Глюкозан фруктозан изосахарозан

Одновременно с появлением продуктов реверсии (изосахарозана), ангидриды вступают в реакцию с неизменным сахаром и дают продукты реверсии – диангидриды, дисахариды и другие соединения. Продолжение нагревания вызывает дальнейшее обезвоживание (-Н₂О) и появление альдегида оксиметилфурфурола.

Оксиметилфурфурол разлагается на муравьиную и левулиновую кислоты, окиси и двуокиси углерода и другие летучие вещества.

Оксиметилфурфурол легко вступает в реакции полимеризации и конденсации, давая окрашенные красящие и гуминовые вещества.

Что касается интенсивности образования цветности

С₁₂Н₂₂О₁₁ - 2Н₂О = С₁₂Н₁₈О₉ карамелан

3С₁₂Н₂₂О₁₁ - 8Н₂О = С₃₆Н₅₀О₂₅ карамелен

2С₁₂Н₂₂О₁₁ - 7Н₂О = С₂₄Н₃₀О₁₅ карамелин

Кармелан и кармелен - порошки горького вкуса, хорошо растворим в воде, кармелан – жёлтого, кармелен – коричневого цвета. Карамелин растворяется в воде при кипячении, образуя коллоидный опалесцирующий раствор.

Если нагревать глюкозу, то образуются те же продукты. Сухой нагрев фруктозы даёт только кармелан.

В реальной технологической практике разделение на такие стадии чисто условное.

В кулинарной практике часто высокой температуре подвергаются растворы сахарозы различной концентрации. При нагревании растворов сахаров невысокой концентрации (10-30%) легко образуется оксиметилфурфурол, а если растворы с высокой концентрацией (70-80%), он образуется с трудом. Но при их нагреве до 120⁰С небольшая часть сахаров подвергается инверсии. Образующаяся при этом глюкоза и фруктоза быстро разрушается с образованием кислот, которые катализируют дальнейшее разрушение сахарозы и образование альдегидов. Продукты полимеризации альдегидов обуславливают окрашивание растворов, которое усиливается с повышением температуры, далее появляются в незначительных количествах продукты глубокого изменения сахаров.

Эти продукты образуются при изготовлении карамели, они ухудшают её вкус, повышают её цветность и гигроскопичность. Однако продукты инверсии при варке карамели положительно влияют на ее устойчивость против кристаллизации.

В кулинарной практике типичным примером карамелизации сахарозы является приготовление жжёного сахара.

В процессе производства кулинарных и кондитерских изделий с использованием сахара, все перечисленные изменения могут протекать одновременно, а конечный продукт может представлять собой смесь веществ. Состав этой смеси зависит от многих факторов.

Меланоидинообразование

Для протекания реакции меланоидинообразования необходимо присутствие редуцирующих сахаров (альдозы, которые теряют воду и превращаются в N – замещенный глюкозиламин) и аминной группы аминокислоты, полипептидов и белков.

Реакция меланоидинообразования происходит в процессе хранения продуктов, ускоряется при повышении температуры и проявляется при пастеризации, варке, дегидратации. Неэнзиматическое побурение наблюдается в процессе хранения соков, сухофруктов, сгущенного молока, яичного порошка, сухого молока и т.д. Потемнение цвета и появление нежелательного вкуса и запаха продукта расценивается как потеря пищевой ценности. В некоторых случаях этот процесс положителен, например, появление корки при выпечке хлебобулочных изделий, специфический вкус и запах жареного мяса и картофеля и др.

Реакция меланоидинообразования в общем виде – это реакция термической конденсации углеводов и белков, а меланоидины – это гетерогенная группа высокомолекулярных соединений, образование которых сопровождается накоплением в пищевой системе продуктов деструкции углеводов, аминокислот и остатков их совместного взаимодействия.

Меланоидинообразование – это многоступенчатая реакция, в которой одновременно принимает участие много веществ. Поэтому определение конечных продуктов в полном составе невозможно, а разделение процесса на стадии является чисто условным. Реакция впервые была описана в 1912 году Майаром и была названа в его честь.

Начальным этапом меланоидинообразования является образование сахароаминных комплексов в результате сахароаминной конденсации и их преобразование.

Сахароаминная конденсация (взаимодействие сахаров с аминокислотами с образованием N-гликозидов) – обратимая реакция, которая протекает при соотношении сахара и свободных аминогрупп 1:1.

Н-С-ОН Н-С-NНR Н-С=NR

Н-С-ОН -Н₂О Н-С-ОН Н-С-ОН

О Н-С-Н О + HNHR ОН-С-Н О ОН-С-Н

Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН

Н-С Н-С Н-С-ОН

СН₂ОН СН₂ОН СН₂ОН

Енаминол – форма N-гликозида - далее может реагировать в двух направлениях. Первое - перегруппировка Амадори. В процессе нагревания или длительного хранения в N-гликозиде енольный водород самопроизвольно перемещается к атому углерода с образованием двойной связи и образуется енольная форма 1-амино-1-дезокси-2-кетозы. Вначале образуется 2,3-единол, а после отщепления амина – α-, β-дикарбонильные соединения и редуктоны. Реакционноспособные α- и β-ненасыщенные кетоны могут либо полимеризоваться в высокомолекулярные коричневые меланоидины, либо расщепляться на простые летучие ароматообразующие вещества, которые или образуют вкусоароматический комплекс, или вторично вступают в реакцию с аминами до образования меланоидинов.

Второе направление реакции – образование дезоксиозонов через элиминирование гидроксильных групп у третьего углеродного атома.

Дезоксиозоны при отщеплении воды замыкаются в кольцо с образованием фурфурола и 5- оксиметилфурфурола.

Одновременно в процессе расщепления аминного компонента появляются вещества, участвующие в образовании аромата.

На течение реакции влияет как концентрация компонентов, так и сами компоненты. Наиболее интенсивно течение реакции в присутствии глюкозы, менее – полисахаридов. Это же относится и к аминной фракции. Известно, что концентрация NH₂ –группы в белках невелика, так как они в основном участвуют в образовании полипептидных цепей. Поэтому присутствие свободных аминокислот, пептидов, низкомолекулярных белков активизируют ход сахароаминной конденсации.

На второй стадии, когда появляется тёмная окраска, происходит обезвоживание и распад сахарного остатка указанного комплекса с образованием фурфурола, альдегидов, муравьиной кислоты. Это промежуточные продукты. Большая часть реакций на этом этапе касается сахарного компонента, то есть существует определенная связь между реаукцией карамелизации и меланоидинообразования.

При термическом воздействии аромат образуется вследствие расщеплеия аминокислот по Штрекеру, происходит процесс окислительного дезаминирования и декарбоксилированя аминокислот в альдегиды или кетоны, содержащий на один атом углерода меньше, чем исходная аминокислота. Альдегиды являются эффективными ароматообразующими веществами

На конечной стадии реакции меланоидинообразования наблюдается сложное сочетание различных реакций. В результате полимеризации, конденсации образуются растворимые и нерастворимые красящие вещества не установленной структуры – меланоидины. Они имеют интенсивную коричневую окраску и дают растворы, сильно флуоресцирующие в ультрафиолетовом свете.

На скорость образования меланоидинов оказывает влияние температура, реакция среды, содержание влаги в растворе, вида сахара и аминокислот.

При температурах до 100⁰С реакция меланоидинообразования протекает медленно. На ход реакции оказывает влияние присутствие водородных ионов, они тормозят эту реакцию, при рН=2,1 реакция не происходит.

Если редуцирующие сахара взаимодействуют с фосфатидами, то образуются меланофосфатиды (при жарке пирожков).

