9.4. Углеводы - высокомолекулярныеПолисахариды

Углеводы — широко распространенные в природе органические вещества, преобладающие в пище человека и являющиеся основным источником необходимой организму энергии. Источником углеводов служат главным образом продукты

растительного происхождения — хлеб, крупа, картофель, овощи, фрукты, ягоды. Все углеводы делят на две группы:

Простые (моносахариды, монозы) — это углеводы, которые неспособны гидролизоваться с образованием более простых соединений.

Обычно в составе число атомов углерода равно числу атомов кислорода;

Сложные (полисахариды, полиозы) — углероды, способные гидролизоваться на более простые. У них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода. Сложные углероды весьма разнообразны по составу, молекулярной массе и свойствам. Их делят на две группы:

низкомолекулярные (сахароподобные, или олигосахариды) и высокомолекулярные (несахароподобные полисахариды). Последние — соединения с большой молекулярной массой, в состав которых могут входить остатки сотен тысяч простых углеводов.

Представителями наиболее простых моносахаридов являются глюкоза, фруктоза, галактоза; олигосахаридов — дисахарид сахароза (свекловичный или тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар) и трисахарид — раффиноза.

Особое место в превращениях моносахаридов занимают процессы дыхания и брожения.

Дыхание — это экзотермический процесс ферментативного окисления моноз до воды и углекислого газа. На каждый моль израсходованной глюкозы (180 г) выделяется 2870 кДж (672 ккал) энергии. Различают аэробное (кислородное) дыхание — дыханиепри достаточном количестве воздуха и анаэробное (бескислородное)

дыхание, являющееся спиртовым брожением. Спиртовое брожение протекает под влиянием микроорганизмов и играет исключительную роль в производстве спирта, вин и

хлебобулочных изделий. Кроме того, существует молочно-кислое брожение моноз — основной процесс при получении простокваши, кефира и других молочных продуктов, а также при квашении капусты. Брожение моноз может приводить к образованию масляной

кислоты (масляно-кислое брожение). Моносахариды — твердые кристаллические вещества, они гигроскопичны, хорошо растворяются в воде, образуя сиропы, трудно

растворимы в спирте.

Высокомолекулярные несахароподобные полисахариды построены

из огромного количества (до 6—10 тыс.) остатков моноз. Большинство полисахаридов состоит из молекул глюкозы, соединенных между собой в цепи. В зависимости от способа расположения глюкозы в цепи и степени ее ветвления образуются разные полисахариды — крахмал, гликоген, или животный крахмал, клетчатка. В растениях полисахариды выполняют в основном две функции: они служат запасными питательными веществами (крахмал) и являются главной составной частью опорной ткани растений (клетчатка).

Запасные питательные вещества откладываются в виде крахмальных зерен в растительных тканях. Запасы крахмала могут достигать: в картофеле — свыше 20 % и более, в зернах пшеницы и риса — иногда до 70 %. Биологическое значение крахмала очень велико. Он образуется в растениях из углекислоты и воды в результатефотосинтеза. У животных в качестве запасного питательного

материала в тканях тела откладывается гликоген. По мере надобности

он расходуется, распадаясь до глюкозы. При тепловой обработке крахмал, содержащийся в различных пищевых продуктах, подвергается изменениям, участвуя в следующих процессах: ферментативном и кислотном гидролизе, дек стринизации и клейстеризации.

Ферментативный гидролиз происходит под действием амилазы при варке картофеля, при замесе теста, выпечке мучных изделий. Сахара, образующиеся при варке картофеля, переходят в отвар, который рекомендуется использовать. Кислотный гидролиз

наблюдается при приготовлении соусов, киселей из кислых ягод. При длительной варке соусов гидролизуется до 25 % крахмала, содержащегося в муке. В результате гидролиза образуются различные продукты (декстрины, мальтоза, глюкоза) и соусы приобретают

соответствующую консистенцию, вкус и усвояемость. При сухом нагревании до 110 °С и выше крахмал подвергается тепловому расщеплению, или декстринизации. Этот процесс происходит при поджаривании крупы, жарении картофеля и выпечке мучных изделий.

