Пищевые добавки целлюлозной природы

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

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.

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.

   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 

   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.

Товароведение продовольственных товаров, пищевые добавки.

Модифицированная целлюлоза ( Е461, Е463…465, Е467) используется в качестве загустителя (в холодной воде), при нагревании происходит обратимое гелеобразование. Все виды модифицированной целлюлозы, особенно метилцеллюлоза, являются хорошими наполнителями в таблетках. Они позволяют уменьшить добавку жира в продукт, а в сдобных хлебобулочных изделиях (в количестве 1…5 г/кг) обеспечивают увеличение удельного объема за счет усиления газообразования. Модифицированные целлюлозы (5…10 г/кг) загущают при холодном и горячем способе производства кетчупы и соусы, стабилизируют пену, улучшают структуру, уменьшают синерезис в мороженом и других взбитых десертах. Очень малое количество модифицированной целлюлозы (0,1…0,5 г/кг), добавленное в газированные напитки, способствует замедлению выделения из них газа.

Почти все загустители и гелеобразователи, за исключением крахмалов и желатина, являются растворимыми балластными веществами. Они не всасываются и не перевариваются. В количестве 4…5 г на один прием для человека они, как правило, являются легким слабительным. В соответствии с рекомендациями JECFA, ДСД подавляющего большинства загустителей и гелеобразователей не ограничена. Срок годности сухих загустителей и гелеобразователей, в соответствии с требованиями Госсанэпиднадзора РФ, от полугода до двух лет. Они обязательно должны храниться в сухом месте и быть защищены от прямых солнечных лучей и длительного воздействия тепла. Емкости, в которых хранят добавку, обязательно следует плотно закрывать после отбора каждой порции. Все гидроколлоиды являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому при работе с ними следует особенно тщательно соблюдать правила производственной санитарии и гигиены.

[Пищевые и биологически активные добавки : учебное пособие Л.А. Маюрникова, М.С. Куракин 2006.]

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 β-1,4-гликозидными связями ос-татков D-глюкопиранозы.
 Наличие β-гликозидной связи приводит на уровне вторичных и тре-тичных структур (конформации полимерных цепей, упаковки цепей в фибриллы) к формированию линейных молекул с зонами кристаллич-ности (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 моле-кулами);

— 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 дос-тупность и реакционная способность гидроксильных групп β-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

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 про-изводных 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 хлебобу-лочных и кондитерских изделий, молочных и низкожирных эмульсионных продуктов, а также безалкогольных напитков, где выступают в каче-стве эмульгаторов и стабилизаторов многокомпонентных дисперсных систем, суспензий и эмульсий, обеспечивают необходимые консистенцию и вкусовые свойства.

Целлюлоза и ее производные. В группу пищевых добавок целлюлозной природы входят продукты механической, химической модификации, деполимеризации натуральной целлюлозы. Целлюлоза состоит из звеньев β-D-глюкоприранозы, соединенных 1,4-β-гликозидными связями. Такое строение обусловливает большую механическую прочность волокон целлюлозы и их инертность по отношению к большинству реагентов и даже растворителей.

Целлюлоза в качестве пищевой добавки используется в двух модификациях: микрокристаллическая целлюлоза Е460i (имеет укороченные цепи) и порошкообразная целлюлоза Е460ii (очищенная от примесей гемицеллюлоз и лигнина). Ее используют как эмульгатор, текстуратор, добавка, препятствующая слеживанию и комкованию. Существуют семь модификаций целлюлозы. Наиболее распространенные: метилцеллюлоза Е461. Растворяется в холодной, но не растворяется в горячей воде, вязкость снижается с повышением температуры до 50-90°С, затем наступает гелеобразование и флокуляция (образование рыхлых хлопьев); карбоксиметилцеллюлоза КМЦ Е466. Растворяется в холодной и горячей воде, образуя растворы различной вязкости. Вязкость уменьшается с увеличением температуры, но гелеобразования и флокуляции не происходит. Вязкость растворов КМЦ зависит от значения рН. При рН ниже 3 вязкость возрастает, а при рН более 10 уменьшается.

Добавки модифицированной целлюлозы применяются в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных продуктов, напитков, где они выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов многокомпонентных дисперсных систем, обеспечивают консистенцию и вкусовые свойства. Эти добавки безвредны, их дозировки определяются технологическими задачами. Суммарный прием всех производных целлюлозы может составлять (ДСД) 0-25 мг/кг массы тела человека.

 [Учебно-методические материалы «Пищевые концентраты и добавки продукции переработки»  Касымов С.К., к.т.н., 2013]