Аромат пищевых продуктов в значительной степени определяет их качество и привлекательность для потребителя.

Пищевые ароматизаторы – смесь вкусоароматических веществ или индивидуальное вкусоароматическое вещество, вводимые в пищевые продукты с целью улучшения его органолептических свойств.

В состав ароматизатора могут входить пищевые продукты, растворители, пищевые добавки и вещества, разрешенные Департаментом Госсанэпиднадзора Минздравсоцразвития РФ. Пищевым ароматизаторам коды Е не присваиваются.

Аромат пищевого продукта определяется содержанием в нем сложной смеси органических соединений, присутствующих ранее в сырье, образовавшихся под влиянием различных факторов в ходе технологического процесса или специально внесенных при его получении.

На аромат и вкус готового продукта влияют состав сырья, виды и количество содержащихся в нем ароматобразующих веществ, особенности технологического процесса его переработки (продолжительность, температура, наличие и активность ферментов), химизм протекающих процессов и характер образующихся при этом соединений, вносимые ароматизаторы, вкусовые и ароматобразующие вещества и т.д. Вкус и аромат готового продукта создаются большим числом соединений и оцениваются с помощью сенсорного анализа и аналитических методов.

19.1. СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ПИЩЕВЫХ АРОМАТИЗАТОРОВ

Содержание и состав ароматобразующих веществ растительного сырья меняются при хранении, в ходе механической, ферментативной и тепловой обработки. Все это приводит к необходимости внесения в пищевые продукты ароматизаторов.

Современные пищевые ароматизаторы – сложная, хорошо сбалансированная концентрированная смесь органических веществ натурального или синтетического происхождения, растворенных в инертном органическом растворителе (этаноле, пропиленгликоле) или нанесенных на сухой инертный пищевой носитель. Важнейшие ароматобразующие соединения принадлежат к различным классам органических веществ: алифатические и ароматические альдегиды, кетоны, спирты, кислоты, эфиры, оксиды, меркаптаны, моно- и полисульфиды, замещенные пиразины, тиазолы, оксазолы, фураны, насыщенные и ненасыщенные алифатические и гетероциклические соединения. Многие из них неустойчивы и реакционноспособны, и эти свойства учитывают при их введении в состав ароматизаторов.

Пищевые ароматизаторы делятся на три группы:

• натуральные ароматизаторы, состоящие только из концентратов или экстрактов натуральных продуктов;
• ароматизаторы, идентичные натуральным, состоящие из веществ натурального или синтетического происхождения, при этом структура компонентов ароматизатора идентична химической структуре веществ из натуральных источников;
• синтетические ароматизаторы, содержащие минимум один искусственный компонент, полученный синтетическим путем; могут содержать также вещества, не найденные в натуральных продуктах.

Вкусоароматические натуральные вещества – индивидуальные вкусоароматические вещества или их смеси, выделенные из сырья растительного или животного происхождения, в том числе переработанного для потребления традиционными способами приготовления пищевых продуктов (сушка, обжаривание, ферментация и др.). Ароматизатор натуральный – пищевой ароматизатор, вкусоароматическая часть которого содержит только натуральные вкусоароматические вещества.

Не разрешается введение синтетических душистых веществ в натуральные продукты (молоко, хлеб, фруктовые соки и сиропы, какао, кофе, чай и пряности) для усиления свойственного им естественного аромата.

Запрещено вводить ароматизаторы в продукты детского питания.

В производстве вкусоароматических добавок лидируют США, на долю которых приходится более 50 % продукции, производимой в мире; на страны Европы – 30, на все остальные, в том числе Японию и Россию, – 20 %. Использование вкусоароматических добавок во всех отраслях пищевой промышленности носит всеобщий характер. Более 50 компаний в США, Англии, Франции, Голландии, Италии, Бельгии, Японии и других странах производят сегодня ароматизаторы разного типа как натуральные, так и полученные химическим синтезом.

По предположению специалистов рост темпов использования только новых вкусовых компонентов в период 2000–2010 гг. составит не менее 12–15 %.

