V.2.9. Белки овощей, фруктов и их изменения при кулинарной обработке

Белковые вещества в большинстве продуктов растительного происхождения составляют небольшую долю, однако, денатурация и свертывание оказывают определенное влияние на свойства готового продукта.

Белковые вещества овощей, ввиду их небольшого содержания изучены мало. Количество белков в овощах не превышает 4,5–5%. Наиболее высоким их содержанием отличается зеленый горошек и огородный горох, а в таких овощах, как картофель, свекла, морковь белковых веществ меньше (1–2%). Содержание белковых веществ во фруктах еще ниже.

Овощи и фрукты имеют клеточное строение, белки входят в состав клеток. Клетки перенхимной ткани покрыты тонкой оболочкой, которая образует клеточную стенку (рис.4). Внутренняя поверхность клетки выстлана полупроницаемой мембраной, которая обеспечивает проникновение питательных веществ внутрь клетки и называется плазмолеммой. Кроме того, внутренняя поверхность выстлана протоплазмой. Протоплазма обволакивает поверхность ядра, которое чаще всего находится в центре клетки, пронизывает всю клетку, образуя вакуоли. Протоплазма имеет щелочную реакцию среды и отделяется от клеточного сока посредством тонопласта. Клеточный сок имеет кислую реакцию среды. Белковые вещества входят в состав протоплазмы, клеточного сока, ядер, пластид, находящихся внутри протоплазмы. Пастиды называют хромопластами, лейкопластами и хлоропластами. Хлоропласты имеют зеленый цвет, лейкопласты – бесцветные, а хромопласты имеют желтый или оранжевый цвет. Белковые вещества, являясь составной частью клетки, образуют золи малой концентрации.

Рис.4. Клетка паренхимной ткани репчатого лука: 1 – оболочка, пронизанная порами; 2 – ядро; 3 – пристенный слой протоплазмы; 4 – пластиды; 5 – вакуоль.

Белки овощей являются в основном полноценными, но содержание их невелико и удовлетворить суточную потребность организма в полноценных белках за счет них невозможно.

При нагреве до температуры 50–60С белки клетки денатурируют и коагулируют, при этом клетка теряет эластичность и такие свойства, как тургор и плазмолиз. В связи с денатурацией и коагуляцией кожистый слой протоплазмы разрушается, и клеточный сок легко диффундирует через клеточные оболочки. Коагуляция белков способствует также изменению реакции среды, как протоплазмы, так и клеточного сока, а это сказывается на изменении цвета овощей.

V.2.10. Белки зерномучных продуктов и их изменения при кулинарной обработке

Зерновые культуры отличаются высоким содержанием крахмала, белки в них составляют в среднем 10–12%. Среди зерновых культур 20–23% белковых веществ содержится в бобовых. Основная масса белковых веществ входит в состав алейроновых зерен, а также в виде отдельных включений между зернами крахмала.

Для того, чтобы судить о характере распределения белковых веществ в зерне и их изменении, рассмотрим кратко строение зерна.

Рис.5. Строение зерна пшеницы: 1 – оболочка (алейроновый слой); 2 – эндосперм; 3 – щиток; 4 – зародыш.

Наиболее типичным является строение пшеницы. Зерно имеет удлиненную форму, вдоль внутренней стороны проходит глубокий желобок, так называемая бороздка; в наружной части и впереди виден зародыш. Снаружи зерно покрыто плодовой и семенными оболочками, состоящими из нескольких слоев клеток. В начальной стадии развития оболочки содержали протоплазму, хлорофилл и другие составные элементы, характерные для развивающейся клетки, которая участвует во всех процессах ассимиляции и диссимиляции. В дальнейшем питательные вещества перемещаются в нижерасположенные клетки эндосперма, влажность их в значительной мере снижается, и к периоду полной зрелости эти клетки представляют собой одревесневшие клеточные оболочки, пропитанные минеральными веществами и лигнином.

