Е407 пищевая добавка — справочник
Пищевая добавка E407 (каррагинаны) — относится к желеобразователям, стабилизаторам и загустителям натурального происхождения, используется в технологических целях в процессе производства пищевых продуктов. Каррагинан — собирательное определение для полисахаридов, полученных путём щелочного выделения из красных водорослей (в основном Eucheuma). Разные виды водорослей дают разные вида каррагинана. Пищевая добавка Е407 (химическое название – каррагинан, или карраген и его натриевая, калиевая аммонийная соли, включая фурцеллеран) считается условно безопасной для человеческого организма.
В промышленных масштабах производство началось с 30-х годах ⅩⅩ века, хотя в Китае использовали каррагинан ещё в Ⅶ веке до н. э.
В настоящее время крупнейшим производителем являются Филиппины, где морские водоросли разводятся специально. В основном это виды Kappaphycus alvarezii, Kappaphycus striatum и Eucheuma denticulatum. Они растут на глубине двух метров. Вследствие того, что водоросли быстрее растут в тёплой воде, основным местом выращивания и сбора являются Филиппинские острова, Индонезия, побережье Чили, Франции, Канады и США. В этих странах выращивание, сбор и первичная обработка красных водорослей поставлено на промышленную основу. Основательный подход к сбору сырья определяет в дальнейшем качество получаемых каррагинанов. Водоросли обычно выращивают на нейлоновых тросах, закреплённых на бамбуковых опорах. Урожай собирают через три месяца, когда каждое растение весит около килограмма.
После сбора водоросли сушат, упаковывают в тюки и отправляют на фабрику. Там водоросли мелют, просеивают, чтобы удалить загрязнения, например песок, и тщательно промывают. После обработки горячим щелочным раствором (например, 5–8 %-ным гидроксидом калия) из водорослей путём центрифугирования и фильтрации удаляется целлюлоза. Получившийся каррагинановый раствор затем концентрируется выпариванием. Затем высушивается и измельчается в соответствии со спецификацией.
Каррагинан (Е407) является линейным полимером, состоящим из более чем 25 000 остатков моносахаридов с постоянной, но подверженной изменениям структурой, в зависимости от условий переработки. Все каррагинаны крайне эластичны, и применение их обусловлено, главным образом, способностью желироваться, набухать и образовывать суспензии.
В мире сегодня известно более 3 000 типов каррагинана и это число не окончательное. На структурные вариации каррагинана влияет биологическая фаза роста водорослей, время их сбора, а также глубина и место произрастания. В процессе переработки водорослей получают несколько видов каррагинанов, отличных не только по химическому составу, но и по свойствам, а именно растворимости, устойчивости геля к химическому и физическому воздействиям. В мясоперабатывающей промышленности широко используется d-каррагинан, меньше e- и ещё меньше l-каррагинан.
На основании исчерпывающего научного обзора учёными каррагинанов в июле 2021 года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Комитет экспертов по пищевым добавкам (JECFA) пришли к выводу, что каррагинан безопасен для использования в молочных смесях, включая смеси для новорождённых детей с особыми заболеваниями в концентрациях до 1 г на литр.
Ранее, в 2007 году Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН и JECFA на основании имевшихся данных не рекомендовала использовать каррагинан-содержащие продукты в питании для младенцев. Научные опыты 2001 года на крысах, морских свинках и обезьянах показали, что использование полигинана (частично распавшейся молекулы каррагинана) ассоциировано с язвами и раком желудочно-кишечного тракта, причём у морских свинок употребление каррагинана ассоциировано с язвами желудочно-кишечного тракта, а у крыс — с раком желудочно-кишечного тракта. Употребление каррагинана может также быть причиной воспалительных заболеваний кишечник.
Каррагинаны: польза или вред?
ОБЗОР
DOI: https://doi. org/10.22263/2312-4156.2021.1.7
КАРРАГИНАНЫ: ПОЛЬЗА ИЛИ ВРЕД?
ТКАЧЕНКО А.С.1, НАКОНЕЧНАЯ О.А.1, ГОРБАЧ Т.В.1, ТКАЧЕНКО М.А.2
1Харьковский национальный медицинский университет, г. Харьков, Украина 2Харьковская городская клиническая больница № 27, г. Харьков, Украина
Вестник ВГМУ. — 2021. — Том 17, №1. — С. 7-13.
CARRAGEENANS: ARE THEY USEFUL OR DETRIMENTAL?
TKACHENKO A.S.1, NAKONECHNA O.A.1, GORBACH I.V.1, TKACHENKO M.A.2
1Kharkov National Medical University, Kharkov, Ukraine 2Kharkov Municipal Clinical Hospital No.27, Kharkov, Ukraine
Vestnik VGMU. 2021;17(1):7-13.
Резюме.
Каррагинаны — сульфатированные гетерополисахариды красных водорослей, которые используются в пищевой промышленности в качестве загустителей и эмульгаторов (Е407). В литературе описаны как положительно, так и отрицательно влияющие на организм эффекты каррагинанов. В обзорной статье представлены сведения об экспериментах, в которых демонстрируется способность каррагинанов выступать в роли индукторов воспаления и канцерогенеза, а также описаны антиоксидантные, противовирусные и противоопухолевые эффекты каррагинанов. При анализе источников установлено, что свойства каррагиананов зависят преимущественно от типа и молекулярной массы макромолекул. Противоречивые данные о токсическом действии каррагинанов, полученные в опытах in vivo и in vitro, указывают на необходимость осторожной трактовки результатов опытов, демонстрирующих безопасность добавки Е407, и обуславливают недопустимость слепого переноса результатов in vitro исследований биобезопасности каррагинанов на человека.
Ключевые слова: пищевые добавки, каррагинан, каррагинан-индуцированное воспаление, антиоксиданты, противоопухолевое действие.
Abstract.
Carrageenans are sulfated heteropolysaccharides of red algae, that are used in the food industry as thickeners and emulsifiers (E407). Both positive and negative effects of carrageenans on the body have been reported. This review deals with information about the experiments in which the ability of carrageenans to act as inducers of inflammation and carcinogenesis is demonstrated, antioxidant, antiviral and antitumor effects of carrageenans are also described. After analyzing the sources, we have concluded that the properties of carrageenans depend primarily on the type and molecular weight of macromolecules. Controversial data on the toxic effects of carrageenans from in vivo and in vitro investigations indicate the need for careful interpretation of the results of experiments, that demonstrate the safety of the E407 food additive, and prevent from blindly transferring the results of in vitro studies of the biosafety of carrageenans to humans. Key words: food additives, carrageenan, carrageenan-induced inflammation, antioxidants, antitumor effect.