Свойства меланоидинов:

• растворимы в воде;

• являются ненасыщенными соединениями;

• обладают специфичным запахом и вкусом.

Для предупреждения реакции меланоидинообразования используют соединения, легко связывающиеся с карбонильными группами - перекись водорода, серная кислота. Блокировка этих реакций может быть осуществлена путём устранения одного из взаимодействующих соединений, например глюкозы или добавления фермента глюкозооксидазы, что используется при производстве яичного порошка.

Чем интенсивнее темнеет продукт, тем ниже пищевая ценность его белкового компонента.

При этом теряется от 20 до 50% свободных аминокислот. Наиболее значительны потери аминокислот и сахаров при жарке мяса. Таким образом, меланоидинообразование снижает пищевую ценность готового продукта, а с другой стороны - улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.

КРАХМАЛ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА КУЛИНАРНОЙ ПРОДУКЦИИ

Общая характеристика крахмала и крахмальных полисахаридов

С крахмалом как сырьем инженер-технолог имеет дело как с товарным продуктом, а так же в составе крахмалсодержащих продуктов – муки, круп, овощей, макаронных изделий, хлеба и т.д. Крахмал содержится так же во фруктах, таких как бананы, и бобовых. Поведение крахмала в технологических процессах в чистом (товарном) виде и в составе крахмалосодержащих продуктах несколько отлично, что обусловлено влиянием структуры продукта.

Благодаря своим физико-химическим и функциональным свойствам крахмал играет значительную роль в технологиях пищевых продуктов как вещество, способное повышать вязкость пищевых систем, в том числе соусов, супов, как стабилизатор студней и эмульсий, а также как связывающее и наполняющее вещество в рубленых изделиях из мяса и рыбы. Его влияние на структуру продукта определяется его свойствами гидроколлоида.

С другими целями в пищевой промышленности крахмал используют:

• для защиты гигроскопичных порошкообразных веществ, так как крахмал адсорбирует влагу, не образуя грудок;

• для смешения с мукой с целью корригирования содержания в ней белка;

• в производстве аперитивов, экструдированных продуктов;

• в производстве алкогольных напитков и т.д.

Крахмал - сложный полисахарид, играющий важную роль и в питании человека. В клетках растений крахмал откладывается в виде зёрен различной формы и величины, характерных для данного рода растений.

Наибольшую величину имеют зёрна корнеплодного крахмала (до 100микрон), пшеничного – 6..75 мкм, а рисовый, маисовый – еще более мелкие (2-15 мкм). Величина крахмального зерна определяется возрастом растений, местом синтеза крахмала в зерне и т. д. Величина зерна определяет ряд его свойств, т. к. крупные зёрна крахмала клейстеризуются при более низких температурах, легче переходят в растворимую форму, более устойчивы к воздействию ферментов. По форме крахмал имеет вид зерна с природной организованной структурой. Зерна представляют собой сферические кристаллы.

Крахмал состоит из двух фракций, различных по своим свойствам: амилозы (10…20%) и амилопектина (80…90%). Оба полисахарида состоят из остатков α-Д-глюкопираноз.

Амилоза представляет собой линейный полисахарид, остатки глюкопираноз которой соединяются с помощью α-1- 4 - глюкозидных связей, может объединять от 2000 и свыше 6000 остатков. Амилоза растворима в воде и даёт однопроцентные золи. Различные фракции амилозы по-разному растворяются в воде, низкополимерная часть амилозы (лёгкая, степень полимеризации до 2000) растворяется в холодной воде, более тяжёлая часть (до 6000) - в горячей воде, а самая высокополимерная - в растворах щёлочи и осаждается при нейтрализации.

Растворы амилозы очень неустойчивы т. к. при хранении они ретроградируют, вызывая постепенное разрушение коллоидного раствора с выпадением растворимых веществ в осадок.

Последние данные говорят о том, что высокополимерная амилоза может иметь ответвления в прямых цепочках. С йодом амилоза даёт характерное синее окрашивание. Имеется такая зависимость: чем длиннее цепочка, тем более интенсивное синее окрашивание.

Установлено, что амилоза содержит наибольшее количество легко отщепляющихся остатков фосфорной кислоты.

Амилопектин - представляет собой полимер с высокой степенью полимеризации, до 1млн остатков, которые соединены связью α-1-4, а в точках ветвления связью α-1-6. Длина ответвлений от 20 до 30 глюкозидных остатков.

С йодом амилопектин даёт красно-фиолетовое окрашивание. Он более трудно растворим в горячей воде, но растворы его более устойчивы, чем амилозы. При этом амилопектин даёт гелеподобные системы разной консистенции.

Соотношение амилозы и амилопектина в различных крахмалах не одинаково, как правило, больше амилопектина. Но в некоторых растениях встречаются крахмалы, совершенно не содержащие амилозы, только амилопектин. Это крахмал восковидных сортов кукурузы, сорго, он даёт очень вязкий прозрачный клейстер, не стареющий при хранении. В Америке выращивают сорта кукурузы, крахмал которой содержит почти одну амилозу (до 70%), из такого крахмала можно готовить тонкие плёнки для пищевых целей, как упаковочный материал.

Строение крахмального зерна

Крахмальное зерно - сложное биологическое образование с хорошо организованной формой и структурой, с примерно одинаковым количеством частей кристаллических и аморфных, или гелеподобных, участков.

В крахмальном зерне имеется более или менее расположенное центральное ядро, называемое зародышем или точкой роста. Вокруг ядра концентрические слои "колец роста", которые особенно характерно просматриваются у картофельного крахмала.

Амилоза и амилопектин в зерне располагаются строго упорядочено. Считают, что линейные участки амилопектина и цепочки амилозы за счёт водородных и эфирных связей образуют пучки, они в свою очередь объединены в микрофибриллы. Микрофибриллы в крахмальном зерне расположены радиально, причём они в зерне находятся в виде двойной спирали. Установлена высокая степень ориентации крахмальных цепочек в направлении, перпендикулярном поверхности зерна. В трещинах и щелях часто хорошо видна слоистая структура или радиально-кристаллическое строение. В поляризованном свете крахмальные зёрна ярко светятся и образуют "мальтийский крест" характерный для сферически - кристаллической структуры.

Крахмальное зерно пронизано порами и наружная поверхность его обладает свойствами полупроницаемой мембраны, поэтому поверхность соприкосновения полисахаридов с водой очень большая.

Характеристика крахмалов, используемых в технологиях кулинарной продукции

Производство кулинарной продукции предъявляет различные требования к используемым крахмалам в зависимости от вязкости, способности к студнеобразованию, прозрачности, стойкости при хранении и т.д. В настоящее время есть возможность использовать не только природные крахмалы, но и продукты их химической модификации. Большинство зерновых крахмалов образуют непрозрачные клейстеры, которые широко используются при получении пищевых гелей, особенно в производстве конфет, в которых содержание крахмала составляет 10…14%.

Кукурузный крахмал и крахмал зернового сорго широко используется в пищевых технологиях. Они образуют вязкие, не очень тягучие и мутные студни с типичным зерновым привкусом. При специальной обработке образуют жесткие студни. Используются для загущения соусов, подливок, желе, наполнителей мучных изделий. Непригодны для замораживаемых продуктов, так как их клейстеры быстро ретроградируют. Добавление такого крахмала к пшеничной муке из твердой пшеницы делает ее более мягкой. Кукурузный крахмал применяется в производстве крекеров для регулирования качества муки твердой пшеницы, для придания прочности стаканчикам для мороженого и вафлям. Пересушенный крахмал в количестве 3% вводится в сахарную пудру для предотвращения образования комочков, используется в технологии майонезов и салатных заправок.