19.2. СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ АРОМАТИЗАТОРОВ

Получаемые ароматические вещества в большинстве случаев представляют собой смесь соединений (природных или полученных искусственно), только в отдельных случаях это индивидуальные соединения. Создание ароматобразующих композиций может быть осуществлено различными способами (рис. 19.1).

Рис. 19.1. Получение ароматизаторов

Промышленное производство ароматизаторов осуществляется двумя способами: их выделение из растений (или изолированных культур растений) и химический синтез. В настоящее время для улучшения запаха продуктов питания используют синтетические ароматобразователи. Формиаты придают продуктам запах слив, ацетаты пахнут грушами, бутираты и изобутираты имеют ананасовый аромат, а валераты и изовалераты по запаху напоминают яблоки. Изоамиловый эфир уксусной кислоты, или изоамилацетат (ИАА), широко применяется в пищевой промышленности благодаря характерному банановому запаху. Вкус, подобный зерновому и хлебной корке, можно получить добавлением ацилтиазолов.

В качестве растительных источников натуральных вкусоароматических компонентов разрешено использование более 400 представителей флоры. Для выделения вкусоароматических веществ (по европейской классификации – ароматических препаратов) используют надземную часть трав, листья, хвою, почки, корни и корневища, цветки, кору, экссудаты (смолы, камеди, бальзамы), плоды и др.

Пищевая промышленность испытывает острую потребность в высокоэффективных, безвредных для человека пищевых ароматизаторах природного происхождения. Для их получения растительное сырье подвергают механической, физической и биотехнологической обработкам. К биотехнологическим методам обработки растительного сырья относятся: ферментативный синтез или гидролиз; окисление, сбраживание углеводно-аминокислотных смесей дрожжами; экстракция из микробной биомассы; микробиологический синтез ароматических веществ.

К пищевым добавкам, усиливающим и модифицирующим вкус и аромат продуктов питания, относится небольшое количество соединений, принадлежащих к нескольким основным группам: глутаминовая кислота и ее соли, гуаниловая, инозиновая кислоты, рибонуклеотиды, производные мальтола, глицин, L-лейцин, лизин и бензойная смола. Внесение их в продукты питания или на стадии технологического процесса, или непосредственно в пищу перед ее употреблением восстанавливает природные вкусовые свойства продуктов, которые могли быть частично утрачены при их приготовлении или в ходе кулинарной обработки. Эти добавки придают новые ощущения при употреблении продуктов. Отдельные из них оказывают консервирующее действие.

Предложены ароматизирующие составы, придающие приятный аромат пищевым продуктам, содержащие в качестве активных ингредиентов соединения, образующиеся при реакции Майяра, когда рассчитанные количества глюкозы или мальтозы, а также аспарагиновой и глутаминовой кислот или их солей смешивают с водой до получения 20–40%-й концентрации, устанавливают рН 4–6, нагревают при 60... 150 °С от 5 мин до 2 ч, охлаждают до 20 °С, смесь упаривают и сушат под вакуумом.

Пряные растения, к которым относятся древесные культуры семейства лавровых, мускатниковых и др., накапливают в различных органах ароматические вещества, обладающие различным запахом и вкусом. Так, гвоздичное дерево содержит эфирное масло в бутонах, коричное дерево – эфирное масло в коре.

Пряности – высушенные части пряных растений, их используют в качестве приправ к пище. Они улучшают ее вкусовые качества, переваривание и усвоение.

К пряностям относят семена мускатного ореха, плоды (ваниль, анис, перец), цветки или их части (каперсы, гвоздика), листья (лавровый лист), кору (корица), корневища (имбирь).

Пряности применяют в кулинарии, кондитерской, хлебобулочной и ликеро-водочной промышленности.

Ароматические вещества (АВ) содержатся в природном сырье – плодах и ягодах, в продуктах их консервирования и соках.

Выделяемые из плодовых соков АВ разделяют на четыре группы:

• специфические, или основные, без которых не возникает специфический аромат данного вида сока;
• неспецифические, или усиливающие, ароматические вещества, не оказывающие существенного влияния на аромат, не имеющие собственного сильно выраженного запаха (ацетальдегид, гераннол и др.);
• нейтральные (этанол);
• нежелательные, или вредные (диацетил).