Главная масса зерна состоит из эндосперма или мучнистого ядра. Эндосперм имеет алейроновый слой, который прилегает к семенным оболочкам и состоит из толстостенных крупных клеток, заполненных зернистым содержимым. Собственно эндосперм расположен ниже, он представлен крупными тонкостенными клетками, заполненными крахмалом. Исследование эндосперма показало, что крахмальные зерна и белковые вещества в клетках находятся в определенных морфологических взаимоотношениях. Около половины всех белковых веществ составляют основу (подложку) клетки, в которую включены крупные и мелкие крахмальные зерна и белки. Связь белковых веществ с крахмалом настолько прочна, что при размоле и отмывании клейковины белок и крахмал разделить полностью не удается.

К эндосперму прилегает зародыш, который отделяется от него щитком. Зародыш представляет собой зачаток будущего растения. Эта часть зерна богата питательными веществами – белками, липидами, углеводами, витаминами. Щиток, отделяющий зародыш от эндосперма, является сосредоточением ферментов, способствующих развитию зародыша.

Содержание влаги в зерне невелико (12–14%), причем влага эта связана осмотически или адсорбционно, поэтому белки в зерне находятся в виде сухих безстрктурных гелей.

В отличие от зерновых продуктов, зернобобовые не имеют эндосперма и питательные вещества в них откладываются в очень развитых листочках – семядолях. Семядоли покрывают почечку зародыша.

Азотистые вещества зерновых культур, являясь составной частью зерна, очень важны в процессах развития, роста растения и в технологической переработке. Среди белковых веществ зерна основное значение имеют проламины и глютелины, однако, для некоторых круп (например, гречихи) определенную роль играют и глобулины.

Альбумины в пшенице и зерновых культурах составляют небольшую долю (5–20%). Эти хорошо растворимые в воде белки представлены фракцией белковых веществ, они являются белками-ферментами и отличаются большой лобильностью. Если перевести их в растворенное состояние и прибавить небольшое количество ацетона или спирта, то они образуют сгустки, не переходя вновь в растворенное состояние. При нагреве до 40–50С легко денатурируют. Из альбуминов наиболее изученным является лейкозин пшеницы.

Глобулины – это солерастворимые полноценные белки, содержание их в пшенице составляет 10–15%, а в гречихе доходит до 50%. Глобулины входят в алейроновый слой, поэтому в муке низших сортов их больше. Основную долю в глобулинах составляют диаминомоно-карбоновые кислоты, в частности много аргинина, триптофана и др. незаменимых аминокислот.

Наиболее типичными для злаков являются проламины и глютелины. Они составляют 80% всех белковых веществ пшеницы. Свое название они получили благодаря тому, что при гидролизе этих белков образуется значительное количество пролина и амидов. Состоят из пептидных цепей, в состав которых в больших количествах входят глютаминовая кислота, пролин и амиды. Аминокислоты, входящие в состав проламина, не являются незаменимыми, т.к. отсутствует лизин, а содержание триптофана и метионина невелико. Для проламинов характерна растворимость в 60–80%-ном этаноле. Только проламины кукурузы растворяются в 90–93%-ном растворе. Денатурируют при температуре 60–70С.

Глютелины – белковые вещества, растворимые в слабых кислотах и щелочах. Наиболее изученными из них являются глютенин пшеницы, оризенин риса, глютелин кукурузы. В отличие от проламинов, глютелины имеют очень большой молекулярный вес, он может достигать 2–3 миллиона. Глютелины представляют собой белковые макромолекулы, состоящие из полипептидных цепочек, образованных большим числом дисульфидных связей. Если сравнить аминокислотный состав проламинов и глютелинов, можно заметить, что они мало отличаются по аминокислотному составу. Изучение строения этих белков показало, что глютенин пшеницы образован из ряда молекул глиадина (проламина), соединенных дисульфидными связями.

Глютелин и проламин, будучи нерастворимыми в воде, способны впитывать ее, образуя гидратированные студни, отличающиеся эластичностью и упругостью. Свойства этих студней изменяются в значительной мере под влиянием кислот, оснований, при высокой температуре.

Сложные белки зерновых культур представлены группой нуклеопротеидов, встречающихся, главным образом, в зародышах семян.