Рисовый крахмал. Его использование ограничено высокой стоимостью и особенными технологическими свойствами. Мутные студни не находят широкого применения в технологии общественного питания. Рисовый крахмал имеет характерные мелкие зерна, что и обуславливает его свойства. Некоторые рисовые крахмалы используются в пивоваренной промышленности, рисовая мука, содержащая крахмал, может использоваться как стабилизатор при замораживании белых соусов, пудингов, причем выполнять эту функцию лучше, чем очищенный крахмал.

Пшеничный крахмал. По сравнению с другими клейстеры с пшеничного крахмала имеют меньшую вязкость и проявляют повышенную тенденцию к образованию мягких студней. Используется в хлебопекарной промышленности для придания определенных свойств пшеничной муке, улучшения качества дрожжевых изделий из мягкой муки, для улучшения раскатываемости массы для печенья. Модифицированный низкокипящий пшеничный крахмал используется в салатных заправках, супах и заварных кремах.

Картофельный крахмал. На его основе базируется подавляющее большинство технологий кулинарной продукции с использованием крахмала. Образует тягучие прозрачные клейстеры, что дает возможность использовать его в производстве киселей, супов, подливок, соусов, желе.

Изменения крахмала при технологической обработке.

При кулинарной обработке крахмала и крахмалосодержащих продуктов наблюдаются следующие изменения:

• набухание и клейстеризация;

• ферментативное расщепление;

• декстринизация.

Клейстеризация крахмала

Растворимость крахмала пока мало изучена, но установлено, что чем длиннее цепочка крахмального полисахарида, тем хуже он растворяется. Однако, при воздействии на крахмал химических реагентов при воздействии тепла, окисление и т. д. растворимость природного крахмала резко увеличивается т. к. сокращается длина амилозной цепи. Это свойство полисахаридов используется при промышленной модификации крахмала.

Наиболее часто крахмал подвергается воздействию тепла и воды, в результате чего крахмальные зёрна претерпевают значительные изменения с образованием крахмального клейстера, а сам процесс называется клейстеризация.

Первоначально процесс клейстеризации сопровождается набуханием. При повышении температуры до 55⁰С структура крахмального зерна, суспезированного в воде, начинает изменяться, вода при этом проникает через поры внутрь зерна, растворяет часть крахмальных полисахаридов, прежде всего низкополимерную амилозу, которая и переходит в окружающую среду. Но слоистое строение крахмального зерна сохраняется, зёрна ограничено набухают, однако повышение вязкости суспензии не наблюдается. И если после этого воздействия крахмал высушить, он почти не отличается от нативного.

При нагревании крахмальной суспензии в интервале температуп от 60 до 65⁰С крахмальные зёрна увеличиваются в объёме в несколько раз, поглощая большое количество воды.

При температуре от 65 до 80⁰С большинство крахмальных зёрен необратимо набухают и клейстеризуются, при этом они теряют свою кристаллическую структуру, исчезает слоистость и крахмальное зерно напоминает пузырёк, заполненный жидким содержимым. Вязкость суспензии резко возрастает, исчезает анизотропия.

При температуре свыше 80⁰С и продолжительном нагревания вязкость суспензии снижается, так как разрывается оболочка крахмального зерна и содержимое крахмального зерна выливается наружу, структура зерна нарушается.

При клейстеризации внутри пузырьков содержится растворённая амилоза и набухший или частично растворённый амилопектин.

Температура, при которой зёрна крахмала достигают 1-й стадии клейстеризации, называются температурой клейстеризации.

Для различных видов крахмала обычно указывается не температура клейстеризации, а температурный интервал, в котором происходит клейстеризация всех зёрен.

Коллоидное состояние крахмала в кулинарных изделиях

Коллоидное состояние крахмального клейстера в кулинарных изделиях зависит от того, при каких температурах и с каким количеством воды происходит кулинарная обработка продуктов.

В зависимости от этих факторов клейстер имеет характер золя или геля.

Золь - жидкие кисели, кисели средней густоты, супы-пюре (2-5% крахмала), соусы (до 2%).

При хранении кисели могут разжижаться, особенно при высокой температуре, поэтому их немедленно охлаждают после варки. Соусы и супы-пюре не разжижаются, т. к. в них содержится соль, которая стабилизирует вязкость.

Гель - крахмальные пузырьки наполнены жидким содержимым, полностью поглотили воду, тесно соприкасаются друг с другом. Они образуют единую структуру с помощью молекулярных нитей полисахаридов, перешедших в раствор. При охлаждении плотность геля увеличивается. С этим явлением мы встречаемся при производстве густых киселей (6-8%), блюд из круп, бобовых, макаронных изделий, картофеля.

При варке этих изделий крахмал поглощает достаточно большое количество воды: картофеля - 300%, гречихи - 150%, риса - 25%, макарон - 220%.

В изделиях из продуктов с клеточным строением (крупы, картофель, каштан…) гель заполняет клетки паренхимной ткани, в макаронных изделиях располагается между белковыми плёнками. Крахмальные зёрна в этих изделиях достигают при тепловой обработке II стадии клейстеризации.

В изделиях из теста крахмальный гель (хлебобулочные, кондитерские) обводнён сравнительно мало, т. к. тесто содержит не более 100% воды от веса крахмала. Поэтому, хотя температура изделий при выпечке и достигает 100⁰С, крахмал в них находится только в I стадии клейстеризации.

Процесс клейстеризации крахмала всегда сопровождается увеличением количества водорастворимых веществ в изделиях из крахмалосодержащих продуктов. Это обусловлено растворением крахмальных полисахаридов в процессе клейстеризации. Так, в кашах количество растворимых веществ больше, чем в крупах, несмотря на то, что при варке водорастворимые белки круп в результате денатурации теряют растворимость.

Каши с одинаковой влажностью из разных круп содержат также неодинаковое количество водорастворимых веществ, что обусловлено разными свойствами крахмала, разными свойствами водорастворимых белков. Каши из одного вида крупы, но с различной вязкостью также содержат разное количество водорастворимых веществ, т. к. растворение крахмальных полисахаридов находится в прямой зависимости от соотношения воды и крахмала.

Факторы, влияющие на температуру клейстеризации

Добавление соли даже в очень небольших количествах повышает температуру клейстеризации и уменьшает набухаемость крахмальных зёрен.

Сахара и спирт также повышают температуру клейстеризации.

Фосфатиды и лецитин - повышают температуру клейстеризации, увеличивают вязкость клейстера.

На вязкость клейстера влияют ПАВ (глицериды), которые снижают её, но одновременно являются стабилизаторами вязкости, особенно моноглицериды - они снижают липкость макаронных изделий, предупреждают образованию студня в супах, соусах, задерживают черствение хлеба.

Белки оказывают стабилизирующее действие на процесс клейстеризации. Так, соусы с мукой более стабильны при хранении, замораживание и оттаивание, чем клейстеры на очищенном крахмале.

В охлаждённом состоянии клейстер высокой концентрации превращается в студень.

Старение крахмального клейстера

Старение - процесс, обратный клейстеризации. Если в процессе клейстеризации увеличивается количество водорастворимых веществ, то в процессе старения - уменьшается за счёт ретроградации амилозы.

Где в кулинарной практике мы встречаемся с этим явлением?

При остывании и долгом хранении в остывшем состоянии кулинарных изделий содержащих оклейстеризованный крахмал. Так, если каши или кисель долго хранятся, то на поверхности появляется вода; при хранении булок, хлеба они черствеют. Вызывают эти процессы старение оклейстеризованного крахмала, что ухудшает качество кулинарных изделий. Явление носит название ретроградации.