Клвйстерйзация крахмала происходит при его нагревании в присутствии воды. Этот сложный процесс протекает в три стадии. На первой стадии крахмальные зерна обратимо набухают за счет присоединения небольших количеств воды. На второй стадии при повышении температуры отмечается сильное набухание зерен с увеличением их объема в сотни раз за счет присоединения больших количеств воды. Эта стадия клейстеризации необратима. При набухании крахмала происходят разрыв водородных

связей и гидратация макромолекул полисахаридов, увеличиваетсявязкость раствора. На третьей стадии извлекаются водой растворимые полисахариды, зерна теряют форму.

Установлено, что первая стадия клейстеризации у различных видов крахмала наступает при разных температурах. Поэтому нельзя указать точную температуру клейстеризации, а можно только отметить температурный интервал, в котором клейстеризуются все зерна крахмала. В зависимости от соотношения количества крахмала и воды получается клейстер в виде золя или геля. Если крахмальные мешочки при поглощении ими большого количества воды тесно соприкасаются

друг с другом, клейстер имеет характер геля. Густые кисели с 6—8 %-ным содержанием крахмала относятся к прочным гелям. В процессе варки круп, бобовых, макаронных изделий образуются еще более прочные гели. Установлено, что оклейстери-

зованный крахмал наиболее сильно стареет в пшенной каше, меньше — в рисовой и еще меньше — в гречневой. Старение оклей стеризованного крахмала предотвращается выдержкой изделий в горячем состоянии до момента их употребления.

Крахмальные гели различной вязкости служат основой для киселей, супов-пюре и соусов. Для ягодных киселей пригоден картофельный крахмал, образующий прозрачный, почти бесцветный гель. Для молочных киселей можно применять маисовый

крахмал, дающий непрозрачный, молочно-белый гель. При нагревании до 110 °С крахмальный клейстер разжижается, а при 120—130 °С становится жидким. При охлаждении до 55—65 °С крахмальный раствор превращается в студень.

Крахмал широко применяется в общественном питании и в производстве пищевых продуктов. Из него вырабатывают крупу саго, патоку, кристаллическую глюкозу. В кондитерском производстве крахмал добавляют к пшеничной муке для ослабления

влияния клейковины при изготовлении бисквитов и пирожных; используют как формовочный материал при отливке помадных и ликерных конфет. В колбасном производстве крахмал вводят в состав мясного фарша: он связывает его и придает вареной колбасе сочность и упругость. В кулинарии с крахмалом готовят кисели,

соусы, пудинги. Клетчатка (целлюлоза) — самый распространенный высокомолекулярный полимер (C6H10O5). Это основной компонент иопорный материал клеточных стенок растений. Содержание клетчатки в волосках семян хлопчатника 98 %, в зернах пшеницы - 3 %, ржи — 2,2 %. Клетчатка составляет основную массу — обычно

около '/з ~ клеточных стенок овощей и плодов, т.е. 0,5—3 % массы мякоти. При перезревании овощей ее количество может увеличиваться. Молекулы клетчатки с помощью водородных связей объединены в мицеллы (пучки), состоящие из параллельных цепей. Клетчатка нерастворима в воде и при обычных условиях не гидролизуется кислотами. С учетом того, что возобновляемые источники целлюлозосодержащего сырья практически безграничны, ферментативный гидролиз клетчатки является перспективным путем получения глюкозы. В общественном питании клетчатка выполняет роль балласта, она стимулирует пищеварение.

Гемицеллюлозы встречаются наряду с клетчаткой в овощах и плодах. Эти высокомолекулярные полисахариды, образующие вместе с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей, присутствуют главным образом в периферийных оболочечных частях зерна, кукурузных початках, подсолнечной лузге. Содержание

их зависит от сырья и достигает 40 %. Обычно гемицеллюлозы имеют разветвленное строение; порядок расположения моноз внутри полимерной цепи неодинаков. Связь их друг с другом осуществляется с участием полуацетального гидроксила и гидроксильных групп у 2, 3, 4, 6-го углеродных атомов. Они растворяются в щелочных растворах. Кислотный гидролиз гемицеллюлозы протекает значительно легче, чем целлюлозы.

В гемицеллюлозы иногда включают группу агара (смесь сульфированных полисахаридов — агарозы и агаропектина) — полисахарида, присутствующего в водорослях и применяемого в кондитерской промышленности. Гемицеллюлозы относят к группе пищевых волокон, необходимых для нормального пищеварения.