Ароматические вещества выделяют из природного сырья экстракцией органическими растворителями (спиртом и др.); обработкой паром с отгонкой АВ; вакуумной дистилляцией и др.

В настоящее время известны АВ многих пищевых продуктов. Например, среди ароматобразующих веществ хлеба найдены углеводороды и эфиры, ряд гетероциклических соединений, спиртов, фенолов, альдегидов, кетонов, кислот, лактонов, серосодержащих соединений и аминов.

Основные компоненты аромата хлеба образуются в процессе его приготовления, при брожении и выпечке вследствие ряда химико-термических реакций.

Микроорганизмы также участвуют в накоплении веществ, формирующих аромат. Так, дрожжи и молочнокислые бактерии, наряду с основными продуктами обмена – диоксидом углерода, этанолом и молочной кислотой, образуют еще и уксусную кислоту.

Например, природный изоамилацетат (ИАА) выделяют из растительного материала, но объем его производства недостаточен, а получение его в процессе брожения слишком дорогостоящий способ. Более привлекательным представляется ферментативный синтез из изоамилового спирта и уксусного ангидрида с помощью иммобилизованной липазы, например синтезируемой Rhizomucor miehei, поскольку он более селективен и проводится при умеренных температуре и давлении. При этом достигается очень высокая концентрация ИАА – 150 г/дм³ при относительно низкой концентрации липазы – 10 г/(дм³-ч). Эфиры, получаемые с помощью биокатализа, считаются близкими к природным и удовлетворяют спрос потребителей.

Выделение ароматобразующих веществ из природного сырья можно интенсифицировать с помощью ферментативного гидролиза растительных полимеров.

Так, для получения натурального ароматизирующего вещества из стручков ванили их обрабатывают ферментами (пектиназами, целлюлазами и/или гемицеллюлазами и β-глюкозидазами) в водной среде. Затем ароматическое вещество извлекают экстракцией. Например, в реактор вместимостью 2000 дм³, содержащий 550 кг измельченных стручков варили сорта Мадагаскар, вносят смесь 11 кг пектиназы и целлюлазы. Массу оставляют для мацерации в течение 6 ч при температуре 45 °С, после чего добавляют 11 кг ферментного препарата Полисахараза 151L, содержащего β-глюкозидазу в расчете 10000 ед/г. Через 12 ч термостатирования при 45 °С и перемешивания со скоростью вращения 150 мин^-1 массу обрабатывают с целью экстрагирования ванилина. Количество извлеченного ванилина составляет 2,05 % СВ ванили.

С помощью определенных ферментов, например цитохрома Р450, возможно получение ароматизаторов из дешевого растительного терпенового сырья. Исходным сырьем могут быть различные эфирные масла, например из лимонов или апельсинов, содержащие лимонен и пинен. Ароматизатор получают путем ферментативного окисления исходного сырья. В результате такого процесса лимонен переходит в изопиперитенол, обладающий ароматом перечной мяты; терпен валенсан образует грейпфрутовый аромат. Новый процесс достаточно дешев и имеет промышленное значение.

Разработан способ получения ароматизирующей композиции на основе сбраживания растворов углеводов (пентоз и гексоз) и аминокислот (аргинина, глутаминовой кислоты, орнитина и пролина) или содержащих их ди- и трипептидов дрожжами Saccharomyces cerevisiae, S. bayanus, Candida versatilis, Debaryomyces hanvenii при температуре 30 "С в течение 24–48 ч при рН 5,0. Молярное соотношение аминокислот и редуцирующих Сахаров может варьировать от 1:1 до 1:10. Полученные сброженные растворы добавляют в рецептуры выпекаемых хлебобулочных и кондитерских изделий.