Ретроградация - это возвращение оклейстеризованного крахмала в нерастворимую форму путём соединения молекулярных цепей в агрегат. При этом не всегда образуется видимый осадок, т. к. амилоза связывается в основном с цепочками амилопектина, а также связи обратимы. Самоагрегация амилозы приводит к образованию нерастворимых комплексов, имеющих двойное лучепреломление. Это явление можно наблюдать, если оставить крахмальный клейстер (1%) на хранение в холодильнике. При этом часть полисахаридов выпадает в осадок.

Часть цепочек полисахаридов может закручиваться, образуя двойную спираль, но так как они сильно обводнены, то дальнейшая агрегация их затруднена.

Разрыв глюкозидных связей вызывает сильное сжатие агрегатов, и они могут выпадать в осадок.

От чего зависит скорость старения?

От времени - чем продолжительнее сроки хранения, тем сильнее старение. Так, в кашах, отварной вермишели старение обнаруживается уже через два часа после их варки и нарастает по мере хранения.

От природы крахмала - для каш с одинаковой вязкостью (78%) из различных круп через 4 часа после изготовления количество водорастворимых веществ уменьшается (в % к первоначальному)

• В пшеничной - на 19,4%

• В рисовой - на 14,0%

• В гречневой - на 12,2%

• В манной - на 8,0%

От первоначальной влажности изделий - чем она больше, тем быстрее протекает старение. Так, в пшеничной каше влажностью 66% снижение растворимых веществ происходит на 10,4%, с 78% влажности - на 13,6%.

Ретроградация усиливается после охлаждения и особенно после замораживания. Если крахмальную суспензию подвергнуть несколько раз замораживанию и оттаиванию, то она полностью и необратимо ретроградирует.

Ретроградацию можно частично устранить нагреванием, но с растворами амилозы это сделать гораздо труднее, чем с ретроградированными растворами амилопектина. Поэтому, для предотвращения старения оклейстеризованного крахмала изделия до момента потребления надо хранить в горячем состоянии.

Ферментативная деструкция крахмала

В кулинарной практике с явлением ферментативного расщепления крахмала встречаемся при брожении и выпечке изделия из дрожжевого теста, при варке картофеля.

Для ферментативного расщепления крахмала необходимо создать следующие условия.

1. Присутствие амилолетических ферментов α и β- амилаз;

2. Наличие температуры (хотя бы небольшой).

Ферментативное расщепление ускоряется, если крахмал находится в оклейстеризованном состоянии. При действии амилаз на крахмальный клейстер отмечается следующее:

• разжижение крахмального клейстера;

• накопление декстринов;

• осахаривание (накопление мальтозы).

α-амилаза вызывает частичную деполимеризацию крахмала с образованием низкомолекулярных полисахаридов, а продолжительный гидролиз приводит к образованию мальтозы и глюкозы, поэтому она называется декстриногенной. Повышена активность α – амилазы обычно в муке из дефектного зерна (проросшего), это приводит к получению изделий низкого качества, снижению способности муки к набуханию, понижению вязкости. В крахмале, а также в картофеле нормального хранения α - амилаза отсутствует или имеется в виде следов и не оказывает существенного влияния на изменение их качества.

β-амилаза гидролизует амилозу и боковые цепи амилопектина по месту α-1,4-связей до мальтозы. Поскольку этот фермент не обладает способностью разрушать связи в точках ветвления амилопектина, то конечным продуктом являются высокомолекулярные остаточные декстрины. Этот фермент называют сахарогенным. Накопление мальтозы в тесте в результате действия β-амилазы интенсифицирует процесс брожения, так как этот сахар является субстратом для жизнедеятельности дрожжей.

Процессы β-амилазной ферментативной даградации протекают при замесе теста и в первоначальной стадии его выпечки, при варке крахмалосодержащих продуктов до момента, пока не наступит инактивация ферментов. Для β-амилазы это температура до 65^оС. Скорость инактивации зависит от величины выпекаемых изделий.

Степень деструкции крахмала под действием β-амилазы увеличивается с повышением температуры теста и продолжительности замеса. Кроме того, она зависит о крупности помола муки и степени повреждения крахмальных зерен. Чем больше поврежденных крахмальных зерен в муке, тем быстрее протекает ферментативная деструкция. Обычно в муке содержится не более 5 -8% поврежденных зерен.

Во время выпечки по мере повышения температуры расщепление крахмала усиливается вследствие активации фермента β-амилазы, оптимум действия которой лежит в интервале 49…54⁰С и благодаря тому, что оклейстеризованный крахмал легче гидролизуется ферментами.

При повышенной активности α-амилазы образуются продукты деструкции, ухудшающие качество изделий из теста – мякиш получается липким, изделия кажутся непропеченными. Это объясняется тем, что скорость инактивации α-амилазы (80^оС) выше, чем β-амилазы, и ее действие продолжается при выпечке, в результате накапливается значительное количество низкомолекулярных водорастворимых полисахсаридов, снижается способность крахмала связывать воду.

Получение мальтозы из крахмала происходит через промежуточные продукты, так называемые декстрины. Декстрины представляют собой вещества коллоидной природы, менее сложные по составу, чем крахмал, но более сложные, чем мальтоза.

Амилопектин расщепляется только до точек ветвления, образуя в основном высокомолекулярные декстрины, из него образуется до 54% мальтозы.

Какие же факторы влияют на интенсивность ферментативного гидролиза крахмала?

1. Температура воды. Чем она выше, до известных пределов, тем сильнее осахаривание крахмала.

2. Продолжительность замеса теста. Чем дольше и интенсивнее, тем выше степень гидролиза.

3. Крупнота помола муки. Чем мельче помол, тем больше удельная поверхность и облегчается степень воздействия фермента на крахмал.

4. Количество повреждённых зёрен крахмала при помоле. Чем больше, тем сильнее ферментативный процесс.

5. Добавление амилолитических ферментов при замесе теста для интенсификации процесса. В ферментные препаратах содержится грибная α-амилаза, которая инактивируется при более низких температурах, чем зерновая и полученные низкомолекулярные полисахариды быстрее гидролизуются β-амилазой, вследствие чего процесс брожения интенсифицируется.

6. Степень клейстеризации крахмала. Повышение степени клейстеризации усиливает гидролиз в процессе выпечки.

Декстринизация крахмала

Изменение крахмала при нагреве его без воды при температурах больше 120⁰С вызывает его значительные изменения с образованием новых веществ - декстринов, имеющих различную окраску от жёлтого до коричневого цвета. При этом происходит расщепление крахмальных полисахаридов и образуются растворимые в холодной воде высокомолекулярные вещества - пиродекстрины, одновременно выделяется СО₂, СО, пары Н₂О. Слабоокрашенные продукты появляются уже при температуре 115-120⁰С, а при дальнейшем нагревании окрашивание усиливается и переходит в светлокоричневое.

Что же происходит с молекулой крахмальных полисахаридов?

Изменяется строение молекулы крахмала:

1. В амилозе гидролизуются глюкозидные связи, отмечается меж- и внутримолекулярная конденсация за счёт образования эфирных связей между гидроксильными группами полисахаридов.

2. Трансглюкозидирование - превращение частей связей (1-4) в связи (1-6).

Появляются новые связи (1-2), амилоза приобретает высоко ветвистую структуру, что уменьшает способность связывать йод и снижает действие на неё α-амилазы.

Декстрины хорошо растворяются в холодной воде, более легко, чем крахмал, подвергаются гидролизу. Их по сложности строения можно разделить на несколько групп:

1. На первой стадии гидролиза из крахмала образуются амилодекстрины - которые по свойствам близки к крахмалу и образуют с йодом синее окрашивание.

