Углеводы

Углеводы – характеристика.

В пищевых продуктах растительного происхождения основную массу сухого остатка составляют углеводы 60-80%. В продуктах животного происхождения углеводов мало 1-5%. Углеводы подразделяют на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды. Основными моносахаридами, содержащимися в пищевых продуктах, являются глюкоза, фруктоза и галактоза.

Глюкоза (виноградный сахар) в свободном виде содержится в плодах (винограде, черешне, сливе), овощах и меде. Из остатков глюкозы построены крахмал, клетчатка, гликоген, мальтоза. Она является составной частью сахарозы и лактозы (молочного сахара).

Фруктоза (плодовый сахар) содержится в чистом виде в плодах (винограде, яблоках) и меде, входит в состав сахарозы.

Галактоза в свободном состоянии в пищевых продуктах не содержится, но является составной частью лактозы и раффинозы.

Олигосахариды. Основными в этой группе углеводов являются дисахариды – сахароза, мальтоза и лактоза.

Сахароза (тростниковый сахар) содержится в плодах, крупах. Для пищевых целей сахарозу (сахар-песок, сахар-рафинад) получают из сахарной свеклы или сахарного тростника.

Мальтоза в свободном виде в продуктах питания не содержится, а является продуктом неполного ферментативного гидролиза крахмала.

Лактоза содержится только в молоке и молочных продуктах. Моно- и дисахариды обладают сладким вкусом. Наиболее сладкой является фруктоза, а наименее – лактоза.

Полисахариды. Их подразделяют на две группы: гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, гликоген) и гетерополисахариды (пентозаны, пектиновые вещества, камеди, гемицеллюлозы).

Крахмал является резервным полисахаридом и накапливается в клетках картофеля, в зерне злаков и семенах бобовых. Из картофеля и зерна получают чистый крахмал (картофельный, рисовый, кукурузный, пшеничный и др.), который используется в кулинарии в качестве загустителя.

Целлюлоза (или клетчатка) является основным компонентом клеточных стенок растительных тканей, в которых она находится в волокнообразной форме (фибриллы), сформированной из параллельно расположенных макромолекул, объединенными водородными связями. Целлюлоза практически не переваривается в кишечнике. В пищеварительном тракте человека целлюлоза стимулирует деятельность кишечника, нормализует деятельность кишечной микрофлоры, сорбирует стерины, препятствуя их всасыванию, способствует выведению холестерина. При тепловой кулинарной обработке практически не изменяется.

Гемицеллюлозы, так же как и целлюлоза, находятся в клеточных стенках овощей и плодов, в крупах, относятся к группе пищевых волокон. Гемицеллюлозы химически менее стойкие, чем целлюлоза и при тепловой кулинарной обработке подвергается гидролизу.

Пектиновые вещества Они содержатся в клеточном соке плодов и овощей, входят в состав их клеточных стенок. Пектины являются хорошими структурообразователями, обладая высокими желирующими свойствами, формируют структуру желе, самбуков, фруктовых начинок, джема, повидла. Изменения пектиновых веществ играют большую роль в формировании качества готовой продукции из овощей.

Камеди представляют собой нейтральные полисахариды, состоящие из остатков маннозы и галактозы. Камеди обладают повышенной вязкостью, набухаемостью, клейкостью и применяются в качестве связующих веществ и загустителей.

Гликоген(животный крахмал) является резервным полисахаридом, накапливается в мышечной ткани и печени, из которого в результате гликолиза высвобождается энергия, необходимая организму при напряженной работе мышц.

Кислотный и ферментативный гидролиз сахарозы.

Кислотный гидролиз сахарозы. В процессе приготовления сладких блюд из плодов и ягод, варки плодово-ягодных начинок, кондитерской помадки, как содержащаяся в плодах и ягодах сахароза, так и та, что добавляется в изделия в чистом виде, подвергается кислотному гидролизу с образованием равных количеств глюкозы и фруктозы, смесь которых называется инвертным сахаром. Инвертный сахар по сравнению с сахарозой более сладок и поэтому в той или иной сте­пени усиливает сладость блюд и изделий. К тому же он предохраняет кондитерскую помадку от засахаривания.

Кислотный гидролиз сахарозы происходит вследствие нагревания ее водных растворов в присутствии органических кислот, содержащих­ся в клеточном соке плодов и ягод или добавляемых при приготовле­нии изделий (лимонной, уксусной).

Количество образующегося в блюдах и изделиях инвертного сахара зависит от продолжительности нагревания, вида и концентрации ор­ганической кислоты, взаимодействующей с сахарозой. С увеличением продолжительности теплового воздействия и с повышением концен­трации кислоты степень инверсии сахарозы возрастает.