Каррагинаны представляют собой полисахариды, полученные из некоторых видов красных водорослей. Структурными единицами данных биополимеров являются моносахариды D-галактоза и 3,6-ангидрогалактоза, которые связаны а-1,3 и Р-1,4-гликозидными связями. Каррагинаны содержат примерно от 15% до 40%
остатков серной кислоты и имеют среднюю молекулярную массу более 100 кДа. Выделяют несколько типов каррагинанов: X, к, I, е, ц, которые содержат от 22 до 35% остатков серной кислоты [1, 2]. В пищевой промышленности активно используются лишь три вида каррагинана: X, к, I [2]. При этом они не имеют пищевой ценности,
используются в качестве гелеобразователей, загустителей и для улучшения текстуры продуктов. Каррагинаны известны как пищевая добавка Е 407, и основной сферой их применения является молочное, кондитерское и мясное производство [3]. В 2021 г. комитет экспертов по пищевым добавкам ВОЗ (JECFA) сделал заключение о допустимости употребления каррагинана даже в детском возрасте — «Использование каррагинана в детской формуле или формуле для специальных медицинских целей при концентрациях до 1000 мг/л не вызывает беспокойства» [4]. Подобные данные появляются на фоне все возрастающей обеспокоенности мирового сообщества в отношении безопасности применения каррагинана. Данные о небезопасности перорального употребления каррагинана стали появляться еще в 60-х годах прошлого века [2, 5]. В многочисленных опытах на животных продемонстрирована способность всех трех коммерчески значимых типов каррагинана вызывать воспаление различных отделов желудочно-кишечного тракта — от слабой и умеренной интенсивности до тяжелого язвенно-некротического процесса [5-10].
Установлено, что хроническое каррагинан-индуцированное воспаление желудочно-кишечного тракта характеризуется развитием окислительного стресса, эндотелиальной дисфункцией в сосудах кишечника, активацией апоптоза и пролиферации эпителия кишечника, интенсивным синтезом провоспалительных цитокинов, активацией процессов неоангиогенеза в кишечнике и т.д. [9, 11-15]. Гистологические изменения, связанные с воздействием перорально употребленного каррагинана, выявленные при проведении эксперимента на животных, включают повреждение слизистой оболочки кишечника, характерные для острого, подострого и хронического воспалительного процесса, наличие абсцессов; деформацию слизистых желез, изъязвление слизистой оболочки, а также гиперпластические изменения железистого эпителия [7, 9, 10, 16].
На протяжение многих лет в экспериментальной медицине используется модель карраги-нан-индуцированного воспаления лап крыс, которая представляет собой классическую модель формирования отека и гипералгезии и активно применяется при оценки эффективности новых нестероидных противовоспалительных препаратов. Воспаление моделируется путем инъекции 100 мкл 1% ^-каррагинана, разведенного в физиологическом растворе, в заднюю лапу животного
[17]. Внутрибрюшинное введение 1% раствора каррагинана приводит к развитию перитонита у мышей [18, 19]. Инъекция 0,02 мл 1% раствора каррагинана в коленный сустав приводит к развитию артрита [20, 21]. Zeng F. et al установили, что при инъекции 3% раствора ^-каррагинана непосредственно в простату развивается простатит [22]. Также известны модели каррагинан-инду-цированного плеврита [23] и каррагинан-индуци-рованного воспаления головного мозга у мышей, вызванного введением каррагинана в желудочки мозга [24].
Таким образом, введения растворов карра-гинана разной концентрации (от одно- до трехпроцентных растворов) приводит к развитию воспалительного процесса в зоне введения. При моделировании воспаления наиболее часто используется ^-каррагинан. Острое каррагинан-индуцированное воспаление характеризуется отеком, гипералгезией, экстравазацией нейтро-филов, а его интенсивность имеет ярко выраженный дозозависимый характер [5].
Однако в последние годы отмечается отчетливая тенденция к увеличению количества публикаций, демонстрирующих наличие у кар-рагинанов положительных эффектов. Например, Yuan H. et al. продемонстрировали, что олигоса-хариды к-каррагинана и их модифицированные производные (дополнительно сульфатированные и ацетилированные) обладают антиоксидантной активностью при постановке эксперимента как in vivo, так и in vitro [25]. Схожие результаты удалось получить группе исследователей под руководством Sun Y. — авторы подтвердили наличие антиоксидантых свойств продуктов гидролиза к-каррагинана [26]. При этом антиоксидантная активность к-каррагинановых олигосахаридов зависит от степени полимеризации, содержания редуцирующих сахаров и сульфатных групп. Abad L.V. et al. изучали антиоксидантные свойства каррагинанов, подвергшихся действию гамма-излучения. Установлено, что антиоксидант-ная активность зависит от типа каррагинана, максимально она выражена у к-каррагинана и снижается в ряду к-t-X. Авторы объясняют анти-оксидантые эффекты данной пищевой добавки, главным образом, деполимеризацией каррагина-нов с соответствующим увеличением содержания редуцирующих сахаров, однако отмечая, что антиоксидантные свойства полученных олигоме-ров каррагинана были ниже, чем у аскорбиновой кислоты [27]. Алкогольные экстракты продуктов
гидролиза каррагинана (под действием излучения) с молекулярной массой 2300-5000 Да также обладают антиоксидантной активностью. Установлено, что максимальные антиоксидантные свойства характерны для фракций к-каррагинана с молекулярной массой до 2кДа [28].
Проанализировав результаты работ, посвященных изучению антиоксидантных эффектов каррагинана, мы отметили, что антиокси-дантными свойствами обладают не интактные высокомолекулярные молекулы каррагинанов, которые используется в пищевой промышленности, а низкомолекулярные продукты гидролиза, преимущественно к-каррагинана. В то же время известно, что недеградированный пищевой кар-рагинан имеет молекулярную массу 200-400 кДа [29], а молекулярная масса деградированного каррагинана, который может образовываться из пищевого каррагинана путем неферментативного кислотного гидролиза в желудке, не опускается ниже 20 кДа [5]. Таким образом, антиокси-дантные свойства характерны для фрагментов к-каррагинана, которые не поступают в организм с продуктами питания и не образуются в желудочно-кишечном тракте в желудке под действием соляной кислоты или бактериальной деградации в толстом кишечнике.
Первые данные о противовирусных эффектах каррагинанов появились 30 лет назад. González ME et al. в опытах in vitro продемонстрировали способность данных сульфатирован-ных полисахаридов предотвращать разрушение клеточного монослоя вирусом простого герпеса — 1 (HSV-1) в дозе 5 мкг/мл [30]. По мнению авторов, каррагинан ингибирует репликацию вируса на стадии между проникновением в клетку и синтезом поздних белков. В дальнейшем появились публикации, демонстрирующие, что к-, i-, и Х-каррагинаны способны тормозить репликацию различных вирусов [31-33]. Интересно отметить, что антивирусное действие каррагинанов разнится в зависимости от вида биополимера. Установлено, что каррагинаны способны инги-бировать заражение вирусом папилломы человека (ВПЧ), и в отношении данного вируса активность Х- и к-каррагинанов значительно уступает i-каррагинану [34]. i-каррагинан также обладает максимальной активностью в отношении инги-бирования репликации возбудителей лихорадки денге, по сравнению с другими разновидностями каррагинана [33]. Помимо типа каррагинана, на антивирусную активность также влияет молеку-
лярная масса гетерополисахарида. Ji J. et al. отмечают, что низкомолекулярные каррагинановые олигосахариды легче контактируют с вирусами и обладают более высокой биодоступностью и биологической активностью [35]. i-каррагинан также максимально эффективен в отношении ринови-русов [36].