2. Эритродекстрины - растворимые в холодной воде вещества, дающие с йодом красно-бурое окрашивание.

3. Ахродекстрины - легко растворимые в воде и не окрашиваются йодом.

4. Мальтодекстрины - очень мелкие частицы, йодом не окрашиваются, по свойствам приближаются к мальтозе.

5. Мальтоза - конечный продукт деградации крахмала под действием фермента β- амилазы.

Если произвести сухой нагрев крахмальных зёрен при различной температуре, а затем прогреть в воде, то прогретые при t=160⁰С частично распадаются на концентрические сильно набухшие слои, а некоторые количество зёрен совсем распадается.

При t=180⁰С - крахмальные зёрна распадаются на волнистые слои, образуются пиродектрины.

При t=200⁰С - крахмал полностью распадается в воде.

То есть увеличение температуры нагрева сухого крахмала усиливает деструкцию полисахаридов, амилоза деполимеризуется до такой степени, что вымывается холодной водой. При этом появляется и растворимая фракция амилопектина. Этот процесс используется в процессе предварительной тепловой обработки некоторых крахмалсодержащих продуктов (пассерование муки, обжаривание круп). При последующей варке полученные из них изделия отличаются по консистенции от изделий из необработанных продуктов.

Крахмал, подвергнутый сухому нагреву, теряет способность клейстеризоваться. Например, степень набухания крахмальных зерен красной пассеровки (160^оС) почти втрое меньше, чем белой (120^оС). Поэтому консистенция соусов на белой пассеровке более густая, чем на красной пассеровке. Для получения рассыпчатых каш гречневую крупу рекомендуется прожаривать, а рисовую и манную подсушивать. В результате протекающей при этом деструкции крахмала снижается его способность к набуханию и клейстеризации.

В последнее время на предприятиях питания все чаще испоьзуются продукты экструзии. Экструзия это процесс обработки продукта в специальных аппаратах с целью получения новых продуктов определенной формы и с новыми физико-химическими свойствами. Одной из причин получения новых свойств продукта является очень интенсивная и глубокая деструкция крахмала, после чего он легко растворяется в холодной воде, так как почти полностью теряет способность к набуханию и клейстеризации. Используется при приготовлении сухих завтраков, снеков различных поколений, взорванных зерен и т.д.

Модифицированные крахмалы

Для повышения стойкости крахмалов к действию различных технологических факторов, таких как нагревание, стерилизация, темперирование, действия кислот, щелочей, повышения сроков хранения крахмалы подвергают предварительной обработке , которая называется модификацией, а конечный продукт – модифицированным крахмалом.

В отличие от нативных растительных крахмалов модифицированные принадлежат к группе пищевых добавок (Е 1400 – Е 1451).

По изменениям, которые проходят в крахмале, выделяют четыре основных типа модификации:

• набухание;

• деполимеризация;

• стабилизация;

• образование поперечносшитых полимерных цепей.

Согласно кодекса статус пищевых крахмалов имеют 19 видов модифицированных крахмалов

Тип модификации	Основные группы	Основные подгруппы
Набухание	Набухающие крахмалы	Растворимые в холодной воде Полученные вальцевой сушкой Полученные экструзией набухающие в холодной воде
Деполимеризация	Расщепленные крахмалы	Декстрины, гидролизованные кислотами Гидролизованные ферментами окисления
Стабилизация	Стабилизованные крахмалы	Со сложными эфирными связями Ацетилированные со сложной эфирной связью Фосфатные с простой эфирной связью
Поперечное сшивание полимерных цепей	Сшитые крахмалы	Крахмалы, сшитые хлорокисом фосфора -«- эпилхлоргидрином -«- адипиновой кислотой

При модификации изменяются физические и появляются "полезные" свойства:

1. Крахмал может клейстеризоваться в присутствии веществ, повышающих температуру клейстеризации.

2. Становится устойчивым к механическим воздействиям при высокой температуре.

3. Приобретают свойства повышенной подвижности или высокой вязкости.

4. Не изменяется в процессе замораживания изделий.

В СНГ получают несколько видов модифицированного крахмала.

Набухающий - крахмал вначале подвергают частичной клейстеризации, а затем высушивают. С холодной водой или молоком образует прочные, нежные гели.

Фосфатный - на крахмал воздействует водорастворимыми фосфатами при этом образуются дополнительные связи между фосфатами и гидроксильными группами полисахаридов. В зависимости от количества присоединённых фосфорных групп фосфатный крахмал имеет различные свойства. Так, фосфатные зерновые крахмалы образуют устойчивые, не ретроградирующие прозрачные клейстеры. Они могут применяться в качестве загустителей при производстве блюд для замораживания (супы, соусы).

Модифицированные крахмалы могут использоваться и как фруктовые начинки, отделочные полуфабрикаты для мучных изделий, эмульгаторы для соусов на растительном и сливочном масле, добавляются в бисквит и вафельное тесто для улучшения структуры.

Пудинговый крахмал - получают путём кислотной модификации кукурузного крахмала. 35% крахмальную суспензию нагревают с 0,5% раствором НСL при Т=50-52⁰С в течении 20 минут. Затем крахмал промывают в холодной воде до нейтральной реакции и высушивают до 13% влажности.

Кислота, проникая через поры, гидролизует некоторые глюкозидные связи, ослабляет внутреннею структуру зерна, поэтому такие зёрна меньше набухают при высокой температуре и гораздо быстрее разрушаются, давая растворы с низкой вязкостью, снижается также и температура клейстеризации.

Желирующие свойства клейстера крахмала после модификации сохраняются. По-видимому, происходит расщепление разветвлённых молекул полисахаридов крахмала и образуются крупные фрагменты, имеющие линейную структуру значительной длины, способных образовывать прочные студни.

Из крахмала кислотной модификации можно в предприятиях массового питания готовить пудинги с нежной консистенцией, приятным вкусом, а также кремы.

Характеристика углеводов клеточных стенок растительной ткани

Характеристика сырья, строение ткани овощей и плодов

Для приготовления продуктов питания используется широкий ассортимент подов, ягод и овощей, которые чаще всего поступают на предприятие в сыром виде, реже – в консервированном, замороженном, квашеном, соленом.

Из курса товароведения известно, что в питании человека овощи являются важнейшим источником углеводов, витаминов, минеральных веществ.

Азотистых веществ в овощах мало. Больше всего их в картофеле, представлены они в основном свободными аминокислотами и полипептидами. Аминокислотный состав продуктов растительного происхождения весьма неблагоприятный, так как в них мало незаменимых аминокислот и, в частности, серосодержащих – метионина и цистеина. Поэтому значение овощей и фруктов как источника белка незначительное. Но особое место занимает картофель, так как потребление его в сутки в среднем составляет до 330г и он, таким образом, удовлетворяет 8…10% потребности человека в белке. Кроме того, необходимо помнить, что ферменты, относящиеся к группе азотистых веществ, играют значительную роль в процессе созревания и хранения овощей, определяют сроки хранения их и технологические свойства.

Липидов в растительных продуктах немного 0,1…0,3%, за исключением масличных культур.

Наиболее важное значение свежих овощей, ягод и фруктов определяется содержанием витаминов, особенно витамина С. Много витамина С в черной смородине, облепихе, шиповнике (200…2000 мг%), капустных овощах (45 мг%). Источником витамина А является морковь (9 мг% в виде β-каротина), помидоры (1,2 мг%). Витамины группы В находятся в основном в листовых овощах. В растительной ткани найдены и важные витаминоподобные вещества. Витамин «U» – в капустных овощах, в яблоках и смородине – биофлавоноиды, повышающие эффективность витамина С, в черноплодной рябине и смородине – производные нафтохинона, обладающие эффективностью витамина К.

