Вуглеводи

Із особливостей складу і структури цукру і крохмалю, для цукру необхідно відзначити присутність в молекулах значної кількості гідроксильних груп, обумовлюючих гідрофільну гідратацію і добру розчинність цукру у воді, а також наявність в складі карбонільної групи, що дає можливість їх взаємодії з амінокислотами., білками і деякими іншими речовинами, які в своєму складі мають вільні аміногрупи, з утворенням різних продуктів, в тому числі меланоідинів. Висока молекулярна маса крохмалю визначається його набуханням в процесі розчинення.

Оліго – і полісахариди можуть піддаватися кислотному і ферментному гідролізу.

При високих температурах цукор і крохмаль піддаються хімічним перетворенням з утворенням різних низькомолекулярних і високомолекулярних речовин з різним ступенем розчинності, летучості, кольору і аромату. Одним із основних продуктів розкладання цукру на початковому етапі процесу є вода.

Цукри

Для всіх груп цукру слід відмітити глибокі зміни в процесах карамелізації і меланоідиноутворення, а для олігосахаридів їх здатність до кислотного або ферментного гідролізу.

Гідроліз сахарози. Гідроліз сахарози, вході якого утворюється розчин рівної кількості глюкози і фруктози, називають також інверсією, бо проходить зміна напрямку обертання площин поляризації системи. Правоповоротний розчин сахароз перетворюється в лівоповоротний розчин різних кількостей глюкози і фруктози. Суміш рівної або еквімолекулярної кількості глюкози і фруктози називається інвертним цукром. Інверсія характерна для гідролізу сахарози і не спостерігається при гідролізі дисахаридів. В зв`язку з ним, фермент, гідролізуючий сахарозу називається інвертазою.

Степінь або глибина кислотного гідролізу сахарози залежить від швидкості обробки, виду і концентрації кислоти. Із використовуваних в кулінарній практиці лимонної і оцтової кислоти, лимонна кислота по інверсійній здатності в 4,5-5,0 раз краще ніж оцтова кислота.

Утворений в ході гідролізу інвертний цукор володіє більшою солодкістю, ніж вихідний розчин сахарози. (Якщо солодкість сахарози взяти за 100%, то для глюкози вона – 73%, фруктози – 173%).

Сахароза в різній степені піддається гідролізу при варці киселів і компотів, а виготовлення інших виробів, як за рахунок даної кислоти.

Для інвертного цукру характерна не тільки підвищена солодкість, але й висока гігроскопічність і здатність затримувати кристалізацію сахарози, що має важливе значення при виробництві і формуванні структури помади. Подібною дією володіють також деякі продукти перетворення глюкози і фруктози, які утворюються поряд з ними в сиропах, особливо при підвищених концентраціях і температурах. При використанні інвертази в результаті взаємодії фруктози і сахарози утворюється кестоза, яка також володіє антикристалізаційними здібностями.

Карамелізація цукру: процес перетворення цукру при високих температурах в аморфну масу, більш або менш інтенсивно пофарбовану в жовто-коричневий колір, називається карамелізацією.

Реакція, яка при цьому проходить, складна і не досить вивчена, її протікання в значній степені залежить від виду цукру і умов нагрівання. Кислоти виступають в якості каталізаторів процесу.

Для моносахаридів початковою стадією процесу є відокремлення води і утворення ангідридів. Так, із глюкози при нагріванні до температур, вищих від температури плавлення (145-149 ⁰С) був отриманий глюкозан, а із фруктози при температурах вищих від (92-102) ⁰С був отриманий фруктоза. Перший представляє собою аморфну масу, другий – білий порошок. При дальшому нагріванні ангідриди цукру можуть взаємодіяти між собою або з незмінними цукрами та давати продукти реверсії – диангидриди і інші більш складні сполуки.

Одним з продуктів наступного розщеплення цукру є оксиметилфурфулол, котрий може розкладатися з отриманням мурашиної та левулінової кислот, які каталізують процес або подібно до інших альдегідів вступають в реакції ущільнення (полімеризація та конденсація). При цьому виникають забарвлені в жовто-коричневий колір продукти, розчиненні у воді, які мають анти-кристалізаційну здатність, не солодкі і не здатні до бродіння.