Анализируя исследования, посвященные противовирусному действию каррагинанов, мы обратили внимание, что большинство исследований проведены in vitro на монокультуре клеток. При этом авторы заявляют, что каррагинан не оказывал токсического воздействия. Однако известно, что каррагинаны способны активировать макрофаги, индуцировать генерацию про-воспалительных цитокинов и активных форм кислорода клетками иммунной системы [5, 19, 37, 38]. Таким образом, опыты in vitro с культурами неиммуннокомпетентных клеток не позволяют сделать достоверных выводов об отсутствии токсического воздействия каррагинанов и к сообщениям о безопасности применения данных пищевых добавок в качестве противовирусных препаратов следует относиться с осторожностью.
Известно, что некоторые представители каррагинанов обладают противоопухолемым действием, в основном за счет антивирусных, ан-тиоксидантных и иммуномодулирующих свойств [39-41]. В частности, Prasedya ES et al. в опыте in vitro продемонстрировали наличие цитотокси-ческого действие Х- и к-каррагинанов в дозировке 250-2500 мкг/мл в отношении клеток линии HeLa [41]. Luo M. et al. обнаружили, что внутри-опухолевое введение Х-каррагинана у мышей с меланомой B16-F10 приводит к достоверному снижению объема опухоли. Авторы отмечают, что действие каррагинана проявлялось только в опытах in vivo. При инкубации Х-каррагинана с опухолевыми клетками не было обнаружено прямого цитотоксического действия, что позволило авторам сделать вывод о влиянии каррагинана на микроокружение опухоли и подтвердить данный вывод экспериментально, обнаружив значительную миграцию макрофагов и дендритных клеток в зону введения каррагинана и увеличенную продукцию ФНО-а макрофагами [42]. При проведении экспериментов на животных обнаружено также противоопухолевое действие олигоса-харидов к-каррагинана и низкомолекулярного Х-каррагинана, полученного из Chondrus ocellatus [43, 44], что еще раз подтверждает наличие положительных эффектов исключительно у низкомо-
лекулярных фрагментов каррагинанов и перспективность изучения противоопухолевого действия именно олигосахаридов каррагинанов.
Заключение
Таким образом, несмотря на то, что карра-гинан считался безопасной пищевой добавкой на протяжении многих десятилетий и продолжает считаться таковой, что имеются многочисленные экспериментально подтвержденные данные о противоопухолевых, антиоксидантных и противовирусных эффектах, в основном, низкомолекулярных олигосахаридов каррагинана, а также данные об отсутствии токсического действия кар-рагинана, мы полагаем, что отношение к карра-гинану как к нетоксичному соединению должно быть пересмотрено ввиду многочисленных опытов in vivo, демонстрирующих токсичность Е407. Мы считаем недопустимым автоматический перенос данных in vitro исследований на человека и теоретическую возможность трактовки работ на культуре клеток (как правило, на монокультуре) для оценки степени риска употребления карраги-нана человеком.
Литература
1. Manuhara, G. J. Extraction and characterization of refined k-carrageenan of red algae [Kappaphycus Alvarezii (Doty ex p.c. Silva, 1996)] originated from karimun jawa islands / G. J. Manuhara, D. Praseptiangga, R. A. Riyanto // Aquatic Procedia. — 2021 Aug. — Vol. 7. — P. 106-111.
2. Necas, J. Carrageenan: a review / J. Necas, L. Bartosikova // Veterinarni Medicina. — 2021. — Vol. 58, N 4. — P. 187-205.
3. Tailoring kappa/iota-hybrid carrageenan from Mastocarpus stellatus with desired gel quality through pre-extraction alkali treatment / G. Azevedo [et al.] // Food Hydrocoll. — 2021 May. — Vol. 31, N 1. — P. 94-102.
4. Safety evaluation of certain food additives [Electronic resource] : WHO Food Additives Series: 70 : Prepared by the Seventy-ninth meeting of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA). — Geneva : World Health Organization, 2021. — Mode of access: http://apps. who.int/iris/bitstream/10665/171781/3/9789240693982_ eng.pdf. — Date of access: 11.11.2021.
5. Tobacman, J. K. Review of harmful gastrointestinal effects of carrageenan in animal experiments / J. K. Tobacman // Environ. Health Perspect. — 2001 Oct. — Vol. 109, N 10. — P. 983-994.
6. Споаб моделювання хротчного гастроентероколпу : пат. 97322 Украша, МПК G 09 B 23/28 / 1ваненко Т. О., Коробчанський В. О., Губша-Вакулик Г. I., Горбач Т. В., Колоусова Н. Г ; заявник i власник патенту Харкв. нац. мед. ун-т. — № a202114510 ; заявл. 06.12.10 ; опубл. 25.01.12, Бюл. № 2.
7. Губина-Вакулик, Г. А. Морфологическое состояние тон-
кого кишечника при длительном употреблении пищевой добавки каррагинан / Г. А. Губина-Вакулик, А. С. Тка-ченко, М. А. Орлова // Вюн. проблем бюлоги i медицини.
— 2021. — Т. 3, вип. 2. — С. 252-257.
8. Effects of lambda-carrageenan induced experimental enterocolitis on splenocyte function and nitric oxide production / V E. Pricolo [et al.] // J. Surg. Res. — 1996 Nov.
— Vol. 66, N 1. — P. 6-11.
9. Damage and regeneration of small intestinal enterocytes under the influence of carrageenan induces chronic enteritis / G. I. Gubina-Vakyulyk [et al.] // Comp. Clin. Path. — 2021 Nov. — Vol. 24, N 6. — P. 1473-1477.
10. Watt, J. Experimental ulcerative disease of the colon in animals / J. Watt, R. Marcus // Gut. — 1973 Jun. — Vol. 14, N 6. — P. 506-510.
11. Ткаченко, А. С. Уровень VEGF и ФНО-а при хроническом каррагенан-индуцированном гастроэнтероколите / А. С. Ткаченко // Вюн. проблем бюлоги i медицини. -2021. — Т. 2, вип. 3.- С. 231-234.
12. Ткаченко, А. С. Стан прооксидантно-антиоксидантно! системи при хрошчному експериментальному гастроентероколт / А. С. Ткаченко, В. Г. Гопкалов // Вюн. проблем бюлоги i медицини. — 2021. — Т. 1, вип. 1. — С. 194-199.
13. Ткаченко, А. С. Апоптоз энтероцитов при хроническом каррагинан-индуцированном гастроэнтероколите: исследование методом флуоресцентных зондов / А. С. Ткаченко, Е. М. Корниенко, Е. А. Посохов // Вюн. Харкв. нац. ун-ту iм. В. Н. Каразша. Сер. Бюлопя. — 2021. — Вип. 26. — С. 179-186.