Минеральных веществ в растительной ткани так же немного – 0,5…1%, они находятся, как правило, в легко усваиваемой форме и поэтому играют заметную роль в питании. Больше всего в растениях калия – в картофеле, в персиках, абрикосах, что учитывается в лечебном питании при гипертонии. Из микроэлементов важнейшим является железо (черная смородина, хурма, айва, яблоки), поэтому они рекомендуются при малокровии.

Овощи ценны и как источник полифенольных соединений, гликозидов, эфирных масел и др. Эфирные масла обладают бактерицидными свойствами, особенно лук и чеснок. Хрен, горчица, перец содержат значительное количество гликозидов, которые обладают способностью раздражать слизистую желудка и печени, а пряные овощи – укроп, петрушка, кинза, мелисса – придают пище вкус, аромат, способствуют пищеварению.

При механической и кулинарной обработке растительного сырья изменяются их пищевая ценность, вкус, аромат, консистенция. Глубина и степень изменения зависит от технологических свойств сырья, которые обуславливаются его химическим составом и, в первую очередь, строением растительной клетки.

Ткань овощей и плодов состоит из тонкостенных клеток, одинаково разросшихся во всех направлениях. Такая ткань называется паренхимной. Содержимое клетки представляет собой полужидкую массу – цитоплазму, в которую погружены отдельные клеточные элементы, называемые органеллы.

Вакуоль расположена в центре клетки и является самым крупным элементом. Это пузырек, заполненный жидким клеточным соком, в котором растворены основные питательные вещества.

Цитоплазма занимает пристенное положение, в нее погружены пластиды, ядро.

Мембраны отделяют все органеллы клетки друг от друга. Вакуоль окружена простой мембраной, которая называется тонопластом. Поверхность остальных органелл покрыта двойной мембраной, состоящей из двух рядов простых мембран с промежутком между ними, заполненном жидкостью типа сыворотки. Мембраны регулируют клеточную проницаемость, препятствуют смешиванию двух соседних органелл.

Цитоплазма на границе с клеточной оболочкой покрыта простой мембраной, называемой плазмалеммой.

Каждая клетка покрыта оболочкой, представляющей собой первичную клеточную стенку. В отличие от мембран она характеризуется полной непроницаемостью. Оболочки каждых двух соседних клеток скрепляются с помощью так называемой срединной пластинки и образуют остов паренхимной ткани. Поверхность отдельных экземпляров плодов и овощей покрыта покровной тканью эпидермисом (наземные экземпляры) и перидермой (картофель, свекла, репа). Способность свежих овощей и плодов сохранять форму при достаточно высокой влажности (75…95%) объясняется присутствием в них белков и углеводов, способных удерживать значительное количество влаги. Это обеспечивает высокое тургорное давление в тканях. Тургорное давление может снижаться в процессе хранения плодов и овощей при их увядании или подсыхании, или возрастать при погружении их в воду. Это свойство учитывается в технологическом процессе обработки, например увядшие картофель и корнеплоды перед механической очисткой замачивают для снижения количества отходов и облегчения технологического процесса.

При обработке экземпляров раствором поваренной соли наблюдается плазмолиз – отделение цитоплазмы от клеточной оболочки, что происходит в результате перехода воды из клетки в окружающую среду из-за разницы осмотического давления.

Особенности химического состава отдельных структурных элементов растительной ткани

Вакуоли являются наиболее гидратированными элементами растительной ткани – 95…98% воды. В состав сухого остатка клеточного сока входят практически все водорастворимые пищевые вещества. Это основная масса сахаров, содержащихся в свободном состоянии, растворимый пектин, органические кислоты, водорастворимые витамины, полифенольные соединения. В клеточном соке содержится 60…80% минеральных веществ. Соли одновалентных металлов - калия, натрия - практически полностью концентрируются в клеточном соке. В клеточном соке содержатся свободные аминокислоты и белки.

В состав цитоплазмы входят в основном белки, ферменты и небольшом количестве липиды. Белки в цитоплазме, как и в вакуолях, находятся в виде раствора.

Мембраны содержат белки и липиды, построены из двух слоев глобулярного белка с биомолекулярной прослойкой липидов.

Пластиды бывают окрашенными и бесцветными. Хлоропласты – зеленые, хромопласты – окрашены в желтые и красные тона, лейкопласты – бесцветны.

Хлоропласты, состоящие из белков и липидов, содержат различные пигменты, в основном хлорофилл, меньше – каротиноиды. Присутствие этих пигментов обуславливает различные оттенки желто-зеленой окраски.

Хромопласты образуются, как правило, из хлоропластов или лейкопластов. В них образуются крупные кристаллы, содержащие каротиноиды, в том числе и каротин, что обуславливает желто-оранжевую окраску овощей и плодов (морковь, абрикос). Окраска цитрусовых плодов обусловлена пигментом криптоксантином.

В лейкопластах накапливаются запасные вещества, например крахмал в клубнях картофеля.

Клеточные стенки составляют 0,7…5% сырой массы овощей и плодов. В состав клеточных стенок входят в основном полисахариды (80…95%), такие как клетчатка, гемицеллюлозы и протопектин, поэтому их часто называют углеводами клеточных стенок. Срединные пластинки состоят в основном из протопектина. Кроме углеводов в клеточных стенках содержатся азотистые вещества, лигнин, липиды, воска, минеральные вещества.

Из азотистых веществ в клеточных стенках присутствует структурный белок экстенсин, напоминающий по строению коллаген (состоит в основном из оксипролина) и выполняющий аналогичные функции. Содержание экстенсина неодинаково в различных видах овощей и плодов. Так, в картофеле его 22%, моркови и свекле 10…11%, дыни – не превышает 5%.

Строение клеточных стенок

Технологические свойства растительного сырья определяются, в основном составом и количественным содержанием углеводов клеточных стенок, их функциональным состоянием и особенностью строения.

Клеточные стенки – сложный и многослойный комплекс, состоящий из многих полимеров, в образовании которого основная роль принадлежит аппарату Гольджи клетки.

Срединная пластинка состоит, в основном, из гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Пол обе стороны от срединной пластинки две дочерние клетки образуют так называемую первичную оболочку, где между молекулами гемицеллюлоз и пектиновых веществ встроены фибриллы целлюлозы. Дальше она становится толще за счет наслоения дополнительных слоев биополимеров, которые образуют вторичную оболочку. Отличить первичную оболочку от вторичной очень трудно, но в последней содержится больше целлюлозы. Насквозь все структуры пронизывает изотропное межклеточное вещество матрикс и лигнин.

Гемицеллюлоза (полуклетчатка) – большая группа веществ, которые по характеру строения принадлежат к полисахаридам, по структурному значению определяют строение клетки растительной ткани, в технологическом аспекте определяет такие параметры как продолжительность технологической обработки, температура, способ обработки, параметры варочной среды (присутствие солей, рН среды), порядок закладки овощей.

Гемицеллюлоза – сложный по строению высокомолекулярный полисахарид, не растворимый в холодной воде, растворим в 10%-м растворе NaОН и легко гидролизуется под влиянием слабых растворов кислот.

По характеру мономеров различают гомогемицеллюлозу (ксилан, арабан, манан, галактан, которые при мягком гидролизе дают смесь мономеров) и гетерогемицеллюлозу - галактоарабан, арабаноксилан и т.д., т.е. вещества которые в процессе гидролиза дают смесь пентоз и гексоз. Гемицеллюлозы являются спутниками клетчатки, принадлежат к структурным углеводам клеточных стенок. Их содержание в овощах и плодах 0,1…0,7%. Благодаря значительному количеству гидроксильных групп гемицеллюлоза гидрофильна, удерживает воду в плодах и овощах, способна к гидратации (набухание высушенных овощей и фруктов). За счет карбоксильных групп гемицеллюлоза может смягчать воду, связывать ионы металлов, органические вещества, имеющие активные щелочные группы. Гемицеллюлоза не переваривается в желудке, способна к набуханию в кишечнике.

