Современные тенденции и перспективы применения пищевых добавок в пищевой промышленности

Введение

Во все времена пища была основой жизни. Качественные продукты, полученные из натуральных ингредиентов, служат основой для здоровья и долголетия. Много выдающихся личностей разных эпох высказывались об этом, подчеркивая пользу натуральных продуктов и их калорийность. Сегодня, в условиях жесткой глобальной конкуренции за продовольственные ресурсы, важность натуральных продуктов для будущего населения становится актуальной.

С развитием пищевой химии в период индустриализации многие пищевые добавки стали искусственными. Уже в 1930-х ученые начали изучать воздействие этих добавок на организм человека. Однако крупные корпорации пищевой промышленности увидели в этом выгоду. Они осознали, что добавляя определенные ингредиенты, могут получить большую прибыль и завоевать лояльную аудиторию, предпочитающую их продукцию. В настоящие дни транснациональные пищевые компании получают огромную выгоду от продаж своей продукции. Такие компании успешно контролируют мировой рынок и влияют на предпочтения миллионов потребителей. Генная инженерия становится еще одним шагом в этом направлении.

Развитие инновационных технологий, особенно генной инженерии, имеет и финансовые мотивы, особенно для транснациональных корпораций. Неудивительно, что здесь могут происходить сговоры между крупными компаниями, учеными и различными структурами, контролирующими мировой рынок и, следовательно, влияющими на население многих стран.

Прогнозируется, что объем рынка пищевых добавок увеличится до 2,44 миллиарда долларов США к 2023 году и достигнет отметки в 4,62 миллиарда долларов США к 2033 году. В течение прогнозируемого периода ожидается устойчивый год к году рост рынка на уровне 6,6%.

Существует несколько факторов, которые способствуют увеличению спроса на пищевые добавки:

Потребление обработанных и готовых к употреблению продуктов стимулирует интерес к пищевым добавкам.

Производители все чаще внедряют добавки, чтобы усовершенствовать вкус продуктов.

Рост запросов на экологически чистую и высококачественную пищу способствует повышению интереса к пищевым добавкам.

Различные организации, включая Продовольственную административную организацию, Всемирную организацию здравоохранения и Министерство сельского хозяйства США, активно внедряют стандартизированные добавки с целью расширения рынка для международной торговли.

Прогресс в технологиях, увеличение запросов на здоровую пищу и инновации в области пищевой промышленности стимулируют рост использования пищевых добавок.

Отрасль расширяется благодаря растущему спросу на продукты с длительным сроком хранения, такие как маринованные огурцы, сладости и бекон. Внедрение технологий микрокапсулирования для сохранения цвета продуктов способствует увеличению объема рынка [1].

Рост спроса на функциональные пищевые добавки и увеличение обработки продуктов становятся ключевыми движущими силами роста этого рынка. Важно отметить, что рост производства обработанных пищевых продуктов прямо связан со спросом на пищевые добавки. Применение производных морских водорослей в качестве заменителей жира и подсластителей стевии в пищевых продуктах отражает тенденцию использования функциональных добавок для улучшения пищевых свойств.

Эти добавки обладают значительными преимуществами для здоровья, такими как наличие важных питательных веществ и антиоксидантов, снижение риска развития хронических заболеваний и защита клеток от повреждений. Поэтому рост спроса на функциональные добавки будет стимулироваться повышенным интересом к переработанным продуктам, что приведет к увеличению доходов в сфере пищевых добавок [2].

1. Обзор пищевых добавок

Пищевые добавки – это разрешенные Минздравом РФ химические вещества и соединения, которые обычно не употребляются как пища, но целенаправленно добавляются в продукты на различных этапах производства для улучшения или облегчения технологических процессов, увеличения стойкости продуктов к порче, сохранения их структуры и органолептических свойств.

Основные цели введения пищевых добавок:

• Совершенствование производственных процессов в подготовке, переработке, хранении и транспортировке пищевых продуктов.
• Сохранение естественных качеств пищевой продукции.
• Улучшение органолептических свойств и стабильности продуктов при хранении.

Важно, чтобы пищевые добавки не представляли угрозу здоровью при длительном использовании.

