ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ АГАРА
Морские водоросли использовались в пищу давно, начиная с четвертого века в Японии и в шестом веке в Китае. Позже они стали основой для производства таких гидроколлоидов как агар, альгитаты и каррагинаны, которые способны образовывать гели различной степени прочности и использоваться для загущения [1].
Первое упоминание об агаре датируется 1658 г., когда случайно был обнаружен его способ производства. Tarazaemon Minoya, хозяин гостиницы в Японии, оставив зимой на воздухе остатки желе из водорослей, через несколько дней обнаружил белое, пористое, сухое вещество. Естественные условия зимней погоды (мороз и солнце) до сих пор являются основными для производства агара в этой стране. В течение 17 и 18 веков распространялся в другие восточные страны, а на западе стал известен к концу 19 века.
В 1905 году Смит и в 1906 году Дэвидсон описали более подробно агар и его использование, тем самым обеспечив ему более широкое применение. Наиболее полная информация была описана R. Armisen в 1999 году [2, c. 355].
Агар получают из морских красных водорослей, принадлежащих к классу Rhodophyceae: Gracilaria, Gracilariopsis, Gelidium, Pterocladia, Ahnfeltia. Содержание агара в водорослях варьирует в зависимости от условий произрастания: концентрации двуокиси углерода в морской воде, ее температуры, интенсивности солнечного излучения. Лучшее качество агара получается из водорослей, и Gelidium, которые собирают по всему миру. из Gelidium имеет низкую температуру гелеобразования (от 34 до 36С), он не содержит дополнительных компонентов (следов металлов, растворимых углеводов), имеет прозрачный гель с прочностью 700г/ см и может быть использован в микробиологии. Качество агара из Pterocladia не стабильно: водоросли, собранные в холодное время, дают агар с более низкой желирующей способностью [3, c. 120].
Отмечено не очень высокое качество и у агара, выделенного из водорослей Gracilaria и Hypnea. Виды Gracilaria когда - то считались непригодными для производства агара, поскольку прочность геля была слишком низкая. В 1950-е годы, было обнаружено, что предварительная обработка водорослей щелочью перед экстракцией улучшила качество агара. В настоящее время около 90 % агара из Gracilaria используется в пищевой промышленности.
Агар по своей химической природе представляет сложную смесь полисахаридов, которые имеют одинаковую структуру основной цепи, но различаются степенью заряженных групп. Агароза – нейтральный полимер, состоит из цепочки ß -1,3-связанной -D-галактозы и a-1,4-связанной 3,6-ангидро-L-галактозы (рисунке 1), обладает желующими свойствами. Агаропектин разветвлен, имеет меньшую молекулярную массу, содержит от 3 до 10 % сульфатных групп, также может иметь в своем составе пируваты или метильные группы. Агаропектин не способен к образованию геля. Молекулярная масса агарозы , как правило, свыше 100 000 Д, [4, c. 22] и часто превосходит 150 000 Д. Агаропектин имеет низкую молекулярную массу, как правило, ниже 20000 Д [2, c. 357].
Соотношение агарозы и агаропектина варьирует от вида водорослей, агароза как правило составляет до двух третей агара. Структура агара представлена на рисунке 1[5-6, c. 362].
D-галактоза 3-6- ангидро- L-галактоза
Рисунок 1. Структура агара [5-6, c. 362].
Гелеобразование происходит за счет водородных связей. Желирующая способность агара обусловлена образованием двойных спиралей с участием двух полимерных цепей 3,6-ангидро-L-галактозы, образуя трехмерную каркасную структуру, которая удерживает молекулы воды в пустотах каркаса. Ангидро-мосты вместе с ограниченной конформационной гибкостью вокруг гликозидных связей ограничивают молекулу, способствуя формированию спирали; последующее изменение состояния спиралей –результат формирования геля [7, c. 380].
Применение агара обусловлено его уникальными свойствами образовывать гели. Агар не растворим в холодной воде, но значительно набухает, поглощая воду в двадцать раз больше собственного веса. Он легко растворяется в кипящей воде, а порошкообразный агар - может растворяться при 95С. Горячий раствор является прозрачным и ограниченно вязким. При охлаждении до температур 35-40C, в зависимости от вида водоросли, он становится чистым и крепким гелем, который является термообратимым. При нагревании до 85-95C он опять становится жидким раствором, снова превращающимся в гель при 35-40 градусах. При этом, такие переходы из твердого состояние в жидкое, и наоборот, могут осуществляться неоднократно.
Желирующие свойства агара являются самыми сильными среди других гидроколлоидов. Гели могут быть образованы в очень разбавленных растворах, содержащих от 0,5 до 1,0 % агара. Эти гели являются жесткими, ломкими, имеют четко определенные формы, а также имеют резкое точки таяние и желирующие точки. Кроме того, агар четко демонстрируют интересное явление гистерезиса (температурный интервал между температурой плавления и гелеобразования) - желирование происходит при температурах значительно ниже температуры плавления геля. Так, 1,5 % раствор агара образует гель при охлаждении до 32º - 45º C, который не плавится ниже 85ºС.
На прочность гелей влияет концентрация агара, рН и содержание сахара. При понижении рН прочность геля ослабевает. Повышение содержания сахара в системе дает гель с более твердой, но менее связной текстурой.
Агар выпускают в виде тонкодисперсного порошка, таблетированный, чешуйчатый, в виде нитей. Последний, иногда называемый природным, производится в небольших масштабах в Корее, Японии и Китае из водоросли Gelidium. Для его получения Gelidium кипятят несколько часов в воде, добавляя кислоты, фильтруют, охлаждают в специальных лотках, а затем выдавливают в виде полосок.
Агар находит широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности по всему миру:
В производстве молочных продуктов – мороженое, пудинги, йогурты, сгущенное молоко и др.
В мясной – пюре, рыбные консервы, продукты из птицы.
При производстве напитков – соков, пива, вина.
В хлебопечении - глазури, начинки для тортов и пирогов, некоторые виды теста. Наибольшее применение агар нашел в производстве сладостей и кондитерских изделий: (желе, желейные конфеты и начинки для конфет, например, суфле «Птичье молоко», мармелад («Лимонные дольки»), джемы, и другие [8-9, c. 118].
Известны новые варианты использования агара. Например, в Европе одна из его модификаций, “quick soluble” (быстрорастворимый агар), выступает в роли загустителя-стабилизатора в составе безалкогольных напитков. Кроме того, в Японии агар уже много лет продаётся как функциональный готовый продукт [8, c. 51].
Помимо пищевых целей часть агара используется в микробиологии и для проведения ряда научных исследований (электорфореза, гельфильтрации), в медицинской и фармацевтической промышленности.
Пищевая ценность агара включает в себя не только полисахариды и минеральные вещества. Кроме этого в агар-агар содержится немалое количество макро-микроэлементов. Водоросли, из которых получают агар, богаты йодом, который необходимым для стабильной работы щитовидной железы, также агар содержит железо, кальций.
Агар не обладает энергетической ценностью – в нем нет калорий. Однако, это не означает, что кондитерские изделия на основе агара обладают нулевой калорийностью. В них включают и сахар, и другие вещества, которые дают энергетическую ценность.
Являясь, прежде всего отличным пребиотиком, агар способен влиять на микрофлору организма. Попадая в кишечник, агар стимулирует микрофлору на борьбу с патогенными бактериями.
Благодаря большому содержанию клетчатки агар разбухает в кишечнике и оказывает мягкое слабительное действие, стимулируя перистальтику. Однако не следует употреблять в день больше 4-5 г агара. Если соблюдать эту норму, то вреда организму не будет.