Возможно получение ароматических веществ для пищевых продуктов из высших базидиомицетов, например Pleurotus ostreatus. Измельченную грибную массу обрабатывают водными растворами ферментных препаратов, содержащими целлюлазы и гемицеллю- лазы, затем для инактивации ферментов полученный водный экстракт нагревают до 90...110 °С и отделяют от массы грибов путем центрифугирования. К осадку грибной массы добавляют водные растворы протеолитических ферментных препаратов с эндо- и эк- зопептидазной активностью в концентрации 0,1 % сухой массы грибов, длительность ферментативной обработки – от 30 мин до 48 ч. После отделения негидролизованного остатка грибной массы первичный и вторичный экстракты смешивают, пастеризуют или высушивают и получают комплексный природный ароматизатор для пищевых продуктов.

В США изучали возможность использования клюквенных выжимок в качестве субстрата для производства свободных фенолов под действием β-глюкозидазы, продуцируемой грибом шии-таке (Lentinus edodes) в процессе твердофазной ферментации. С помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии идентифицированы продукты ферментативного гидролиза – основные свободные фенолы: галловая, хлорогеновая, пара-оксибензойная и пара-кумаровая кислоты, которые могут быть использованы в качестве натуральных пищевых ингредиентов – антиоксидантов и ароматизаторов.

19.3. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
ПИЩЕВЫХ АРОМАТИЗАТОРОВ И УЛУЧШИТЕЛЕЙ ВКУСА

Микробиологический синтез является перспективным направлением получения натуральных пищевых ароматизаторов. Значительное число применяемых штаммов-продуцентов и широкая гамма продуцируемых ими ароматических веществ, возможность непрерывного производства душистых веществ (без сезонных задержек), отсутствие потребности в экзотическом растительном сырье – все это выгодно отличает биотехнологические методы от традиционных экстракционных технологий.

За рубежом разработкой микробиологических способов получения душистых веществ занимаются практически все крупные фирмы – производители пищевых ароматизаторов. В нашей стране данная область биотехнологии ранее практически не развивалась. В настоящее время работы по биотехнологическому получению ароматических веществ различных направлений проводятся в ВНИИПАКК.

В ходе проведенных работ была создана коллекция штаммов – продуцентов ароматических веществ, подобраны питательные среды и условия культивирования. Было установлено, что перспективными продуцентами ароматических веществ являются штаммы макро- и микромицетов. Были получены опытные образцы с ароматом ореха, хлеба, сыра, грибов и др.

Для интенсификации процесса продуцирования ароматических веществ представляется возможным внесение в состав питательной среды их предшественников. С этой целью могут быть применены такие классические методы, как оптимизация питательных сред и условий культивирования либо целенаправленное изменение свойств штамма-продуцента. Путем сочетания этих методов удастся значительно повысить выход душистых веществ при культивировании и, как следствие, сделать пищевые ароматизаторы, полученные биотехнологическими методами, более дешевыми и доступными для пищевой индустрии.

Для улучшения вкусовых качеств пищевых продуктов широко используют экстракты дрожжей, их смеси, белковые гидролизаты и отдельные аминокислоты, получаемые микробиологическим путем.

Главным усилителем вкуса считается натриевая соль глутаминовой кислоты, ее можно получить при помощи бактерий Corynebacterium glutamicum.

В создании вкусовых качеств пищевых продуктов особую роль отводят таким соединениям, как жирные кислоты, эфиры, монотерпены, дитерпены, аминокислоты, лактоны, метилкетоны и т.д.

Разнообразие вкусовых качеств создают и гидролитические ферменты, которые расщепляют полимерные субстраты пищи на мономеры и олигомеры, влияя таким образом на их вкусовые качества. Перспективными для выделения вкусовых и ароматических веществ считаются также дрожжи и бактерии, которые по количественному содержанию глутаминовой кислоты и нуклеиновых кислот значительно превосходят другие микроорганизмы (табл. 19.1 и 19.2).

Таблица 19.1. Содержание глутаминовой кислоты в микроорганизмах

Таблица 19.2. Содержание нуклеиновых кислот в микроорганизмах

На основе многочисленных экспериментальных данных натуральными вкусовыми и ароматическими добавками для пищевых продуктов признаны: глутамат, инозит и гуанилат натрия, 5-дезоксирибонуклеотиды, дрожжевые экстракты. Расщепляя нуклеиновые кислоты с помощью нуклеазы, образуемой микромицетом Penicillium citrinum, в промышленном масштабе получают 5'-нуклеотиды (содержащие главным образом аденозин и гуанин), которые применяются как усилители вкуса.

