Co., Ltd. (Китай);
- DFE Pharma (Индия).
Производители БАДов рекламируют целлюлозу как эффективный продукт для снижения веса. Действие вещества, как и любой клетчатки, основано на способности разбухать в желудке, создавая ощущение сытости. Не стоит забывать, что влияние нерастворимых растительных волокон на организм мало изучено.
Целлюлоза (Cellulose, microcrystalline cellulose, powdered cellulose, целлюлоза микрокристаллическая, целлюлоза в порошке, E460)
Целлюлозой называют органическое вещество из семейства полисахаридов, являющееся главной составной частью клеточных оболочек растений. В международной классификации пищевых добавок целлюлозе присвоен индекс Е460, она входит в группу стабилизаторов, загустителей и эмульгаторов.
Общая характеристика Целлюлозы
Название целлюлоза происходит от латинского cellula (клетка, клетушка), вещество имеет твёрдую, стойкую, но при этом эластичную структуру, не растворяется в воде и при нагревании не разрушается.
Химическая формула [С6Н7О2(OH)3]n.
Разновидности:
- (i) Целлюлоза микрокристал0лическая (Microcrystalline cellulose);
- (ii) Целлюлоза в порошке (Powdered cellulose)
Выглядит как белый порошок либо как мелкие прозрачные кристаллы без вкуса и запаха. Сырьём для получения целлюлозы служат одеревеневшие волокна высохших растений (calorizator). Как пищевая добавка, Е460 выполняет функции стабилизатора и текстурирующего вещества, предотвращает комкование и слёживание продуктов питания.
Целлюлоза в природе
У большинства животных целлюлоза не расщепляется в организме из-за отсутствия необходимых для этого ферментов. Однако, многие травоядные и простейшие (например, жвачные животные и улитки) могут переварить целлюлозу, т.к. имеют специальные микроорганизмы, которые катализируют гидролиз целлюлозы. Конечным продуктом такого гидролиза является глюкоза, которая может использоваться жвачными животными.
Целлюлоза – очень прочное соединение, способное сохраняться без изменения очень долго. Она не растворяется в воде даже при кипячении.
Получение Целлюлозы
В промышленных масштабах Целлюлозу получают методом варки щепы сульфитным, натронным и сульфатным способом. Последний – наиболее распространенный на сегодняшний день, потому что пригоден для получения Целлюлозы из любого сырья растительного происхождения.
Польза и вред Е460
В организме человека целлюлоза представляет собой балластное вещество, которое не всасывается и не усваивается, при этом в значительной степени снижает калорийность пищевых продуктов, не изменяя органолептические свойства. Целлюлоза положительно влияет на обменные процессы организма, нормализует деятельность желудочно-кишечного тракта, снижает вероятность возникновения как доброкачественных, так и злокачественных новообразований. Добавка Е460 не является опасной для здоровья, поэтому допустимая суточная норма её употребления не установлена.
Применение Целлюлозы в промышленности
В качестве пищевой добавки-стабилизатора Е460 в своём составе целлюлозу имеют молочные продукты (особенно с пониженной калорийностью), кондитерские и хлебобулочные изделия, соусы.
Помимо пищевой промышленности целлюлозу используют в медицине как наполнитель лекарственных препаратов, адгезивные стоматологические материалы, санитарные салфетки, косметические препараты (крема, эмульсии, красители).
В химической промышленности целлюлоза применяется как загуститель, для получения пористых материалов, как сорбент, в производстве резины и полиуретанов, керамических изделий и т.д.
Использование Е460 в России
На территории Российской Федерации разрешено использование Целлюлозы в качестве неопасной для здоровья пищевой добавки.
В группу пищевых добавок целлюлозной природы (Е460—Е467) входят продукты механической и химической модификации и деполимеризации натуральной целлюлозы, представляющей собой линейный полимер, который состоит из соединенных в-1,4-гликозидными связями остатков D-глюкопиранозы.
Наличие в-гликозидной связи приводит на уровне вторичных и третичных структур (конформации полимерных цепей, упаковки цепей в фибриллы) к формированию линейных молекул с зонами кристалличности (высокоориентированными участками), включающими отдельные аморфные (неориентированные) участки. Такое строение обусловливает большую механическую прочность волокон целлюлозы и их инертность по отношению к большинству растворителей и реагентов.
Собственно целлюлоза используется в качестве пищевой добавки Е460 в двух модификациях:
- — Е460i — микрокристаллическая целлюлоза (частично гидролизованная кислотой по аморфным участкам, наиболее доступным для атаки реагентами, и затем измельченная; отличается укороченными молекулами);
- — Е460ii — порошкообразная целлюлоза, выделенная из растительного сырья (древесины, хлопка и т. п.) удалением сопутствующих веществ (гемицеллюлоз и лигнина) и затем измельченная. Основные технологические функции целлюлозы — эмульгатор и текстуратор, добавка, препятствующая слеживанию и комкованию. Химическая модификация молекул целлюлозы приводит к изменению свойств и, как следствие, к изменению функций в пищевых системах. В образовании производных целлюлозы большую роль играет доступность и реакционная способность гидроксильных групп в-D-глюкопиранозных остатков.
