Emulgatori utilizati in ameliorarea calitatilor de panificatie a fainurilor din grau

Emulgatorii (surfactanţi, tenside) sunt substanţe active, amfifilice, care au capacitatea de a migra la interfaţa unui amestec eterogen de lichide nepolare şi polare, stabilizându-l. Natura amfifilică a emulgatorilor se bazează pe structura lor mixtă, având o parte lipofilă (hidrofobă) şi una hidrofilă (lipofobă). Capacitatea de stabilizare a diverselor amestecuri de lichide polare şi nepolare este determinată de afinitatea moleculelor emulgatorilor de a se orienta cu părţile hidrofile către lichidul polar (de exemplu apa) şi cu părţile hidrofobe către lichidul neopolar (de exemplu uleiul). Rezultatul este o scădere a energiei termodinamice libere a amestecului (a tensiunii superficiale apărute la interfaţa celor două faze) şi prin urmare o creştere a stabilităţii acestuia (Tamba-Berehoiu, R., Popescu, S., 2002). În figura alaturata este reprezentată structura unei molecule amfifilice. Porţiunea lipofilică aparţine unui acid gras cu catenă lungă.

Clasificarea emulgatorilor utilizaţi în panificaţie se poate realiza după mai multe criterii:

– mecanismul de acţiu6ne asupra e mulsiei (în emulgatori adevăraţi ce actionează prin scăderea tensiunii interfaciale şi formarea unui film de absorbţie la suprafaţa fazei dispersate şi pseudoemulgatori, care acţionează asupra fazei externe, mărind stabilitatea emulsiei);

– proprietăţile fizice ale acestora (în emulgatori tari, cu Ha > 55° C, care pot fi neautoemulsionanţi, respectiv autoemulsionanţi, emulgatori semimoi cu 45° C < Ha < 48° C şi emulgatori fluizi, cu 23° C < Ha < 27° C);

– tipul de emulsie pe care-l determină (emulgatori tip U/A şi emulgatori tip A/U);

– proprietăţile electrochimice (emulgatori anionici, emulgatori ionici, anionactivi, cationactivi, amfolitici);

– din punct de vedere chimic (în combinaţii nepolare, aşa cum sunt grăsimile şi combinaţii polare, aşa cum sunt lecitinele sau esterii unor polialcoli cu unii acizi graşi);

Cercetările realizate de Tsen şi Weber (1980) privind influenţa unor emulgatori asupra capacităţii de hidratare a făinii, au dus la concluzia că stearoil lactilatul de calciu (CSL), stearoil 2 lactilatul de sodiu (SSL), esterii mono- şi digliceridelor cu acidul diacetiltartric (DATEM), monogliceridele (MG), sucromonopalmitatul (SMP), monogliceridele etoxilate (EMG), monostearatul de polioxietilenă sorbitan cu denumirea comercială de Polisorbat 60 (PS-60), determină creşterea acesteia. De asemenea, DATEM, SCL, SSL determină creşterea stabilităţii aluatului şi a timpului de fermentare, în timp ce SMP, PS-60 şi EMG reduc durata fermentării.

Goareaceava şi colab. (1972) a arătat că adaosul de 0,25 % MG are ca efect scăderea vâscozităţii aluatului, a perioadei de relaxare şi a gradului de elesticitate, concomitent cu creşterea extensibilităţii acestuia.

Tsen şi colab. (1981) au constatat că emulgatorii DATEM, SSL, CSL, accelerează capacitatea fermentativă a drojdiei, în timp ce PS-60 şi EMG inhibă în măsură semnificativă formarea gazelor în aluat. Poliesterii zaharozei nu afectează capacitatea fermentativă a drojdiei (Chung şi colab., 1981).

Junge şi Hoseney (1981), Chung şi colab.(1981), au arătat că surfactanţii măresc volumul pâinii în funcţie de doza în care sunt folosiţi. Porozitatea pâinii obţinute cu diferiţi emulgatori a variat în funcţie de natura acestora. Astfel, adaosul de SSL şi propilen glicol-monoesterat (PGME) a determinat obţinerea unei porozităţi fine şi foarte fine, adaosul de PS-60 porozitate medie, iar EMG şi MG o porozitate inferioară martorului.

Majoritatea datelor din literatura de specialitate converg în a fi de acord că emulgatorii măresc elasticitatea miezului şi durata de prospeţime a pâinii. De asemenea, studiile efectuate au arătat că sucroesterii, SSL, EMG, glicolipidele şi monogliceridele didtilate (DMG) pot înlătura efectele negative ale proteinelor din soia, asupra pâinii (Sternhagen, I.G., Hoseney, C.R., 1994).