Большое внимание уделяется имитированию вкуса мяса, для чего в основном используют дрожжевые автолизаты. Ароматизаторы этого типа, получаемые химическим синтезом, используют значительно реже.

В Англии разработан новый метод инкапсулирования ароматизирующих веществ с помощью дрожжевых клеток, благодаря чему повышается стабильность и срок хранения этих веществ. Этот метод может быть использован при приготовлении хлебобулочных изделий и сухих завтраков. Дрожжи способствуют предохранению этих веществ от воздействия водных сред, температуры и давления. Такой инкапсулированный материал готовят диффузией ароматизирующих веществ из раствора через стенки дрожжевых клеток с последующей распылительной сушкой материала, отделенного от раствора, для образования капсул диаметром 30 мкм. Каждая капсула содержит несколько индивидуальных дрожжевых клеток, в которых находятся ароматизирующие вещества.

19.4. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ПИЩЕВЫХ АРОМАТИЗАТОРОВ

В рамках программы гармонизации пищевого законодательства стран – членов ЕС предложены критерии оценки микробиологического качества и микробиологической стабильности пищевых ароматизаторов, учитывающие вид и качество сырья, методы производства пищевых ароматизаторов, требования программ по управлению качеством пищевой продукции (НАССР и др.). Пищевые ароматизаторы классифицируют по трем группам: жидкие, пастообразные и сухие; они могут содержать самые разные добавки–от эфирных масел с бактерицидными свойствами до легко обсеменяемых микроорганизмами пряностей. Разнообразны и методы производства пищевых ароматизаторов – от простых процессов смешивания до сложных физико-химических и биотехнологических (экстракция растворителями и сверхкритическими жидкостями, ферментативный гидролиз, обработка с применением микроорганизмов, адсорбция и др.). Поэтому в пищевых ароматизаторах (ПА) можно обнаружить широкий спектр разнообразных микроорганизмов в различном количестве, вследствие чего они могут иметь разную микробиологическую стабильность.

В настоящее время нет единого правового документа, регламентирующего микробиологические показатели ПА; имеются трудности и с их микробиологическими исследованиями из-за невозможности разработки единых методов анализа. Жидкие, не содержащие воды пищевые ароматизаторы содержат до 70–90 % растворителя (этанола и др.), триглицериды (растительное масло) и кислоты (уксусная кислота и др.). Содержащиеся в них ароматические вещества, экстракты (эфирные масла) и растворители могут обладать бактерицидными свойствами, поэтому эта категория пищевых ароматизаторов считается микробиологически безопасной (стерильной) и стабильной, отчасти из-за низкого показателя активности воды (α_w).

Для водосодержащих пищевых ароматизаторов (используемых для фруктовых и овощных соков) с рН <3,0 предложены следующие ориентировочные показатели предельно допустимого содержания <ПДС) микроорганизмов, гарантирующие их микробиологическую стабильность: кислотоустойчивые микроорганизмы – максимально 100 КОЕ/г, дрожжи – максимально 100 КОЕ/г. Для пастообразных пищевых ароматизаторов (в данную группу входят расщепляющиеся при высоких температурах пищевые ароматизаторы и экстракты, получаемые с помощью растворителей) предложены следующие ПДС, максимально КОЕ/г: общее содержание клеток – 10⁴, дрожжи и плесени – 100, энтеробактерии/колиформы – 100, Е. coli – 10. Из-за пониженного влагосодержания и низкого показателя активности воды эта группа пищевых ароматизаторов может считаться микробиологически стабильной. Сухие пищевые ароматизаторы, получаемые различными методами (адсорбция, распылительная или сублимационная сушка, микрокапсулирование и др.) из предварительно приготовленных жидких или пастообразных смесей, подвергаются тепловой обработке (пастеризация, ультравысокотемпературная обработка), поэтому для них предложены следующие ПДС, максимально КОЕ/г: общее содержание клеток – 10⁴, дрожжи и плесени – 10³, энтеробактерии/колиформы – 100, Е. coli – 10.