Внаслідок розщеплення вуглецевого ланцюга між третім і четвертим атомами утворюються тріози - гліцериновий альдегід і диоксиацетон. Наступне розщеплення цих продуктів з виділенням води приводить до утворення метилглиоксалю, який при взаємодії з водою утворює молочну кислоту. Молочна кислота у свою чергу сприяє розщепленню глюкози і утворенню оксиметилфурфуролу.

Присутня в сиропах вода сприяє зворотнім змінам цукру. При нестачі вологи активізуються процеси реверсії.

Сахароза в розчинах менш стійка, ніж у сухому стані. При нагріванні концентрованих розчинів (70% і вище) сахарози, уже при 125°С вона частково піддається інверсії. Утворені при цьому глюкоза й фруктоза швидко руйнуються з виділенням кислот, які каталізують процес. Полімеризація новоутворених альдегідів, сприяє появі забарвлених речовин. Глибина процесів зростає прямопорційно до підвищення температури.

При нагріванні сухої сахарози відбувається її карамелізація тобто розщеплення її молекул з виділенням води призводить до утворення продуктів, сполуки яких можна виразити формулою - С_m(Н₂О)_n із збільшенням відношення m/n продукти набувають інтенсивного забарвлення, їхня розчинність у воді знижується. Можна сказати, що у продуктах карамелізації сахарози присутні такі речовини, як карамелан, карамелен і карамелін. Перші дві речовини порошка гіркого смаку, карамелан жовтого, а карамелен - коричневого кольору, добре розчинні у воді. Карамелін має темно-коричневе забарвлення і розчиняється у воді лише при кип'ятінні. Такі ж продукти утворюються при розщепленні глюкози, а при розщепленні фруктози утворюється тільки карамелан.

Одночасно спостерігається утворення оксиметилфурфуролу та інших альдегідів, кетонів, а при більш високих температурах окису і двоокису вуглецю та інших летких речовин. У результаті конденсації й полімеризації альдегідів утворюються забарвлені речовини.

Продукти карамелізації сахарози можуть утворювати сполуки з металами, амінокислотами, мають редукуючу здатність. Деяким продуктам карамелізації цукру властиве явище люмінесценції.

Мальтоз (2-метил-зоксипирон-4)

У процесі карамелізації таких цукрів як мальтоза і лактоза утворюються речовини, які активно беруть участь у формуванні аромату виробів. Одним з таких речовин є мальтол. Він бере участь у формуванні аромату хліба та низки інших продуктів. Його використають у сумішах, підсолоджувачів, тому що він підсилює солодкий смак. Приємним ароматом володіє також відзначений вище оксиметилфурфурол.

Треба ще раз відзначити, що глибина процесів карамелізіції цукрів, природа продуктів, які утворяться, залежать від багатьох чинників, у тому числі від виду цукру, умов нагрівання, вологості продуктів, кислотності середовища тощо. Деякі продукти карамелізації цукру беруть участь у процесах меланоїдиноутворення.

Меланоїдиноутворення. Забарвлення, смак і аромат багатьох страв, кулінарних та кондитерських виробів у значній мірі обумовлені тими речовинами, що утворилися в результаті реакції між цукрами та аміносполуками. У сукупності ці реакції визначають терміном - меланоїдиноутворення або реакції не ферментативного потемніння Майара, бо він уперше їх описав.

У реакції вступають із однієї сторони цукри, що редукують, з іншого боку - амінокислоти, поліпептиди, білки й деякі інші сполуки, що містять аміногрупи. Найбільш енергійно реакції протікають між цукрами та амінокислотами, питома вага аміногруп у яких найвища. Кінцеві продукти реакцій визначають терміном - меланоїдини (від грецької-темнозабарвлені). Вони являють собою ненасичені сполуки зі складною будовою, які володіють забарвленням від жовтого до темно-коричневого. Є підстави говорити, що частина з них ідентична продуктам, які утворилися в ході карамелізації цукрів.

Хід реакцій меланоїдиноутворення залежить від багатьох чинників і остаточно не з'ясований. Процес можливо розділити на три послідовно протікаючих стадії, з характеристикою деяких реакцій і продуктів, що утворюються.