După Hughes (1975), emulgatorii ionici sunt cei mai eficienţi deoarece influenţează pozitiv proprietăţile reologice ale aluatului, comportamentul la coacere şi durata de păstrare a produsului finit. Pe de altă parte, emulgatorii neionici, reduc elasticitatea glutenului şi măresc fluajul aluatului, fiind recomandaţi pentru creşterea capacităţii de retenţie a gazelor în făinurile puternice. Emulgatorii amfoliţi au un comportament similar celor anionici însă sunt agenţi antiînvechire, mai eficienţi (Auerman, 1972)

Aplicaţiile emulgatorilor în panificaţie se bazează în principiu, pe efectul frământării asupra sistemului coloidal reprezentat de aluat. Energia mecanică introdusă la frământare creşte cantitatea totalã de energie şi determină subdivizarea continuă a fazelor reprezentate în aluat, deci creşterea suprafeţei interfaciale. Ca urmare, stabilitatea sistemului tinde să scadă proporţional cu mărimea lucrului mecanic efectuat asupra sa, respectiv cu durata de acţiune a acestuia. Surfactanţii utilizaţi în panificaţie au ca efect fie inmuierea miezului (surfactanţii care interacţionează cu moleculele şi granulele de amidon gelatinizat, încetinesc viteza cu care acestea recristalizează şi contribuie la menţinerea moliciunii miezului, reaţionând la suprafaţa soluţiei, nu la interfaţa lichid/lichid), fie întărirea aluatului (emulgatori care interacţionează cu proteinele glutenului şi îmbunătăţesc caracteristicile reologice în aluaturi, acţionând la interfaţa solid/lichid).

Amidonul şi proteinele glutenului sunt considerate ca fiind molecule hidrofile, umezindu-se uşor în contact cu apa şi devenind solubile în apă pe măsură ce masa lor moleculară scade, în realitate ele fiind însă, molecule amfifilice. Porţiunea n-alchil a emulsifianţilor (aşa cum este glicerol monostearatul) realizează o serie de complexe cu lanţurile helicolidale ale amidonului, încetinind cristalizarea acestuia şi procesul de învechire a pâinii (Lagendyk si Pennings, 1970).

Efectul de complexare a amilozei este dependent de:

– forma lanţului n-alchilic al emulgatorului, acesta fiind mai pronunţat când lanţul n-alchilic este drept;

– lungimea lanţului n-alchilic şi gradul de nesaturare a acestuia. Capacitatea de complexare creşte cu lungimea lanţului de carbon al acizilor graşi şi scade odată cu creşterea gradului de nesaturare.

– de starea fizică a emulgatorului. Cea mai eficientă stare este cea de gel, când moleculele emulgatorului sunt cristalizate sub formă α şi sub formă lamelară, separate prin straturi de apă, urmată de starea hidratată cristalină β. Forma anhidră a emulgatorului este cea mai puţin eficace;

– valoarea indicelui HLB (balanţa hidrofil-lipofilă), valoarea optimă a acestuia fiind 9 – 11.

Cercetările realizate de Lagendijk si Pennings (1970), au arătat existenţa unei corelaţii pozitive între capacitatea unor monogliceride (ca de exemplu glicerol monostearatul) de a forma complecşi cu amiloza şi compresebilitatea pâinii (inversa sfărâmiciozităţii). Krog si Nybo Jensen (1970) au arătat că această capacitate de a forma complecşi cu amiloza există în paralel cu capacitatea de a inhiba sfărâmiciozitatea pâinii.

Complecsul amiloză – emulgator se formează la coacere, fiind insolubil în apă. Ca urmare amiloza nu mai poate difuza în afara granulei de amidon pentru a forma asociaţii intermoleculare. De asemenea, amiloza rămasă în interiorul granulei împiedică asocierea lanţurilor de amilopectină şi prin urmare retrogradarea amidonului, cu efecte pozitive asupra ratei de învechire a pâinii.

Părţile hidrofile ale emulgatorilor pot interacţiona uşor cu catenle laterale, hidrofobe, ale aminoacizilor din structura proteinelor. În gluten, datorită prezenţei relativ mari a acestor aminoacizi (în jur de 40 %), dar şi a conformaţiei sale specifice, apar o serie de regiuni hidrofobe care intră în interacţiune cu surfactanţii adăugaţi în aluat (Bernadin, 1978; Danno, 1984). La pH 6, datorită relativei egalităţi a densităţii sarcinilor aminoacizilor cationici şi anionici din structura glutenului, regiunile hidrofobe ale acestuia pot interacţiona favorizând agregarea (Tanford, 1973). Pe măsură ce valoarea pH-ului scade, sarcina globală a proteinei glutenice tinde să devină pozitivă, ca urmare a neutralizării sarcinilor negative ale aminoacizilor anionici de protonii disponibili din mediu. Rezultatul constă în solubilizarea proteinelor. O serie de surfactanţi anionici leagă însă cu partea lipofilă, partea hidrofobă a moleculei, formând un complex la nivelul căruia sarcina electrică tinde către 0. Ca urmare, procesele de solubilizare sunt defavorizate, facilitându-se agregarea proteinelor.

Sarea si SSL au efecte similare asupra curbelor mixografice şi se poate spune că sarea suprimă respingerea electrostatică, în timp ce SSL o neutralizează; efectul final este acelaşi în ambele cazuri; adică, agregarea hidrofobică a proteinelor glutenului şi o creştere a tăriei aluatului (Francoise şi Feillet, 1980).

Supradozarea emulgatorilor poate determina însă solubilizarea proteinelor datorită adsorţiei suplimentare a acestora la suprafaţă (Kobrehel si Bushuk, 1977, 1978).

Formarea complecşilor proteină – emulgator (PE) se realizează în timpul frământării, când proteinele glutenice capătă conformaţii ce permit creşterea accesibilităţii emulgatorului la acestea.

În tabelul 10 sunt prezentaţi o parte dintre cei mai folosiţi emulgatori în panificaţie, împreună cu denumirea codificată şi o serie de caracteristici ai acestora.