14. Жуков, В. И. Уровень фактора некроза опухолей альфа и активность матриксной металлопротеиназы-2 при хроническом каррагенан-индуцированном гастроэнтероко-лите / В. И. Жуков, А. С. Ткаченко // Науч. вед. БелГУ. Сер. Медицина. Фармация. — 2021. — № 18, вып. 27. — C. 150-153.
15. Жуков, В. И. Система перекисного окисления липидов и активность апоптоза при экспериментальном хроническом гастроэнтероколите / В. И. Жуков, А. С. Ткаченко // Науч. вед. БелГУ Сер. Медицина. Фармация. — 2021. — № 18, вып. 23. — С. 138-141.
16. Martino, J. V. The role of carrageenan and carboxymethylcellulose in the development of intestinal inflammation / J. V Martino, J. Van Limbergen, L. E. Cahill // Front Pediatr. — 2021 May. — Vol. 5. — P. 96.
17. Pharmacology of a selective cyclooxygenase-2 inhibitor, L-745,337: a novel nonsteroidal anti-inflammatory agent with an ulcerogenic sparing effect in rat and nonhuman primate stomach / C. C. Chan [et al.] // J. Pharmacol. Exp. Ther. — 1995 Sep. — Vol. 274, N 3. — P. 1531-1537.
18. Inhibition of carrageenan-induced acute inflammation in mice by oral administration of anthocyanin mixture from wild mulberry and cyanidin-3-glucoside / N. M. Hassimotto [et al.] // Biomed. Res. Int. — 2021. — Vol. 2021. — P. 146716.
19. Carrageenan-induced inflammation promotes ROS generation and neutrophil extracellular trap formation in a mouse model of peritonitis / C. R. Barth [et al.] // Eur. J. Immunol. — 2021 Apr. — Vol. 46, N 4. — P. 964-970.
20. Carrageenan-induced arthritis in the rat / P. Hansra [et al.] // Inflammation. — 2000 Apr. — Vol. 24, N 2. — P. 141-155.
21. Chamberland, D. L. Photoacoustic tomography of carrageenan-induced arthritis in a rat model / D. L.
Chamberland, X. Wang, B. J. Roessler // J. Biomed. Opt. -2008 Jan-Feb. — Vol. 13, N 1. — P. 011005.
22. Development and validation of an animal model of prostate inflammation-induced chronic pelvic pain: evaluating from inflammation of the prostate to pain behavioral modifications / F. Zeng [et al.] // PLoS One. — 2021 May. — Vol. 9, N 5. — P. e96824.
23. Anti-inflammation effects of corn silk in a rat model of carrageenin-induced pleurisy / G. Q. Wang [et al.] // Inflammation. — 2021 Jun. — Vol. 35, N 3. — P. 822-827.
24. Gamache, D. A. Carrageenan-induced brain inflammation. Characterization of the model / D. A. Gamache, J. T. Povlishock, E. F. Ellis // J. Neurosurg. — 1986 Nov. — Vol. 65, N 5. — P. 679-685.
25. Antioxidant activity and cytoprotective effect of kappa-carrageenan oligosaccharides and their different derivatives / H. Yuan [et al.] // Bioorg. Med. Chem. Lett. — 2006 Mar.
— Vol. 16, N 5. — P. 1329-1334.
26. Structural characterization and antioxidant activities of K-carrageenan oligosaccharides degraded by different methods / Y. Sun [et al.] // Food. Chem. — 2021 Jul. — Vol. 178. — P. 311-318.
27. Antioxidant activity potential of gamma irradiated carrageenan / L. V Abad [et al.] // Appl. Radiat. Isot. — 2021 Sep. — Vol. 79. — P. 73-79.
28. Relleve, L. Characterization and antioxidant properties of alcoholic extracts from gamma irradiated K-carrageenan / L. Relleve, L. Abad // Radiat. Phys. Chem. — 2021 Jul. — Vol. 112. — P. 40-48.
29. Weiner, M. L. Food additive carrageenan: Part II: a critical review of carrageenan in vivo safety studies / M. L. Weiner // Crit. Rev. Toxicol. — 2021 Mar. — Vol. 44, N 3. — P. 244-269.
30. González, M. E. Polysaccharides as antiviral agents: antiviral activity of carrageenan / M. E. González, B. Alarcón, L. Carrasco // Antimicrob. Agents Chemother. — 1987 Sep. -Vol. 31, N 9. — P. 1388-1393.
31. Prevention of human enterovirus 71 infection by kappa carrageenan / Y. H. Chiu [et al.] // Antiviral. Res. — 2021 Aug.
— Vol. 95, N 2. — P. 128-134.
32. Iota-carrageenan is a potent inhibitor of influenza A virus infection / A. Leibbrandt [et al.] // PLoS One. — 2021 Dec. -Vol. 5, N 12. — P. e14320.
33. Differential inhibition of dengue virus infection in mammalian and mosquito cells by iota-carrageenan / L. B. Talarico [et al.] // J. Gen. Virol. — 2021 Jun. — Vol. 92, pt.
6. — P. 1332-1342.
34. Carrageenan is a potent inhibitor of papillomavirus infection / C. B. Buck [et al.] // PLoS Pathog. — 2006 Jul. — Vol. 2, N
7. — P. e69.
35. Bio-function summary of marine oligosaccharides / J. Ji [et al.] // Int. J. Biol. — 2021. — Vol. 3, N 1. — P. 74-86.
36. Iota-Carrageenan is a potent inhibitor of rhinovirus infection / A. Grassauer [et al.] // Virol. J. — 2008. — Vol. 5. — P. 107.
37. Pimaradienoic acid inhibits carrageenan-induced inflammatory leukocyte recruitment and edema in mice: inhibition of oxidative stress, nitric oxide and cytokine production / S. S. Mizokami [et al.] // PLoS One. — 2021 Feb.
— Vol. 11, N 2. — P. e0149656.
38. Carrageenan activates monocytes via type-specific binding with interleukin-8: an implication for design of immuno-active biomaterials / W. I. Chan [et al.] // Biomater. Sci. -2021 Feb. — Vol. 5, N 3. — P. 403-407.
39. Anticancer and cancer preventive properties of marine polysaccharides: some results and prospects / S. N. Fedorov [et al.] // Mar. Drugs. — 2021 Dec. — Vol. 11, N 12. — P. 48764901.
40. Preparation and in vivo antitumor activity of kappa-carrageenan oligosaccharides / X. Hu [et al.] // Pharm. Biol.
— 2006. — Vol. 44. — P. 646-650.
41. Carrageenan delays cell cycle progression in human cancer cells in vitro demonstrated by FUCCI imaging / E. S. Prasedya [et al.] // BMC Complement Altern Med. — 2021 Aug. — Vol. 16. — P. 270.
42. Antitumor and adjuvant activity of X-carrageenan by stimulating immune response in cancer immunotherapy / M. Luo [et al.] // Sci. Rep. — 2021 Jun. — Vol. 5. — P. 11062.