Наибольший практический интерес представляют проламин пшеницы, называемый глиадином и глютелин. При добавлении воды к пшеничной муке они формируют белковый студень, называемый клейковиной. При отмывании муки часть ее уходит с водой в виде взвеси крахмальных зерен и частиц отрубей, часть растворяется и в руках остается плотная резиноподобная масса. Клейковина играет исключительно важную роль в процессе формирования пшеничного теста и определяет его хлебопекарные свойства. Анализ клейковины показал, что она представляет собой гидратированное белковое образование, в котором кроме белков присутствуют клетчатка, крахмал, жиры, липоиды, минеральные вещества. Содержание сырой клейковины в пшенице колеблется в пределах от18% до 40%. Однако важно не только общее содержание клейковины, но и ее свойства:

1. Растяжимость, т.е. способность растягиваться без разрывов.

2. Сопротивление растяжению, которое выдерживает клейковина.

3. Эластичность, т.е. способность клейковины после растяжения возвращаться в исходное состояние.

На эти свойства клейковины оказывает влияние присутствие минеральных солей. Добавление поваренной соли увеличивает прочность клейковины, но снижает ее эластичность. Присутствие непредельных жирных кислот улучшает клейковину. Введение глютатиона или свободного цистеина приводит к разжижению клейковины. Это можно наблюдать при изготовлении дрожжевого теста с добавлением старых дрожжей: тесто расплывается, что объясняется присутствием восстановленного глютатиона в таких дрожжах.

Изучение состава теста из сильной и слабой муки показало, что аминокислотный состав их одинаков, различия обусловлены образованием новых водородных, солевых, электростатических и других связей.

Свойства клейковины и их изменения играют особенно важную роль при изготовлении дрожжевого теста. Введение дрожжей способствует процессу брожения сахаров, имеющихся или добавленных в тесто. В процессе брожения образуются органические кислоты, спирты, углекислый газ и другие продукты. Количество углекислого газа, образовавшегося в первый час, не очень велико, и объем теста меняется незначительно. Во второй час углекислый газ выделяется интенсивно, объем увеличивается. В третий час накопление углекислого газа настолько велико, что угнетает деятельность дрожжей. Поэтому производят обминку теста, удаляя избыток углекислого газа и обогащая тесто кислородом воздуха. Дальнейшее сбраживание сахаров приводит к накоплению органических кислот и спиртов, а вместе с тем изменению реологических свойств клейковины. Последняя становится более эластичной, растяжимой, способна выдерживать значительное растяжение без разрывов. Увеличивается растворимость белков клейковины. Изменение свойств клейковины связано с увеличением активной кислотности теста, а также с воздействием протеолитических ферментов муки и дрожжей. Такое воздействие приводит к частичному протеолизу и накоплению свободных аминокислот, пептидов, пептонов, альбумоз и других продуктов разложения белков.

Готовое тесто подвергается формовке, объем его сокращается. Для того, чтобы получить хорошее качество изделий, им дают расстойку, что способствует брожению и обеспечивает необходимый объем. Выпечку изделий производят при температуре 230–280С. На первой стадии выпечки температура на поверхности изделий будет ниже 100С, а во внутренних слоях – много ниже. Процесс брожения будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет инактивация ферментов. Образование углекислого газа приведет к увеличению объема изделий, а эластичность клейковины, которая была приобретена в процессе брожения, – к значительной ее растяжимости, высокой газоудерживающей способности, увеличению пористости. После испарения влаги с поверхностных слоев температура возрастает до 130С, при более высокой температуре происходит денатурация белков клейковины. Денатурация и коагуляция белковых веществ закрепит пористую структуру теста, дальнейшее увеличение объема происходить не будет. Закреплению структуры будут способствовать изменения крахмала, в частности его клейстеризация.

Влага, которая выпрессовывается гелями клейковинных белков, идет в основном на клейстеризацию крахмала. Последующий нагрев приводит к дальнейшему закреплению структуры, хотя температура в готовых изделиях не превышает 95–98С.

Для того, чтобы обеспечить быструю развариваемость и хорошее качество каш, некоторые крупы и зернобобовые предварительно замачивают. Это приводит к набуханию круп, в том числе и белков. Вода внедряется во внутреннюю структуру продуктов между отдельными полипептидными цепями, частично ослабляет эти связи и способствует более быстрому доведению каш до состояния готовности. Обводнение происходит и в первый период варки. В связи с этим белковые вещества из состояния сухих бесструктурных гелей переходят в состояние обводненных гелей. Денатурация белков наступает при 60–70С, а последующая коагуляция сопровождается выпрессовыванием влаги, которая идет на клейстеризацию крахмала.