Початкова стадія процесу включає цукроамінну реакцію між альдозами та аміносполуками. утворюється цукроамінний комплекс, енамінольна форма якого піддається перегрупуванню Амадорі (альдоза перетворюється в кетозу) з утворенням 1-дезокси-1-аміно-2-кетози. Забарвлених сполук на цій стадії не утворюється (див. схему).

Новоутворений цукроамінний комплекс є нестійкою сполукою та на наступній стадії розкладається з утворенням хімічно-активних продуктів, які володіють флюоресценцією, вираженою здатністю до відновлення частково летких і ароматом. На цій стадії можливе утворення речовин з жовтим забарвленням.

Цукроамінний комплекс це нестійка сполука і на наступній стадії розкладається з утворенням хімічно-активних продуктів, в тому числі володіючих флюоресценцією, вираженою відновлювальною здатністю ароматом, частково летких. Можливе утворення речовин жовтого кольору.

Цукровий компонент комплексу може розкладатися з розщепленням і без розщеплення вуглецевого ланцюга, втратою аміну та виділенням води.

У випадку розщеплення вуглецевого ланцюга цукрового компоненту утворюються такі речовини як метилгліоксоль – СН₃СОСНО, ацетальальдегід – СН₃СНО, лиацетин – СН₃СОСОСН₃, ацетон – СН₃СОСН₃, та інші, які беруть активну участь у формуванні аромату продукції.

У випадку збереження вуглецевого ланцюга продуктами розпаду цукрового компоненту є циклічні сполуки групи фурану: із пентоз – фурфурол, із гексоз – оксиметилфурфурол, подібно до їх утворення при карамелізації цукру, або ненасичені альдегіди в формі редуктонів або дегідроредуктонів – СНОН-СН-СН-СНОН-СНО або СНО-СН₂-СН₂-СО-СНО.

Розпад амінного компоненту може супроводжуватись в декарбоксилуванням або пере-амінуванням. Якщо амінний компонент являє собою амінокислоту, то в результаті її розпаду утворюється альдегід, який має в своїй молекулі на один атом вуглецю менше, ніж висхідна речовина, див. схему.

Схема розкладання амінного компоненту (1,2).

Таким чином у ході процесу активно формуються продукти розпаду двох компонентів циклоамінного комплексу: альдегіди, кетони, дикарбонові сполуки, альдоміни, кетоміни, кислоти тощо. Багато з утворених речовин є ненасиченими сполуками з різними леткістю та розчинністю. Вказані речовини володіють високою хімічною активністю, здатністю знову вступати в реакції з аміно-продуктами, піддавати подальшому розпаду, а також активно брати участь в реакціях конденсації та полімеризації, утворенню циклічних сполук, інших речовин невстановленого складу, що володіють кольором різної інтенсивності (меланоїдини). Нижче наведені схеми адольної конденсації та авто-конденсації кетоаміну.

СН₃СНО-СН₃СНО=СН₃СН(ОН)СН₂СНО

В процесі меланоїдиноутворення утворюється більше ароматичних і смакових речовин ніж при карамелізації цукру, хоча деякі із них, як відмічалось раніше, підходять обом процесам.

Меланоїдиноутворення практично завжди має місце при тепловій обробці продуктів як рослинного так і тваринного походження, оскільки всі вони утримують певну кількість редуційних цукрів та вільних амінокислот, які утворюються в ході технологічного процесу.

Меланоїдини впливають на якість готової кулінарної продукції.

При дотриманні режимів технологічних процесів, вони покращують її органолептичні показники. Особливо це виявляється під час приготування смажених виробів з м’яса, риби, різних запіканок, випечених виробів з тіста тощо. Вони надають жовтий колір бульйонам та інше.

У випадку порушення технологічних процесів виробництва кулінарної продукції, коли довго обробляються продукти, або при підвищеній температурі, в результаті реакції меланоїдиноутворення можуть з’явитися речовини з гірким смаком або запахом підгорілого.

Разом з тим, слід взяти до уваги, що при процесах меланоїдиноутворення має місце розпад цінних амінокислот або інших аміносполук, а також утворення за їх участю не засвоюваних організмом речовин, тобто біологічна цінність продуктів може значно знизитися. Подібні результати наведені в таблиці 10.

Таблиця 10