Ферментативный гидролиз сахарозы и мальтозы имеет место в про­цессе брожения дрожжевого теста и в начальный период выпечки изделий из него, а также в производстве пива, кваса, вина и других продуктов. В процессе приготовления мучных кулинарных, кондитер­ских и булочных изделий из дрожжевого теста в него добавляют сахар (2,5...21 %). Мальтоза образуется в процессе брожения теста в резуль­тате действия на крахмал амилолитических ферментов.

Находящиеся в тесте сахароза и мальтоза под действием ферментов дрожжей (сахарозы и мальтазы соответственно) подвергаются гидро­лизу с образованием инвертного сахара. Следует отметить, что наибо­лее активной является сахароза, которая в течение нескольких минут после замеса может гидролизовать 7,5 % сахара (от массы муки), но при этом тормозится инверсия мальтозы.

Накаливающиеся в процессе брожения теста глюкоза и фруктоза ферментным комплексом дрожжей подвергаются глубокому расще­плению с образованием этилового спирта и углекислого газа (спир­тное брожение), а содержащиеся в дрожжах и муке молочнокислые бактерии вызывают молочнокислое брожение с образованием из глю­козы и фруктозы молочной кислоты, что сдвигает pH в сторону более кислой реакции среды. Этиловый спирт, углекислый газ и молочная кислота участвуют в формировании качества изделий из дрожжевого теста. Молочнокислое брожение играет большую роль при производ­стве молочнокислых продуктов (простокваши, кефира, кумыса), при изготовлении кваса, при квашении капусты, огурцов.

Наряду с молочной могут образовываться и другие кислоты (уксус­ная, янтарная, яблочная, лимонная и др.) присутствие которых явля­ется нежелательным, так как ухудшает качество готовой продукции из дрожжевого теста.

В процессе кулинарной обработки сахара могут также подвергать­ся глубоким изменениям, связанным с воздействием на них высоких температур (выше 100 °С — карамелизация) и реакцией меланоидинообразования.

Карамелизация. Карамелизация — это сложный процесс глубоко­го термического разложения сахаров (сахарозы, глюкозы, фруктозы) под воздействием высоких температур (выше температуры плавления, 100 °С и более) с образованием аморфной массы сложного состава с характерным цветом (от желтого до коричневого), вкусом и запахом. Реакции катализируются небольшими концентрациями кислот, щело­чей и некоторых солей. Продукты карамелизации сахарозы являются смесью веществ различной степени полимеризации.

При нагревании сахарозы на первой стадии реакции происходит ее частичная инверсия с образованием глюкозы и фруктозы, из которых при дальнейшем нагревании образуются окрашенные соединения. Основными являются реакции дегидратации — отщепление от моле­кулы моноз одной или двух молекул воды, в результате чего образу­ются ангидриды сахаров. Являясь реакционно-способными соедине­ниями, они могут соединяться или друг с другом, или с неизмененной молекулой сахара и образовывать продукты конденсации (реверсии). При длительном нагревании отщепляется третья молекулы воды с об­разованием оксиметилфурфурола, который при дальнейшем тепловом воздействии может распадаться с разрушением углеводного скелета и образованием муравьиной и левулиновой кислот или образовывать окрашенные соединения. Цветность продуктов карамелизации саха­ров обусловлена наличием в их составе сопряженных двойных связей, которые адсорбируют свет определенных длин волн, придавая продук­там коричневый цвет.

Продукты карамелизации сахарозы, выделенные на разных стадиях реакции называются карамеланом C12H₁₈0₉), карамеленом (С₃₆Н₅₀О₂₅) и карамелином (С₂₄Н₃₀О₁₅). При отщеплении от молекулы сахарозы двух молекул воды (потеря массы 10,5 %) образуется карамелан — вещество светло-соломенного цвета, растворяющееся в холодной воде. При от­щеплении от трех молекул сахарозы восьми молекул воды (потеря мас­сы 14 %) образуется карамелен — вещество ярко-коричневого цвета с рубиновым оттенком, растворяющееся в холодной и кипящей воде. При более сильном обезвоживании нагреваемой массы (потеря массы 18,4%) образуется темно-коричневое вещество карамелин, растворяю­щееся только в горячей воде.

В кулинарной практике используются продукты реакции караме­лизации сахаров, известные под названием жженого сахара, для под­крашивания сладких блюд, соусов, бульонов, напитков. Продукты карамелизации сахара обусловливают золотистый цвет поверхности гурьевской каши, а также ее приятный вкус и запах. В формировании цвета корочки булочных изделий, запеченных яблок принимают уча­стие продукты карамелизации сахаров.