Статус пищевых добавок имеют семь химических модификаций целлюлозы, представляющих собой моно — или дипроизводные с простой эфирной связью (простые эфиры). В общем виде модифицированные целлюлозы могут быть описаны следующей формулой (строение и технологические функции пищевых эфиров целлюлозы представлены в табл. 8).
Таблица 8. Модифицированные целлюлозы и их технологические функции
Код | Название | X | Y | Технологические функции |
Е461 | Метилцеллюлоза | -CH3 | -H | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Е462 | Этилцеллюлоза | -CH2CH3 | -H | Наполнитель, связывающий агент |
Е463 | Гидроксипропилцеллюлоза | — CH2CH(OH) CH3 | -H | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Е464 | Гидроксипропилметилцеллюлоза | — CH2CH(OH) CH3 | — CH3 | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Е465 | Метилэтилцеллюлоза | — CH3 | -CH2CH3 | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор, пенообразователь |
Е466 | Карбоксиметилцеллюлоза (натриевая соль) | — CH2COONa | -H | Загуститель, стабилизатор |
Е467 | Этилгидроксиэтилцеллюлоза | -CH2CH3 | -CH2CH2OH | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Получение простых эфиров включает стадию повышения ее реакционной способности, поскольку плотная упаковка целлюлозных волокон, в целом, препятствует взаимодействию гидроксильных групп с молекулами реагента. С этой целью целлюлозу подвергают набуханию или переводят в растворимое состояние. В промышленных условиях процесс ведут в гетерофазной среде (дисперсия целлюлозы в ацетоне или изопропиловом спирте), обрабатывая целлюлозу раствором едкого натра при температуре 50 — 140оС с образованием алкалицеллюлозы (процесс мерсеризации).
Пищевые добавки целлюлозной природы являются безвредными, поскольку не подвергаются в желудочно-кишечном тракте деструкции и выделяются без изменений. Дневной суммарный прием с пищей всех производных целлюлозы может составлять 0 — 25 мг на килограмм массы тела человека. Их дозировки в пищевых продуктах определяются конкретными технологическими задачами.
Традиционно эти добавки используются при изготовлении хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных и низкожирных эмульсионных продуктов, а также безалкогольных напитков, где выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов многокомпонентных дисперсных систем, суспензий и эмульсий, обеспечивают необходимые консистенцию и вкусовые свойства.
В группу пищевых добавок целлюлозной природы входят продукты механической и химической модификации и деполимеризации натуральной целлюлозы. Целлюлоза представляет собой линейный полимер, который построен из звеньев D-глюкозы, соединенных 1,4-?-гликозидными связями.
Наличие ?-гликозидной связи приводит на уровне вторичных и третичных структур (конформации полимерных цепей, упаковки цепей в фибриллы) к формированию линейных молекул с зонами кристалличности (высокоориентированными участками), включающими отдельные аморфные (неориентированные) участки. Такое строение обусловливает большую механическую прочность волокон целлюлозы и их инертность по отношению к большинству растворителей и реагентов.
Целлюлоза в качестве пищевой добавки используется в двух модификациях:
- микрокристаллическая целлюлоза (E460i), частично гидролизованная кислотой по аморфным участкам, наиболее доступным для атаки реагентами, и затем измельченная; отличается укороченными молекулами;
- порошкообразная целлюлоза (E460ii), выделенная из растительного сырья (древесина, хлопок и т. п.) удалением сопутствующих веществ (гемицеллюлоз и лигнина), а затем измельченная.
Целлюлоза в качестве пищевой добавки используется как эмульгатор, текстуратор и как добавка, препятствующая слеживанию и комкованию.
Химическая модификация молекул целлюлозы приводит к изменению свойств и, как следствие, к изменению функций в пищевых системах.
В образовании производных целлюлозы большую роль играют доступность и реакционная способность гидроксильных групп в ?-,D-глюкопиранозных остатках. По реакционной способности гид-роксильные группы располагаются в последовательности ОН при С6 > ОН при С2 > ОН при С3.
Статус пищевых добавок имеют семь химических модификаций целлюлозы, представляющих собой моно- или дипроизводные с простой эфирной связью (простые эфиры). В общем виде модифицированные целлюлозы могут быть описаны следующей формулой:
Пищевые добавки целлюлозной Природы безвредны, так как не подвергаются в желудочно-кишечном тракте деструкции и выделяются без изменений. Дневной суммарный прием с пищей всех производных целлюлозы может составлять 0—25 мг/кг массы тела человека. Их дозировки в пищевых продуктах определяются конкретными технологическими задачами.
Метилцеллюлоза (Е461)и гидроксипропилметилцеллюлоза (Е464).
Растворяются в холодной воде (но не растворяются в горячей) с образованием вязких растворов. Вязкость растворов этих производных целлюлозы, зависящая от их концентрации и практически не зависящая от рН в диапазоне 2—13, снижается с повышением температуры до момента гелеобразования, которое наступает в интервале температур 50—90°С. По достижении температурной точки гелеобразования вязкость растворов начинает резко повышаться до температуры флокуляции (коагуляции с образованием рыхлых хлопьевидных агрегатов). Процесс обратим, т. е. при снижении температуры может быть получен исходный раствор, что обусловлено обратимостью процесса образования и разрыва водородных связей между полимерными молекулами эфиров целлюлозы и молекулами воды.