Пищевые добавки подразделяются на группы в зависимости от их функционального назначения:

• Регуляторы вкуса (ароматизаторы, вкусовые добавки, подсластители, кислоты).
• Вещества, улучшающие внешний вид (красители, стабилизаторы цвета, отбеливатели).
• Составители текстуры и консистенции (загустители, эмульгаторы, стабилизаторы).
• Вещества для продления срока годности (консерванты, антиоксиданты).

Не следует путать пищевые добавки с соединениями, увеличивающими пищевую ценность продуктов, такими как витамины, микроэлементы или аминокислоты.

По определению Объединенного комитета экспертов по пищевым добавкам ФАО–ВОЗ, пищевые добавки – это непищевые вещества, добавляемые в продукты питания для улучшения их свойств или увеличения сроков хранения. Термин "пищевые добавки" не имеет единого толкования и поддается различным интерпретациям, однако определение внесенное в Федеральный закон и СанПиН представляется наиболее общим.

В основе классификации пищевых добавок лежит группировка их по технологическим функциям. В соответствии с ней все прямые пищевые добавки можно разделить на 5 групп: вещества, улучшающие цвет, аромат и вкус продуктов; вещества, регулирующие консистенцию продуктов; вещества, способствующие увеличению сроков годности; вещества, ускоряющие и облегчающие ведение технологических процессов, вспомогательные материалы.

Вещества, улучшающие цвет, аромат и вкус продуктов:

• красители;
• отбеливатели;
• фиксаторы окраски;
• ароматизаторы;
• усилители вкуса и аромата;
• интенсивные подсластители;
• сахарозаменители;
• подкислители;
• солёные вещества.

Люди веками улучшали внешний вид, аромат и вкус пищи, добавляя к ней соль, уксус, пряности и т.д., но только с развитием химической промышленности появилась возможность добавлять к продуктам питания вещества, улучшающие цвет, аромат и вкус. Цвето-, аромато- и вкусообразующие вещества, естественным образом содержащиеся в пищевом сырье, весьма нестойки. В жёстких условиях промышленной переработки и при длительном хранении они часто разрушаются. Поэтому требуется добавлять в продукт эти или аналогичные им вещества извне. Кроме того, начиная с конца XIX века и особенно во второй половине XX века, появились пищевые продукты, которым требуется придавать привлекательный вид, аромат, цветовое и вкусовое разнообразие (например, жевательная резинка и соевые продукты). Этим приёмом успешно пользуются и для расширения ассортимента традиционных продовольственных товаров, например кондитерских кремов или алкогольных напитков [3].

Химическое происхождение пищевых добавок разнообразно, они могут быть как природного, так и искусственного происхождения, включая процессы химического синтеза. Разнообразие добавок включает соединения и индивидуальные соединения.

Агар-агар и другие агароиды, производимые из морских водорослей, имеют различные свойства в зависимости от происхождения. Эти водоросли, растущие в Белом море и Тихом океане, слабо растворимы в холодной воде, образуя хорошо стойкое желе при охлаждении раствора, полученного при нагревании.

Агароид (черноморский агар) – это филлофора из Черного моря, которая также слабо растворима в холодной воде, образуя желе при нагревании и последующем охлаждении, но менее стойкое по сравнению с агаром.

Фурселларан, полученный из морских водорослей фурселлярии, химически ближе к агару и агароиду, формирует желе средней плотности и применяется при приготовлении мармеладов и желейных конфет.

Альгиновые кислоты и альгинат натрия, полисахариды из бурых водорослей, обладают различной растворимостью: первые нерастворимы, но связывают воду, в то время как альгинат натрия хорошо растворим в воде. Они применяются в качестве загустителей, желеобразователей и эмульгаторов в изготовлении мармелада, конфет и соков.

Метиловый и этиловый эфиры целлюлозы (обычные эфиры целлюлозы) используются при производстве мороженого, кондитерских изделий и соусов.

Питательные поверхностно-активные вещества (ПАВ) принадлежат к группам веществ, которые снижают поверхностное натяжение, способствуя созданию мелкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. У молекул ПАВ обычно диффузная структура с гидрофильными и гидрофобными группами. Гидрофильные группы делают их растворимыми в воде, в то время как гидрофобные группы - в неполярных растворителях. ПАВ размещаются на границе фаз, их свойства зависят от химической структуры и соотношения гидрофильных и гидрофобных групп. Они могут быть ионными и неионными в зависимости от типа гидрофильных групп. Ионные могут быть анионными, катионными и амфотерными, не диссоциируя в воде.