43. In vivo growth-inhibition of S180 tumor by mixture of 5-Fu and low molecular lambda-carrageenan from Chondrus ocellatus / G. Zhou [et al.] // Pharmacol. Res. — 2005 Feb. -Vol. 51, N 2. — P. 153-157.
44. Immunomodulation and antitumor activity of kappa-carrageenan oligosaccharides / H. Yuan [et al.] // Cancer. Lett. — 2006 Nov. — Vol. 243, N 2. — P. 228-234.
Поступила 23.10.2021 г. Принята в печать 31.01.2021 г.
References
1. Manuhara GJ, Praseptiangga D, Riyanto RA. Extraction and characterization of refined k-carrageenan of red algae [Kappaphycus Alvarezii (Doty ex p.c. Silva, 1996)] originated from karimun jawa islands. Aquatic Procedia. 2021 Aug;7:106-11. doi: 10.1016/j.aqpro.2021.07.014
2. Necas J, Bartosikova L. Carrageenan: a review. Veterinarni Medicina. 2021;58(4):187-205.
3. Azevedo G, Hilliou L, Ronald GB, Villanueva D, William R, Nilsson AM, et al. Tailoring kappa/iota-hybrid carrageenan from Mastocarpus stellatus with desired gel quality through pre-extraction alkali treatment. Food Hydrocoll. 2021 May;31(1):94-102. doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.10.010
4. Safety evaluation of certain food additives [Electronic resource]: WHO Food Additives Series: 70: Prepared by the Seventy-ninth meeting of the Joint FAO/WHO Expert
Committee on Food Additives (JECFA). Geneva: World Health Organizations 2021. Mode of access: http://apps.who. int/iris/bitstream/10665/171781/3/9789240693982_eng.pdf. Date of access: 11.11.2021.
5. Tobacman JK. Review of harmful gastrointestinal effects of carrageenan in animal experiments. Environ Health Perspect. 2001 0ct;109(10):983-94.
6. Ivanenko TO, Korobchans’kiy VO, Gubina-Vakulik GI, Gorbach TV, Kolousova NG; zaiavnik i vlasnik patentu Kharkiv Nats Med Un-t. Way of modeling of a chronic gastroenterocolitis: pat 97322 Ukraina, MPK G 09 B 23/28. № a202114510; zaiavl 06.12.10; opubl 25.01.12, Biul № 2. (In Ukr.)
7. Gubina-Vakulik GA, Tkachenko AS, Orlova MA. Morphological condition of the small intestine with prolonged use of the food additive carrageenan. Visn Problem Biologii Meditsini. 2021;3(vip 2):252-7. (In Russ.)
8. Pricolo VE, Madhere SM, Finkelstein SD, Reichner JS. Effects of lambda-carrageenan induced experimental enterocolitis on splenocyte function and nitric oxide production. J Surg Res. 1996 Nov;66(1):6-11.
9. Gubina-Vakyulyk GI, Gorbach TV, Tkachenko AS, Tkachenko MO. Damage and regeneration of small intestinal enterocytes under the influence of carrageenan induces chronic enteritis. Comp Clin Path. 2021 Nov;24(6):1473-7. doi: 10.1007/s00580-015-2102-3
10. Watt J, Marcus R. Experimental ulcerative disease of the colon in animals. Gut. 1973 Jun;14(6):506-10.
11. Tkachenko AS. The level of VEGF and TNF-a in chronic carrageenan-induced gastroenterocolitis. Visn Problem Biologii Meditsini. 2021;2(vip 3):231-4. (In Russ.)
12. Tkachenko AS, Gopkalov VG. The state of prooxidant-antioxidant system in chronic experimental gastroenterocolitis. Visn Problem Biologii Meditsini. 2021;1(vip 1):194-9. (In Ukr.)
13. Tkachenko AS, Kornienko EM, Posokhov EA. Apoptosis of enterocytes during chronic carrageenan-induced gastroenterocolitis: study by fluorescent probes. Visn Kharkiv Nats Un-tu im VN Karazina Ser Biologiia. 2021;(vip 26);179-86. (In Russ.)
14. Zhukov VI, Tkachenko AS. The level of tumor necrosis factor alpha and activity of matrix metalloproteinase-2 in chronic carrageenan-induced gastroenterocolitis. Nauch Ved BelGU Ser Meditsina Farmatsiia. 2021;(18 vyp 27):150-3. (In Russ.)
15. Zhukov VI, Tkachenko AS. The system of lipid peroxidation and activity of apoptosis in experimental chronic gastroenterocolitis. Nauch Ved BelGU Ser Meditsina Farmatsiia. 2021;(18 vyp 23):138-41. (In Russ.)
16. Martino JV, Van Limbergen J, Cahill LE. The role of carrageenan and carboxymethylcellulose in the development of intestinal inflammation. Front Pediatr. 2021 May;5:96. doi: 10.3389/fped.2021.00096.
17. Chan CC, Boyce S, Brideau C, Ford-Hutchinson AW, Gordon R, Guay D, et al. Pharmacology of a selective cyclooxygenase-2 inhibitor, L-745,337: a novel nonsteroidal anti-inflammatory agent with an ulcerogenic sparing effect in rat and nonhuman primate stomach. J Pharmacol Exp Ther. 1995 Sep;274(3):1531-7.
18. Hassimotto NM, Moreira V, do Nascimento NG, Souto PC, Teixeira C, Lajolo FM. Inhibition of carrageenan-induced acute inflammation in mice by oral administration of anthocyanin mixture from wild mulberry and cyanidin-3-glucoside. Biomed Res Int. 2021;2021:146716. doi: 10.1155/2021/146716.
19. Barth CR, Funchal GA, Luft C, de Oliveira JR, Porto BN, Donadio MV, et al. Carrageenan-induced inflammation promotes ROS generation and neutrophil extracellular trap formation in a mouse model of peritonitis. Eur J Immunol. 2021 Apr;46(4):964-70. doi: 10.1002/eji.202145520.
20. Hansra P, Moran EL, Fornasier VL, Bogoch ER. Carrageenan-induced arthritis in the rat. Inflammation. 2000 Apr;24(2):141-55.
21. Chamberland DL, Wang X, Roessler BJ. Photoacoustic tomography of carrageenan-induced arthritis in a rat model. J Biomed Opt. 2008 Jan-Feb;13(1):011005. doi: 10.1117/1.2841028.
22. Zeng F, Chen H, Yang J, Wang L, Cui Y, Guan X1, et al. Development and validation of an animal model of prostate
inflammation-induced chronic pelvic pain: evaluating from inflammation of the prostate to pain behavioral modifications. PLoS One. 2021 May;9(5):e96824. doi: 10.1371/journal. pone.0096824.
23. Wang GQ, Xu T, Bu XM, Liu BY. Anti-inflammation effects of corn silk in a rat model of carrageenin-induced pleurisy. Inflammation. 2021 Jun;35(3):822-7. doi: 10.1007/s10753-011-9382-9.