Клетчатка (целлюлоза) – один из основных полисахаридов клеточной стенки, содержание которой составляет 0,3…3,0%. Повышенное содержание клетчатки в пастернаке (2,4%), хрене (2,8%), укропе (3,5%). Но ее содержание зависит от степени зрелости экземпляров. Среди ягод большим содержанием клетчатки отличается малина (5,1%), облепиха (4,7%).

Технологическая стойкость клетчатки, ее инертность в химическом плане, стойкость к действию ферментов обусловлена особенностями строения. Это линейный полисахарид (С₆ Н₁₀О₅)_n, построенный из остатков β-глюкозы, степень полимеризации – 300…12000 остатков. Целлюлоза характеризуется большой механической прочностью, что обуславливает изменение консистенции продукта при ее увеличении. Не растворима в воде, способна к гидролизу в жестких кислых условиях при кипячении с образованием глюкозы, что используется при получении гидролизного спирта.

Линейные полисахариды целлюлозы в растительной ткани скомпонованы в пучки, которые называются мицеллами. Мицеллы определенным образом ориентированы и погружены в непрерывную аморфную массу – матрикс, который состоит из гемицеллюлоз, пектиновых веществ и лигнина.

Будучи многоатомным соединением, клетчатка способна образовывать простые и сложные эфиры. Наибольшей значимостью для пищевой промышленности обладает способность целлюлозы образовывать метиловые эфиры. Например, метилцеллюлоза – достаточно распространенный продукт во многих отраслях пищевой промышленности и общественном питании, обладает повышенрной гидрофильностью, а, значит, и гигроскопичностью.

Метилцеллюлоза (МЦ) характеризуется структурной, физиологической функцией, а так же способностью регулировать сенсорные чувства. Важным показателем МЦ является ее способность образовывать растворы заданной вязкости, изменение которой возможно в широких пределах введением таких корригирующих добавок как соль, сахар, спирт, крахмал. МЦ может образовывать и стабилизировать пены, эмульсии, суспензии, регулировать реологические, осмотические свойства пищевых систем. Физиологическая функция МЦ определяется ее принадлежностью к пищевым волокнам.

Технологическое значение имеет и натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (NаКМЦ), которая используется как загуститель, защитный коллоид и эмульгатор для прямых эмульсий «масло-вода».

Пектиновые вещества – являются очень важным компонентом клеточных стенок растительной ткани. Их содержание может колебаться в широких пределах. Понятие пектиновые вещества объединяет несколько самостоятельных веществ, растворимых и нерастворимых в воде.

Химический состав и содержание пектиновых веществ неодинаков в различных растениях, зависит от метеорологических условий, географической зоны, сортовой принадлежности, периода развития и возраста растения. Так, в яблоках и айве их содержится до 2%, грушах – 0,8%, косточковых культурах – от 0,5 до 2,3% Богаты пектином абрикосы, смородина, из овощей – морковь и перец, много их в кожице яблок.

Пектиновые вещества являются полимерами, преимущественным структурным компонентом которых являются полигалактуроновые кислоты (ПГК) с молекулярной массой от 10 до сотен тысяч и складываются, в основном, из остатков Д-галактуроновой кислоты, связанной α-1-4-гликозидными связями. Свободные карбоксильные группы могут образовывать сложные эфиры со спиртами. Степень этерификации метанолом карбоксильных групп ПГК изменяется в широких пределах в зависимости от вида растений и степени их зрелости.

Под термином “пектиновые вещества” объединяют пектиновые и пектовые кислоты, протопектин и пектин. В основе структуры пектиновых веществ, пектина и протопектина лежит пектиновая кислота.

По природе пектиновая кислота представляет собой ПГК, часть карбоксильных групп которой этерифицирована (метоксилирована). Этим пектиновая кислота отличается от пектовой, где карбоксильная группа не метоксилирована.

Под пектинами, которые входят в состав клеточных стенок, подразумевают полимеры пектиновых кислот, карбоксильные группы которых в разной степени метоксилированы и нейтрализованы.

Протопектины - характеризуются нерастворимостью в воде и способны при гидролизе образовывать пектиновые кислоты. Протопектин имеет сложную разветвленную структуру. Главная цепь состоит из остатков молекул галактуроновых и пектиновых кислот, в той или иной степени этерифицированных метиловым спиртом. В состав главной цепи может входить и нейтральные сахара рамноза, арабиноза (рамногалактуронан). К главной цепи ковалентными связями присоединены боковые цепочки гемицеллюлоз – галактанов и арабинанов. Молекулярная масса, степень полимеризации протопектина, количество полимеров точно не определено, так как в чистом виде его не удается выделить.

Несколько главных цепей протопектина могут связываться между собой с помощью двухвалентных металлов кальция и магния. Это дает возможность предположить возникновение солевых мостиков.

В клеточных стенках всегда присутствует фосфорная кислота, которая может взаимодействовать со свободными гидроксилами.

Пектины – сложные биополимерные соединения, в которые наряду с галактуронами входят и нейтральные составные – арабинаны, галактаны, арабиногалактин. Пектин обладает желирующими свойствами, которые проявляются тем сильнее, чем больше в его молекуле метоксильных групп.

Таким образом, пектиновые вещества составляют, с одной стороны, часть пищевых волокон, с другой, определяют товароведные (лежкость) и технологические свойства растительной ткани. Пектиновые вещества, в том числе протопектин, характеризуются относительной стабильностью в процессе хранения. Их количественный состав, содержание, соотношение и взаимные превращения определяют индивидуальную консистенцию плодов и ягод. Так, в процессе хранения плоды и овощи способны дозревать, т.е. становиться более мягкими. Причиной является значительная деполимеризация пектиновых веществ и переход нерастворимого протопектина в вещества с меньшей молекулярной массой, способные к частичному растворению. Особенно это характерно для плодов и ягод.

С точки зрения технологии состояние пектиновых веществ определяет многие технологические параметры и влияют на качественные показатели готового продукта.

В технологиях, связанных с термообработкой, в связи с особенностями состава, строения, содержания протопектина определяются как порядок внесения пищевых продуктов, так и условия их термообработки. Из вопроса строения растительной ткани определено, что основная часть пектиновых веществ размещена в срединных пластинках, тогда как стойкая к термообработке целлюлоза и гемицеллюлоза размещена по структуре достаточно равномерно. Поэтому трансформация протопектина в более или менее растворимый пектин снижает прочность клеточных структур в растительной ткани, что, наконец, при достижении определенных значений определяет понятие «консистенция» готового продукта. В общем, плане распад растительной ткани на отдельные клетки носит название мацерация.

Роль полимеров клеточных стенок в формировании органолептических показателей кулинарной продукции

Изменение углеводов. В процессе тепловой обработки в плодах и овощах, как и в продуктах животного происхождения, происходит целая цепь физико-химических изменений, которые приводят к кулинарной готовности продукта. Одним из таких изменений является размягчение продукта. В результате тепловой обработки продукты размягчаются: они легче раскусываются, разрезаются, протираются. Микроскопические исследования показывают, что в вареных продуктах клетки сохраняют целостность даже при длительном нагревании, когда сама ткань распадается. Клеточные оболочки остаются целыми при протирании вареных продуктов в горячем состоянии, поэтому мы не ощущаем вкус крахмального клейстера в картофельном пюре, приготовленном правильно по технологии. При остывании вареных продуктов эластичность оболочки клетки теряется, они становятся более хрупкими и в процессе протирании легко разрушаются (протирание охлажденного картофеля). Но главное – это ослабление связи между клетками за счет разрушения срединных пластинок. Какие именно изменения компонентов приводят к этому? Известно, что срединная пластинка приблизительно на 90% состоит из протопектина, он же входит и в состав клеточных стенок.