ПАВ играют важную роль в регулировании свойств пищевого сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов, рассматриваемых как гетерогенные системы. В настоящее время, в различных странах, производятся значительные объемы поверхностно-активных веществ.

Основными питательными поверхностно-активными веществами являются производные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, а также кислотные остатки разнообразной структуры, которые составляют их структурные компоненты.

Поверхностно-активные вещества, широко применяемые в пищевой промышленности, представляют собой многокомпонентные соединения, а их названия чаще всего связаны только с основным компонентом. Они находят применение во всех сферах пищевой промышленности.

Фосфолипиды, как натуральные, так и синтетические, используются в различных отраслях пищевой промышленности, включая хлебопекарную, кондитерскую и производство маргарина.

Природные фосфолипиды, также известные как фосфатиды или фосфатидный концентрат, гидратируются из растительных масел, содержащих до 60% фосфолипидов и до 40% триацилглицеролов. В их состав входят различные компоненты, такие как фосфолипиксолины (до 25%), фосфотидилэтаноламины (до 25%), дифосфатидилглицеролы (16-17%) и фосфатидные кислоты (5-10%). Они широко используются в производстве хлеба, мучных кондитерских изделий, шоколада, напитков и мороженого.

Синтетические фосфолипиды, применяемые в пищевой промышленности, имеют отличия в составе, отсутствует наличие в их молекулах соединений азота. Это комплексные соединения, образующие с триглицеридами аммониевые или натриевые соли различных фосфолипидных кислот. Использование синтетических фосфолипидов в производстве шоколада позволяет экономить какао-масло и в маргариновой промышленности выпускать обезжиренные маргарины с содержанием жировой фазы 40-50%. Для производства маргарина используется смесь в пропорции 3:1 эмульгатора Т-1 и фосфатидного концентрата эмульгатора Т-Ф.

Сложные эфиры полиглицерина представляют собой соединения, образованные жирными кислотами с полиглицерином, содержащие свободные полиглицерины, а также некоторое количество моно-, ди- и триглицеридов. Они находят применение в хлебном, кондитерском и маргариновом производствах пищевой промышленности.

Эфиры сахарозы – сложные соединения, представляющие собой эфиры натуральных кислот, образованные сахарозой. Они широко используются в производстве кондитерских, хлебобулочных изделий и мороженого.

Сложные эфиры сорбита являются соединениями, образованными сорбитом и натуральными кислотами.

Производные высокожирных спиртов (Р - спиртовые остатки) и карбоновых кислот также применяются в пищевой промышленности.

Рис. 1. Сукцинат

Рис. 2. Тартраты

Они используются практически во всех отраслях пищевой промышленности [4, 5].

2. Риски для здоровья, связанные с пищевыми добавками

В отличие от водорастворимых витаминов, жирорастворимые витамины A, D, E и K могут накапливаться в печени и жировых тканях. Чрезмерное употребление может привести к токсичности. Общие симптомы токсичности микроэлементов (витаминов и минералов) включают сердечную аритмию, головную боль, тошноту и рвоту, а в тяжелых случаях головные боли, судороги, общую боль в теле, слабость, одышку, тошноту, рвоту, диарею, лихорадку, металлический привкус, высокое кровяное давление, отсутствие диуреза, а высокие дозы могут вызывать взаимодействие питательных веществ, например, железа и меди, изменения в коже, волосах и ногтях, врожденные дефекты среди других симптомов.

С другой стороны, постоянное злоупотребление подсластителями и добавками жирных кислот может привести к избыточному весу и ожирению, которые являются предвестниками многих сопутствующих неинфекционных заболеваний [6].

Вредных добавок намного больше, чем полезных. В их число входят не только синтетические вещества, но еще и натуральные. Вред пищевых добавок может быть велик, особенно если их употреблять с продуктами регулярно и в больших количествах.

В настоящее время в России запрещены добавки:

• улучшители хлеба и муки – Е924а, Е924d;
• консерванты – Е217, Е216, Е240;
• красители – Е121, Е173, Е128, Е123, Red 2G, Е240.