24. Gamache DA, Povlishock JT, Ellis EF. Carrageenan-induced brain inflammation. Characterization of the model. J Neurosurg. 1986 Nov;65(5):679-85.
25. Yuan H, Song J, Zhang W, Li X, Li N, Gao X. Antioxidant activity and cytoprotective effect of kappa-carrageenan oligosaccharides and their different derivatives. Bioorg Med Chem Lett. 2006 Mar;16(5):1329-34. doi: 10.1016/j. bmcl.2005.11.057
26. Sun Y, Yang B, Wu Y, Liu Y, Gu X, Zhang H, et al. Structural characterization and antioxidant activities of K-carrageenan oligosaccharides degraded by different methods. Food Chem. 2021 Jul;178:311-8. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.01.105.
27. Abad LV, Relleve LS, Racadio CD, Aranilla CT, De la Rosa AM. Antioxidant activity potential of gamma irradiated carrageenan. Appl Radiat Isot. 2021 Sep;79:73-9. doi: 10.1016/j.apradiso.2021.04.035.
28. Relleve L, Abad L. Characterization and antioxidant properties of alcoholic extracts from gamma irradiated K-carrageenan. Radiat Phys Chem. 2021 Jul;112:40-8. doi: 10.1016/j .radphyschem.2021.02.028
29. WeinerML. Food additive carrageenan:PartII: a critical review of carrageenan in vivo safety studies. Crit Rev Toxicol. 2021 Mar;44(3):244-69. doi: 10.3109/10408444.2021.861798.
30. González ME, Alarcón B, Carrasco L. Polysaccharides as antiviral agents: antiviral activity of carrageenan. Antimicrob Agents Chemother. 1987 Sep;31(9):1388-93.
31. Chiu YH, Chan YL, Tsai LW, Li TL, Wu CJ. Prevention of human enterovirus 71 infection by kappa carrageenan. Antiviral Res. 2021 Aug;95(2):128-34. doi: 10.1016/j. antiviral.2021.05.009.
32. Leibbrandt A, Meier C, König-Schuster M, Weinmüllner R, Kalthoff D, Pflugfelder B, et al. Iota-carrageenan is a potent inhibitor of influenza A virus infection. PLoS One. 2021 Dec;5(12):e14320. doi: 10.1371/journal.pone.0014320.
33. Talarico LB, Noseda MD, Ducatti DR, Duarte ME, Damonte EB. Differential inhibition of dengue virus infection in mammalian and mosquito cells by iota-carrageenan. J Gen Virol. 2021 Jun;92(Pt 6):1332-42. doi: 10.1099/vir.0.028522-0.
34. Buck CB, Thompson CD, Roberts JN, Müller M, Lowy DR, Schiller JT. Carrageenan is a potent inhibitor of papillomavirus infection. PLoS Pathog. 2006 Jul;2(7):e69. doi: 10.1371/journal.ppat.0020069.
35. Ji J, Wang L-C, Wu H, Luan H-M. Bio-function summary of marine oligosaccharides. Int J Biol. 2021;3(1):74-86. doi: 10.5539/ijb.v3n1p74
36. Grassauer A, Weinmuellner R, Meier C, Pretsch A, Prieschl-Grassauer E, Unger H. Iota-Carrageenan is a potent inhibitor of rhinovirus infection. Virol J. 2008;5:107. doi: 10.1186/1743-422X-5-107.
37. Mizokami SS, Hohmann MS, Staurengo-Ferrari L, Carvalho TT, Zarpelon AC, Possebon MI, et al. Pimaradienoic acid inhibits carrageenan-induced inflammatory leukocyte recruitment and edema in mice: inhibition of oxidative
stress, nitric oxide and cytokine production. PLoS One. 2021 Feb;11(2):e0149656. doi: 10.1371/journaLpone.0149656.
38. Chan WI, Zhang G, Li X, Leung CH, Ma DL, Dong L, et al. Carrageenan activates monocytes via type-specific binding with interleukin-8: an implication for design of immuno-active biomaterials. Biomater Sci. 2021 Feb;5(3):403-407. doi: 10.1039/c6bm00799f.
39. Fedorov SN, Ermakova SP, Zvyagintseva TN, Stonik VA. Anticancer and cancer preventive properties of marine polysaccharides: some results and prospects. Mar Drugs. 2021 Dec;11(12):4876-901. doi: 10.3390/md11124876.
40. Hu X, Jiang X, Aubree E, Boulenguer P, Critchley AT. Preparation and in vivo antitumor activity of kappa-carrageenan oligosaccharides. Pharm Biol. 2006;44:646-50. doi: 10.1080/13880200601006848.
41. Prasedya ES, Miyake M, Kobayashi D, Hazama A.
Carrageenan delays cell cycle progression in human cancer cells in vitro demonstrated by FUCCI imaging. BMC Complement Altern Med. 2021 Aug;16:270. doi: 10.1186/ s12906-016-1199-5.
42. Luo M, Shao B, Nie W, Wei XW, Li YL, Wang BL, et al. Antitumor and adjuvant activity of X-carrageenan by stimulating immune response in cancer immunotherapy. Sci Rep. 2021 Jun;5:11062. doi: 10.1038/srep11062.
43. Zhou G, Xin H, Sheng W, Sun Y, Li Z, Xu Z. In vivo growth-inhibition of S180 tumor by mixture of 5-Fu and low molecular lambda-carrageenan from Chondrus ocellatus. Pharmacol Res. 2005 Feb;51(2):153-7.
44. Yuan H, Song J, Li X, Li N, Dai J. Immunomodulation and antitumor activity of kappa-carrageenan oligosaccharides. Cancer Lett. 2006 Nov;243(2):228-34. doi: 10.1016/j. canlet.2005.11.032.
Submitted 23.10.2021 Accepted 31.01.2021
Сведения об авторах:
Ткаченко А.С. — к.м.н., ассистент кафедры биологической химии, Харьковский национальный медицинский университет;
Наконечная О.А. — д.м.н., профессор, заведующая кафедрой биологической химии, Харьковский национальный медицинский университет;
Горбач Т.В. — к.б.н., доцент кафедры биологической химии, Харьковский национальный медицинский университет;
Ткаченко М.А. — врач-интерн, Харьковская городская клиническая больница № 27. Information about authors:
Tkachenko A.S. — Candidate of Medical Sciences, lecturer of the Chair of Biochemistry, Kharkov National Medical University;
Nakonechna O.A. — Doctor of Medical Sciences, professor, head of the Chair of Biochemistry, Kharkov National Medical University;
Gorbach T.V. — Candidate of Biological Sciences, associate professor of the Chair of Biochemistry, Kharkov National Medical University;
Tkachenko M.A. — intern, Kharkov Municipal Clinical Hospital No.27.
Адрес для корреспонденции: Украина, 61022, г. Харьков, пр. Науки, 4, Харьковский национальный медицинский университет, кафедра биологической химии. E-mail: antontkachenko555@gmail.com — Ткаченко Антон Сергеевич.