В процессе тепловой обработки происходит расщепление молекулы протопектина и его превращение в растворимый пектин. Реакции, приводящие к таким изменениям, разнообразны. Прежде всего, разрушается связь между отдельными пектиновыми цепями, то есть:

• распадаются водородные связи между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты;

• разрушаются солевые мостики.

Распад водородных связей возможен только при наличии определенного количества влаги. Стойкость гликозидной связи к гидролизу зависит от степени метоксилирования пектиновой кислоты: высокометоксилированные кислоты легче гидролизуются.

Солевые мостики разрушаются только в ходе ионнообменных реакций по схеме:

________ __________

СОО COOK(Na)

Са (Mg) +2K⁺ (Na⁺) + Ca⁺⁺(Mg⁺⁺)

СОО COOK(Na)

_ _______ ____________

Реакция расщепления солевых мостиков обратима. Она будет идти вправо, если ионы двухвалентных металлов будут осаждаться. В овощах и плодах роль осадителя могут выполнять органические кислоты – щавелевая, лимонная, фитиновая, яблочная и др. Почему эта реакция не происходит в сырых овощах? Считается, что ионы натрия и калия находятся в клеточном соке, который не имеет доступа к срединным пластинкам из-за полупроницаемости мембран. В процессе тепловой обработки белки мембран денатурируют, мембраны разрушаются, сворачиваются и становятся проницаемыми.

Но в процессе хранения фруктов в период их дозревания происходит расщепление протопектина без действия тепла. В этом случае процесс идет под действием фермента протопектиназы.

В разных продуктах в зависимости от особенностей строения протопектина доминирующую роль играет тот или иной механизм его расщепления. Степень и скорость размягчения продуктов зависит не только от характера реакций, а и от растворимости веществ, которые образуются. Так, полигалактуроновая кислота нерастворима в воде, а ее соли – натриевые или калиевые и пектин со средней или высокой степенью метоксилирования – хорошо растворимы. Можно сделать вывод, что механизм деструкции определяется, прежде всего, степенью этерификации остатков полигалактуроновых кислот в протопектине. Если степень этерификации в свекле 72%, моркови – 59%, капусте белокочанной – 65%, то, следовательно, ионообменные процессы при деструкции клеточных стенок моркови играют большую роль, чем при деструкции свеклы и капусты белокочанной. Особенно важно значение ионообменных процессов при деструкции протопектина в клеточных стенках таких продуктов, как кабачки, картофель, в которых степень этерификации полигалактуроновых кислот близка к 40%.

Таким образом, жарить можно овощи, в которых степень этерификации полигалактуроновых кислот близка к 40% и где решающую роль в деструкции протопектина играют ионообменные процессы. Доводить до состояния готовности нельзя такие овощи, в которых степень этерификации составляет 60% и более. Это объясняется тем, что важную роль в деструкции протопектина играет вода, которая непрерывно испаряется при этом способе обработке из продукта и не переходит из клеточного сока в клеточные стенки в необходимом для процесса деструкции количестве.

Разрыхлению клеточных оболочек могут способствовать процессы набухания и частичного гидролиза клетчатки и гемицеллюлозы.

Деструкция экстенсина. Структурный белок клеточных стенок в процессе тепловой обработки подвергается деструкции с образованием растворимых продуктов. Деструкция экстенсина начинается при более низких температурах, чем протопектина и гемицеллюлоз. Так, при нагревании нарезанных корнеплодов в воде при температуре 50^оС в течение 1 часа отмечается заметное снижение количества оксипролина. Механическая прочность при этом снижается, а содержание протопектина практически не изменяется.

Интересно такое явление: если свеклу на протяжении часа варить, а потом положить в холодную воду, она так же размягчается. Это связано с тем, что при остывании корнеплодов набухшая целлюлоза и гемицеллюлоза частично восстанавливают структуру и выделяют поглощенную при набухании воду, в которой и растворяются продукты деструкции протопектина.

Влияние некоторых факторов на продолжительность тепловой обработки овощей и плодов

Из кулинарной практики известно, что продолжительность варки различных овощей неодинакова. Какие же факторы влияют на продолжительность тепловой обработки?

Строение продукта. Различия в продолжительности тепловой обработки овощей зависит, прежде всего, от термоустойчивости клеточных стенок и разного характера деструкции их компонентов. Так, корнеплоды содержат больше клеточных стенок, а картофель и кабачки содержат их меньше и варятся быстрее. Но в свекле и моркови (относятся к корнеплодам) содержание клеточных стенок одинаково, а срок варки свеклы в три раза больше, чем моркови. В корнях петрушки содержание клеточных стенок выше, чем в свекле, а варятся они быстрее. Почему?

Содержание протопектина и экстенсина. В целом прослеживается прямая зависимость между содержанием протопектина и сроками тепловой обработки продуктов. Между содержанием экстенсина и длительностью тепловой обработки зависимости не установлено. Про термостойкость клеточных стенок судят по степени уменьшения их массы в процессе нагревания. Так, при нагревании в воде клеточных стенок моркови масса их уменьшилась значительно больше, чем клеточных стенок свеклы при одинаковых условиях нагревания. Термостойкость стенок зависит от термостойкости протопектина и экстенсина. Протопектин моркови более стойкий, чем в свекле, а экстенсин, соответственно, менее стойкий. Масса клеточных стенок свеклы уменьшается, в основном, за счет расщепления протопектина (70%), в меньшей степени – за счет белка, а в моркови и петрушке – наоборот.

Соотношение двухвалентных и одновалентных металлов. Для овощей с примерно одинаковой степенью этерификации протопектина и соответственно равным содержанием ионов кальция и магния установлена следующая зависимость: чем больше в их клеточном соке содержится органических солей и их кислот, принимающих участие в ионообменных процессах, тем продукты быстрее достигают кулинарной готовности.

Поэтому различия в продолжительности тепловой обработки разных сортов одного и того же вида овощей связывают с так называемой Са-осадительной способностью сока, которая определяется содержанием указанных выше органических кислот и их солей. Чем выше соотношение (Cа⁺⁺ + Мg⁺⁺)/( Na⁺ + K⁺) тем медленнее разваривается продукт.

Способ обработки. При варке овощей в воде или на пару значительных различий не наблюдается. В СВЧ-аппаратах сроки тепловой обработки сокращается в 3…10 раз. При измельчении овощей срок обработки снижается тем больше, чем меньше толщина кусочков.

Температура варочной среды. С повышением температуры степень деструкции углеводов клеточных стенок и экстенсина возрастает, следовательно, сокращаются сроки тепловой обработки. При температуре 90…95^оС срок тепловой обработки картофеля увеличивается примерно в 1,5…2 раза по сравнению с кипением, при 77…80^оС достигает 6 часов, при 55^оС не разваривается даже при длительной варке.

Реакция среды. Органические кислоты замедляют размягчение плодов и овощей. Причем чем выше кислотность, тем больше замедление. Но для свеклы, яблок, груш, чернослива зависимость имеет другой характер: при снижении рН среды до определенного значения размягчение замедляется, при дальнейшем повышении – размягчение начинает ускоряться. Точка перелома для свеклы при рН 5,7, яблок – 5,1.