Исследования специалистов регулярно обновляют списки разрешенных и запрещенных добавок. Важно следить за такой информацией, так как недобросовестные производители нарушают технологии производства, стремясь снизить себестоимость товара [7].

3. Применение пищевых волокон в мясной промышленности

Мясо и его продукты являются скоропортящимися продуктами, из-за сложного состава и высокого содержания влаги, что способствует размножению бактерий, ответственных за разложение, и вызывает изменения в их вкусовых и пищевых характеристиках из-за окисления липидов и белков. Для увеличения срока годности мясных продуктов применяют антиоксиданты, антимикробные препараты и инновационные методы обработки. Особое внимание уделяется природным соединениям и методам обработки, минимально воздействующим на продукт термически.

Процесс переработки мясных изделий может быть направлен на улучшение их функциональных характеристик путем добавления растительных компонентов, богатых пищевыми волокнами, таких как крупяная и зернобобовая мука, овощи, фруктовая мякоть и другие. Этот метод способен обеспечить значительную часть необходимого ежедневного потребления пищевых волокон для людей, регулярно употребляющих мясо. Потребление мясных продуктов, обогащенных пищевыми волокнами, может стать профилактикой для различных заболеваний, таких как ишемическая болезнь сердца, диабет, синдром раздраженного кишечника, ожирение и прочих.

Кроме того, пищевые волокна способны эффективно использоваться в мясных продуктах в качестве связующих и наполнителей, частично или полностью заменяя вредные жировые компоненты, тем самым улучшая питательную ценность, рН-баланс, влагоудерживающие свойства, стабильность эмульсии, текучесть при сдвиге, вкусовые характеристики и другие параметры готовых продуктов. Добавление пищевых волокон в мясные продукты способствует повышению их эффективности при приготовлении, а следовательно, может оказать положительное воздействие на экономическую составляющую [8].

Также, агропромышленные отходы играют важную роль в развитии технологий, использующих природные соединения. Они представляют собой ресурс, содержащий в себе недоиспользуемые, но ценные компоненты, такие как полифенолы, клетчатка, антиоксиданты и терпены. На практике агропромышленные отходы часто состоят из несъедобных частей фруктов, включая семена, скорлупу, лепестки и корешки, которые могут составлять от 10 до 30 процентов общей массы плода. Использование этих доступных побочных продуктов в пищевой промышленности может способствовать появлению новых источников дохода и укреплению экологической устойчивости. Проблема потенциального загрязнения, вызванного выбросами отходов от производства овощей и фруктов, может быть смягчена благодаря их использованию как источника пищевых волокон и естественных антиоксидантов. Это позволяет не только снизить воздействие на окружающую среду через уменьшение нагрузки на утилизацию, но и способствует экономии ресурсов путем сокращения объема отходов.

Таблица 1

Изменение качественных характеристик различных мясных продуктов под влиянием различных добавок

Таблица 2

Указание срока годности путем изменения микробиологических характеристик и антиоксидантной способности различных мясных продуктов под влиянием различных добавок

Исследования показывают, что включение пищевых волокон в мясные продукты способствует более эффективной работе пищеварительной системы, улучшает процессы пищеварения и снижает риск возникновения ишемической болезни сердца, среди прочих положительных эффектов [9].

Заключение

В современном мире применение пищевых добавок в пищевой промышленности является неотъемлемой частью процесса производства, направленного на улучшение, срока хранения и разнообразия продуктов. Следуя потребностям и ожиданиям потребителей, сектор пищевых добавок стремится к разработке инновационных продуктов, обеспечивающих безопасность, вкусовые качества, длительный срок хранения и функциональные характеристики.

Современные тенденции в применении пищевых добавок выражаются в увеличении спроса на натуральные компоненты, важность которых для потребителей продолжает расти. Что в свою очередь приводит к разработке новых методов получения добавок из природных ресурсов и использованию биотехнологий для производства более безопасных и экологически чистых ингредиентов.

Следовательно, современные тенденции и перспективы применения пищевых добавок в пищевой промышленности направлены на разработку инновационных, безопасных и функциональных продуктов, соответствующих изменяющимся потребностям и ожиданиям современного потребителя.