Correspondence address: Ukraine, 61022, Kharkov, 4 Nauky ave., Kharkov National Medical University, Chair of Biochemistry. E-mail: antontkachenko555@gmail.com — Anton S. Tkachenko.
Нпо «альтернатива» — 5.6. технологические свойства
5.6.1. Общие свойства
Сочетание довольной сложных химии, взаимодействий с другими ингредиентами и непостоянство состава затрудняют применение каррагинана в пищевых системах, однако производители каррагинана его стандартизировали, облегчив тем самым работу своих клиентов. Информация, представленная в этой главе, может быть полезна технологам, использующим каррагинан и PES в пищевых продуктах и системах. Каррагинан зарекомендовал себя проверенной и успешной пищевой добавкой, выполняющей функции стабилизатора, загустителя и гелеобразователя.
Данные об основных физических свойствах трех основных типов каррагинанов, в том числе растворимость и показатели гелеобразования, приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Загущающие и гелеобразующие свойства разных типов каррагинанов неодинаковы. Например, каппа-каррагинан образует прочный гель с ионами калия, а йота-каррагинан, взаимодействуя с ионами кальция, дает мягкие эластичные гели. Лямбда-каррагинан в присутствии катионов геля не образует, однако при очень высоких концентрациях солей образует гель. Сведения о свойствах каррагинанов обычно предоставляют их производители.
Реже всего используется лямбда-каррагинан (в большинстве случаев он является дополнением к каппа-каррагинану). Разделение диплоидных растений, необходимое для получения чистого лямбда-каррагинана, обходится весьма дорого и на практике редко осуществляется. Диплоидные растения обычно обрабатывают вместе с гаплоидными, из которых получают каппа-каррагинан, и составляют, как правило, не более 20% смеси. Лямбда-каррагинан влияет лишь на второстепенные свойства продукта (например, способствуя образованию более сливочной текстуры молочного геля с внесенным каппа-каррагинаном). Большая часть промыш- ленно выпускаемых добавок под названием «лямбда-каррагинан» является фактически «негелеобразующими каррагинанами» (смесями немодифицированных каппа- и лямбда-каррагинанов).
5.6.2. Растворимость
Все каррагинаны растворимы в горячей воде, однако в холодной воде растворимы только натриевые соли каппа- и йота-каррагинанов. В горячем молоке все они растворимы, а в холодном растворим только лямбда-каррагинан, загущающий молоко за счет взаимодействия с белками, причем в присутствии фосфатов этот эффект усиливается. Растворы каррагинанов имеют довольно высокую вязкость, проявляют псевдопластичность и разжижаются при прокачивании или перемешивании.
При принятии решения о применении каррагинана как компонента некоторой пищевой системы важно учитывать влияние температуры. Все каррагинаны при высоких температурах гидратируются, в частности растворы каппа- и йота- каррагинанов в воде и молоке имеют низкую вязкость. При охлаждении эти каррагинаны образуют гели различной текстуры в зависимости от состава системы (присутствия катионов и других ингредиентов).
5.6.3. Гидратация
На температуру гидратации, затвердевания и последующего плавления сильно влияют соли и сахара. Например, йота-каррагинан при комнатной температуре ги- дратируется водой, но добавление соли повышает температуру гелеобразования, так что раствор переходит в гель с четким пределом текучести, и становится возможным использовать этот каррагинан в холодных салатных дрессингах. Натриевые соли каппа-каррагинана гидратируются при 40 °С, а в рассоле для инъецирования мяса — при 55 °С и выше.
При нагревании дисперсии каррагинана набухание и гидратация не наблюдаются вплоть до температуры 40-60 °С. После гидратации вязкость раствора возрастает, так как набухшие частицы менее текучи. Дальнейшее нагревание до 75-80 °С сопровождается уменьшением вязкости. Охлаждение приводит к значительному увеличению вязкости, и при температурах ниже 40-50 °С образуется гель. Температуры гидратации и гелеобразования существенно зависят от солей, связанных с карра- гинаном или специально добавленных к раствору. Например, присутствие в рассоле для инъецирования мяса хлорида натрия в концентрациях более 4% может предотвратить полную гидратацию каррагинана. Зависимость вязкости водного и водно-солевого раствора каппа-каррагинана от температуры показана на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Зависимость вязкости водного и водно-солевого растворов каппа-каррагинана от температуры.
В шоколадном молоке и других молочных напитках, в которых стабилизатор (каррагинан) содержится в очень малых концентрациях (около 200 мг/кг), гелевая сетка не может сформироваться до тех пор, пока температура не станет ниже 20 °С. В присутствии большого содержания СВ (например, в кондитерских изделиях), каррагинан и катионы эффективно концентрируются в водной фазе, так что гелеобразование может происходить при температурах выше 80-85 °С, то есть только при использовании каррагинанов определенного вида и в определенном количестве.
Для диспергирования каррагинана перед гидратацией можно применять разные методы: смешивание в соотношении 1: 5 или 1:10 (по массе) с инертным наполнителем (например, сахаром или декстрозой), получение взвеси каррагинана в масле для создания гидрофобного барьера вокруг каждой частицы или диспергирование в растворе соли, сахарном сиропе или спирте. В некоторые каррагинаны для гелеобразования вводили соли калия, предотвращая тем самым быструю гидратацию и способствуя диспергированию. Устранить комкообразование можно путем перемешивания с высокой скоростью сдвига.
5.6.4. Связывание воды
Частицы каррагинана не только имеют высокое сродство к воде, но и обладают структурной «памятью», то есть при абсорбции воды каррагинановые частицы, набухая, почти полностью возвращаются к исходному состоянию, принимая форму и размеры сухих частиц. Данное явление обусловливает ярко выраженную способность каррагинана связывать воду. Как мы уже отмечали, присутствующие в воде соли могут влиять на свойства полисахарида. Влагосвязывающие свойства каррагинана находят применение в производстве деликатесных мясных продуктов, например, грудок индейки и ветчины. Перед инъецированием мяса или тумблированием каррагинан диспергируется. Рассол солюбилизирует мясной белок, тогда как каррагинан при этом только гидратируется. В процессе тепловой обработки мяса каррагинан продолжает оставаться в гидратированном состоянии и связывать воду, тогда как белок образует гель, захватывая частицы полисахарида в гелевый матрикс. Потери при этом минимизируются, выход увеличивается, а содержание влаги в продукте сохраняется, что улучшает потребительские свойства продукта.
5.6.5. Гели на водной основе
Горячие растворы каппа- и йота-каррагинанов затвердевают при охлаждении ниже точки (температуры) гелеобразования (30-70 °С в зависимости от присутствия катионов и других ингредиентов), образуя гели различной текстуры. Двух-стадийный механизм гелеобразования приведен на рис. 5.5 (а-в), причем в фазе Gel-1 гель является эластичным (йота), а в фазе Gel -II — хрупким (каппа).
Рис. 5.5.
а — механизм образования каррагинанового геля;
б — механизм образования Gel-I (йота-каррагинан);
в — механизм образования Gel-II (каппа-каррагинан).