Гидроксипропилцеллюлоза (Е463).
Растворяется в воде при температуре, не превышающей 40°С. Ее растворимость повышается в присутствии сахарозы. Вязкость растворов, которая не зависит от рН в интервале 2—11, снижается с повышением температуры до момента флокуляции, наступающего, минуя стадию гелеобразования, в интервале 40—45°С. Процесс обратим, и со снижением температуры будет
происходить повторное растворение этого эфира целлюлозы в воде. Водные растворы гидроксипропилцеллюлозы проявляют поверхностную активность, действуя в дисперсных пищевых системах как эмульгатор. Растворы этого производного целлюлозы совместимы с большинством натуральных и синтетических водорастворимых полимеров — метилцеллюлозой, карбоксиметилцеллюлозой, желатином, альгинатами и др., что создает возможность их совместного использования для достижения конкретных технологических эффектов: для получения заданной величины вязкости, гелеобразования, формиро- вания необходимой текстуры.
Карбоксиметилцеллюлоза (Е466).
Растворяется и в горячей, и в холодной воде с образованием растворов различной вязкости, которая зависит от степени замещения гидроксильных групп в молекуле целлюлозы. Для пищевых целей обычно применяют карбоксиметилцел-люлозу (КМЦ) со степенью замещения 0,65—0,95, образующую растворы высокой и средней вязкости. Как и в случае других производных, вязкость растворов КМЦ уменьшается с повышением температуры, однако в отличие от них в растворах этой добавки гелеобразования или флокуляции не происходит Другая отличительная особенность — зависимость вязкости растворов КМЦ от рН. В интервале 5—9 она практически не зависит от рН, при рН ниже 3 может возрастать, а при рН выше 10 может уменьшаться. Смеси карбок-симетилцеллюлозы и гидроксипропилцеллюлозы обладают синерги-ческим эффектом, который проявляется в повышении вязкости их раствора по сравнению с вязкостью растворов индивидуальных добавок.
Модифицированные целлюлозы и их технологические функции
Е-номер | Название | X | Y | Технологическая функция |
Е461 | Метилцеллюлоза | -СН3 | -Н | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Е462 | Этилцеллюлоза | -СН2СН3 | -Н | Наполнитель, связующий агент |
Е463 | Гидроксипрпилцеллюлоза | -СН2СН(ОН)СН3 | -Н | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор |
Е464 | Гидроксипропилметилцеллюлоза | -СН2СН(ОН)СН3 | -СН3 | То же |
Е465 | Метилэтилцеллюлоза | -СН3 | -CH2CH3 | Загуститель, стабилизатор, эмульгатор, пенообразователь |
Е466 | Карбоксиметилцеллюлоза натриевая соль | -CH2COONa | -Н | Загуститель, стабилизатор |
Е467 | Этилгидрокси — этилцеллюлоза | -СН2СН3 | — СН2СН2ОН | Эмульгатор, стабилизатор, загуститель |
Процесс получения простых эфиров целлюлозы включает стадию повышения ее реакционной способности, поскольку плотная упаковка целлюлозных волокон препятствует взаимодействию гидроксильных групп с молекулами реагентов. Для этого целлюлозу подвергают набуханию или переводят в растворимое состояние, В промышленных условиях процесс ведут в гетерофазной среде (дисперсия целлюлозы в ацетоне или изопропиловом спирте), обрабатывая целлюлозу раствором гидроксида натрия при температуре 50—140°С с образованием алкалицеллюлозы (процесс мерсеризации). Пищевые производные целлюлозы получают взаимодействием алкалимодификации с галогеналкилами (образование метилированных и этилированных производных) или соответствующими эпоксидами (получение гидроксиэтил- и гидроксипропилпроизводных).
Комбинируя исходные реагенты, получают смешанные производные целлюлозы, например, метилэтилцеллюлозу, гидроксипропил-метилцеллюлозу и т. п.
Модификация целлюлозы аналогично модификации крахмала приводит к изменению свойств (растворимости, вязкости растворов, способности к гелеобразованию и т. п.), что отражается на ее технологических функциях в пищевых системах.
КМЦ — одна из самых распространенных пищевых добавок целлюлозной природы. Например, в 1987г. ее мировое производство составило 122,8 тыс. т, в том числе 66,5 тыс. т в Европе, 15,9 тыс. т в Японии, 27,4 тыс. т в США. На пищевые цели было использовано более 25 % общего объема производства.
Традиционно эти добавки используют в технологиях хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных и обезжиренных эмульсионных продуктов, безалкогольных напитков, где они выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов многокомпонентных дисперсных систем, суспензий и эмульсий, обеспечивают необходимые консистенцию и вкусовые свойства.
Критерии чистоты добавок этой группы аналогичны показателям модифицированных крахмалов.