Структура геллановой камеди

Первичная структура геллановой камеди представлена повторяющимися звеньями линейного тетрасахарида:

Полимер получают за счет двух ацильных заместителей на 3-й глюкозе, а именно L-глицерил на 0(2) и ацетил на 0(6). В среднем имеется один глицерат на повторяющееся звено и один ацетат на два повторяющихся звена.

Исследование, проведенное с помощью компьютерного моделирования структуры высокоацетилированной геллановой камеди, основанном на знании структуры низкоацетилированной камеди, позволило прийти к заключению, что ацетильные заместители располагаются на внешней стороне двойной спирали.

Свойства геллановой камеди

Для успешного составления смесей геллановой камеди необходимо принимать во внимание три процесса:

• 1) диспергирование;
• 2) гидратацию;
• 3) гелеобразование.

Диспергирование. В процессе приготовления любого раствора камеди сначала надо убедиться, что все частицы камеди полностью растворились в растворителе и не образуют комков. Плохое диспергирование приведет к неполной гидратации и потере функциональности камеди. Обе формы геллановой камеди нерастворимы в холодной воде, хотя они имеют тенденцию к набуханию в воде с низким содержанием кальция.

Гидратация. Температура, при которой происходит гидратация низкоацетилированной геллановой камеди (НАГК), зависит от типа ионов и их концентрации в растворе. Присутствие таких ионов, как натрий, а особенно кальций, препятствует гидратации НАГК.

В пищевых продуктах, содержащих агар, НАГК следует гидратировать в воде, при этом возможно добавление любых сахаров в горячий раствор камеди. Однако с помощью нагревания до температуры кипения в сахарных растворах с общим содержанием сухих растворимых веществ до 80% можно осуществить непосредственную гидратацию НАГК.

При значении pH ниже 3,9 НАГК вообще не гидратируется. В этом случае следует добавить кислоту, лучше в виде концентрированного раствора, в горячий раствор камеди. Следует однако избегать длительного нагревания в кислой среде, так как оно ведет к гидролитическому расщеплению камеди, ведущему, в свою очередь, к снижению качества готового геля.

Однако при значении pH 3,5 НАГК может подвергаться температурному воздействию в 80 °C вплоть до одного часа, при этом потеря в качестве геля будет минимальной. В нейтральной среде растворы можно держать при температуре 80 °C в течение нескольких часов, и качество геля при этом снижается незначительно.

Гидратация высокоацетилированной геллановой камеди (ВАГК) намного меньше зависит от концентрации ионов в растворе, и обычно нагревание до 85—90°С является достаточным для полной гидратации камеди как в воде, так и в молочных системах. Присутствие сахаров замедляет гидратацию ВАГК. Поэтому процесс рекомендуется проводить при общем количестве сухих веществ в растворе меньше 40%. Затем в горячий раствор камеди можно добавить дополнительный сахар. В отличие от НАГК, высокоацетилированная геллановая камедь гидратирует при pH < 4,0. В горячей кислоте также может произойти гидролитическое расщепление, которое приводит к снижению прочности геля.

Гелеобразование. Предложенный механизм гелеобразования основан на модели доменов. При охлаждении горячего раствора геллановая камедь претерпевает переход беспорядок — порядок. В случае с НАГК катионы, способствующие гелеобразованию, например натрий, калий и магний, вызывают агрегацию двойных спиралей геллана, что ведет к образованию трехмерной сетки, а образуемые гели становятся твердыми и хрупкими.

Ацетильные заместители сильно влияют на структуру и реологические свойства гелей высокоацетилированной геллановой камеди. Эта камедь при охлаждении раствора претерпевает такое же превращение разупорядочивания/упорядочивания, но дальнейшая агрегация спиралей сдерживается присутствием ацетильных групп. Образуемые гели являются, таким образом, мягкими и эластичными.

Высокои низкоацетилированные геллановые камеди обладают настолько разными свойствами, что их можно рассматривать как находящиеся на противоположных концах текстурного спектра гидроколлоидных гелей.

На рис. 4.2 схематично показано расположение гелей этих камедей по сравнению с гелями, полученными из других гидроколлоидов. НАГК образует твердые, неэластичные и хрупкие гели, тогда как высокоацетилированная — мягкие, эластичные, нехрупкие.

Рис. 4.2. Схематическое сравнение текстуры гелей высокои низкоацетилированной геллановой камеди с другими известными гелеобразователями

Исследования, проведенные с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, и реологические измерения также показали, что смеси высокоацетилированной и низкоацетилированной геллановой камеди претерпевают два различных конформационных перехода при температурах, которые зависят от их индивидуальных компонентов. Это важно, так как в смесях следует учитывать высокую температуру гелеобразования НАГК.

Свидетельств образования двойных пространственных спиралей, содержащих обе формы геллановой камеди, пока не найдено. Свойства смесей можно регулировать соотношением компонентов и концентрацией ионов. При низких концентрациях преобладает высокоацетилированная форма, а при повышении концентрации ионов увеличивается доля низкоацетелированной геллановой камеди.