Для эффективного использования каррагинана важно знать ионный состав пищевой системы. Например, каппа-каррагинану для стабилизации соединения зон внутри прочного хрупкого геля необходимы ионы калия, а йота-каррагинану для связи соседних цепей в мягких и эластичных гелях — ионы кальция.
Сочетание каппа- и йота-каррагинанов дает гель с промежуточными свойствами (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Свойства гелей, образованных чистыми каппа- и йота-каррагинанами и их смесями.
Каррагинановые гели проявляют гистерезис. Они стабильны при комнатной температуре, но могут плавиться при температурах на 5-30 °С выше температуры гелеобразования. При охлаждении расплав в нейтральной среде снова образует гель той же прочности и текстуры.
Гели из йота-каррагинана разрушаются при сдвиге, но после снятия нагрузки восстанавливаются, что свидетельствует об их тиксотропных свойствах. Вместе с тем полное восстановление протекает довольно долго (в отличие, например, от гелей из ксантановой камеди). Каппа-каррагинановые гели при сдвиге необратимо разрушаются.
Синерезис представляет собой удаление влаги из геля, структура которого становится более плотной и сжатой. В отличие от весьма склонных к синерезису гелей из каппа-каррагинана, йота-каррагиновые гели синерезису не подвержены. Синерезис непосредственно связан со стабильностью в циклах замораживания-размораживания. Замораживание необратимо уплотняет структуру геля из каппа- каррагинан, но не влияет на йота-каррагиновый гель, котороый при оттаивании полностью восстанавливается. Контроль синерезиса весьма важен для некоторых областей применения каррагинанов.
Если сочетанный эффект двух компонентов в смеси существенно превосходит суммарный эффект компонентов по отдельности, то это называется синергизмом.
Каппа-каррагинан дает высокосинергичные гели с галактоманнанами — например, с камедью рожкового дерева (КРД) и глюкоманнаном (конжаковой камедью). Помимо увеличения прочности геля, такие полиманнановые камеди делают текстуру геля более эластичной и уменьшают синерезис.
КРД представляет собой галактоманнан, в котором распределение галактозных боковых цепей на маннановом каркасе является упорядоченным с наличием незамещенных участков. Эти особенности строения КРД способствуют образованию сильных водородных связей между галактоманнаном и спиральными агрегатами каппа-каррагинана с проявлением синергизма. Еще более ярко выраженный синергизм характерен для смесей каппа-каррагинана с глюкоманнаном конжаковой камеди. В этом случае расстояние между эфирными группами, расположенными между ман- наном конжака, четко соответствуют длине спиральных агрегатов каппа-каррагинана. Оптимальное соотношение каппа-каррагинана и маннановой камеди составляет примерно 60 : 40 или 70 : 30 (рис. 5.7). Такие сочетания полимеров широко используются в производстве мясных продуктов и желированных кормов для домашних животных.
Рис. 5.7. Синергизм смесей каппа-каррагинана с КРД и конжаковой камедью.
Гидратационные и гелеобразующие свойства РЕS и каппа-каррагинана, полученного по традиционной технологии экстракции, во многом схожи, но имеются и некоторые различия. Целлюлозный каркас в PES снижает скорость гидратации, и поэтому растворы становятся высоковязкими только после достаточно длительного нагревания или при высоких температурах. Присутствие целлюлозы в готовом геле делает его менее прочным на разрыв, более хрупким и ломким. Частицы целлюлозы делают гель мутным, что исключает его использование там, где необходимо прозрачное желе (в частности, в десертах на водной основе и в глазурях для тортов и кексов). Химические свойства каррагинана в PES остаются прежними, однако на технологическеие и орга- нолептические свойства геля могут повлиять нерастворимые в кислотах вещества.
5.6.6. Кислотостойкость
В кислой среде (рН < 5,5) вязкость раствора каррагинана и прочность его геля уменьшаются, особенно при рН < 4,5, хотя и при рН 3,5 они еще достаточно высоки. При низких значениях рН протекает автогидролиз, и кислотная форма каррагинана распадается по месту присоединения 3,6-ангидрогалактозы [5]. Скорость автогидролиза при повышенных температурах значительно возрастает, однако при температурах ниже точки гелеобразования в каррагинане остаются связанные с сульфатом ионы калия, что замедляет автогидролиз. Следовательно, для предотвращения гидролиза в кислых продуктах каррагинан следует вносить в последний момент, а также при наличии возможности подкислять продукт непосредственно перед отсадкой или розливом, чтобы минимизировать распад полимера.
Примерные значения времени при различных рН и температурах, в которого полученный из 0,5%-ного каппа-каррагинана и 0,2%-ного хлорида калия гель теряет при охлаждении прочность не более чем на 20-25%, приведены в табл. 5.2. Из этой таблицы следует, что снижение рН на 0,5 уменьшает продолжительность обработки примерно в 3 раза. Это время мало зависит от концентрации каррагинана и других ингредиентов (в частности, солей и Сахаров). При непрерывной технологии продолжительность переработки следует минимизировать. При рН > 4,5 в большинстве технологий производства пищевых продуктов растворы каррагинана остаются стабильными.
Таблица 5.2
При соблюдении указанных выше условий каррагинан можно эффективно использовать в кислых средах. В состоянии геля и в «гелеобразной конформации» со стабильной спиралевидной структурой такая система очень стабильна. Так, в готовых к употреблению десертных гелях на водной основе срок хранения готового продукта намного дольше, чем срок годности по микробиологическим показателям или обусловленный присутствием ароматизаторов.
5.6.7. Взаимодействия с белками
Наиболее известно взаимодействие каррагинана с молочным белками. Каррагинан уже давно используется в молочных гелях и фланах, а также в производстве сухого молока и смесей для мороженого. Во всех этих случаях синергизм каппа- каррагинана и каппа-казеина позволяет снизить концентрацию гидроколлоида до 0,01%. Каппа-каррагинан не только образует в водной фазе слабый гель, но и формирует дополнительную структуру путем непосредственного взаимодействия с положительно заряженными аминокислотами и (через двухвалентные катионы) с отрицательно заряженными аминокислотами белков на поверхности казеиновых мицелл.
Каррагинан широко применяется для стабилизации молочных продуктов за счет специфического взаимодействия каппа-каррагинана и каппа-казеина. Этот механизм показан на рис. 5.8, где видны различия в свойствах казеиновых фракций.
Рис. 5.8. а — Различия в зарядах казеиновых фракций; 6- взаимодействие каппа-каррагинана и молочного каппа-казеина
Для предотвращения отделения сыворотки при производстве и хранении молочных продуктов (смеси для мороженого и молочных коктейлей, сливочные сыры и молочные десерты) достаточно ввести в них немного каррагинана (150-250 мг/кг). Небольшое присутствие каррагинана предотвращает также расслоение шоколадного молока и создает в нем стабилизирующую сетку, поддерживающую какао-частицы во взвешенном состоянии.
