2. Влияние гидротермической обработки на физико-биохимические показатели получаемых крупяных продуктов

При ГТО и варке круп степень их увлажнения продолжительность обработки зависят от вида крупы, т.е. в основном от коллоидно-физических свойств содержащегося в ней крахмала [12, 23, 121]. В процессе варки крахмал круп полностью изменяет свои свойства, способствуя гидрофильности крупы. Основное содержание крахмала круп составляют амилоза и амилопектин, пред­ставляющие собой высокомолекулярные углеводные соединения, отличающиеся структурными характеристиками и размерами молекулярных цепей. Совместное воздействие на крахмал теплоты и влаги обеспечивает его клейстеризацию, которая является совокупностью одновременно происходящих различных процессов [19, 38, 97].

Ввиду того, что зерно крахмала обладает достаточной прочностью внутренней структуры и при клейстеризации его преобладают процессы разрушения структуры, то в итоге процесс варки осуществляется с поглощением теплоты. Поглощаемая при клейстеризации крахмала теплота затрачивается на плавление связей между цепями полисахаридов, в результате чего внутренняя структура крахмальных зерен нарушается, освобождая гидроксильные группы крахмала, к которым присоединяются молекулы воды. Это способствует возрастанию количества углеводов в крупе при ее варке. Увеличение суммарного углеводного комплекса объясняется также частичным гидролизом высокомолекулярных углеводов типа пектиновых веществ и гемицеллюлоз, что особенно характерно при варке перловой и гречневой круп [33, 126].

При нагревании материала в присутствии воды происходит повышение свободной энергии молекул структур системы и уменьшение прочности водородных связей, в результате чего диссоциированные молекулы воды проникают между полисахаридами зерна крахмала. Такое расщепление плотно упакованных полисахаридных цепей в структуре крахмала сопровождается на­буханием зерна.

Степень набухания зависит от температуры и продолжительности ГТО [34]. Набухание крупы обусловлено также набуханием содержащихся в них белков, которые поглощают воду и связывают ее адсорбционно и осмотически. При нагревании материала до температуры 323 – 338 К вода, поступившая внутрь крахмальных зерен, растворяет некоторую часть полисахаридов. При этом амилоза переходит в водную среду, окружающую зерна крахмала, которые, значительно увеличиваясь в объеме, сохраняют свою форму и сложное строение. Этому процессу соответствует первая стадия клейстеризации крахмала. Дальнейшее нагревание вызывает интенсивное разрушение структуры крахмальных зерен, превращая их в пузырьки, наполненные раство­ренной амилозой и амилопектином. Интенсивность диффундирования полисахаридов в водную фазу, окружающую крахмальные зерна, при нагревании возрастает. При непосредственном соприкосновении крахмальных пузырьков между собой происходит полное поглощение влаги и клейстеризованный крахмал приобретает характер геля. Амилоза и амилопектин, перешедшие в раствор, скрепляют поверхности соприкасающихся зерен крахмала, которые связываются межмолекулярными силами, сообщающими материалу определенную прочность, значительно возрастающую при его охлаждении. Вязкость крахмалистых клейстеров зависит в большей степени от содержания фосфорной кислоты в амилопектине исходного крахмала [32, 86, 139].

В процессе длительного нагревания частиц крахмала выше температуры конца клейстеризации под действием внутриклеточного давления происходит разрушение крахмальных гранул и диспергирование полисахаридов. При разрушении клеточных стенок происходит выделение свободного растворенного крахмала, и при наличии 10 % разрушенных клеток крахмал имеет клейкую консистенцию, которая переходит в пастообразную при наличии 25 % разрушенных клеток. При этом на поверхности крупинок образуется слой клейстера, который заполняет капилляры и поровое пространство отдельных зерен. Этот слой влияет в дальнейшем на проведение процессов тепло- и массопереноса при варке, а также способствует комкованию частиц продукта [121].

Проблематичность вопроса заключается в том, что с одной стороны, требуется доведение крахмальных зерен до степени, соответствующей готовности продукта к употреблению в пищу без дополнительной кулинарной обработки, а с другой стороны, требуется обеспечение последующих технологических стадий производства (транспортировки, сушки и т.д.). Поэтому для сохранения клеточного строения и снижения клейкости сваренного продукта необходимо изменение крахмальных зерен в первой стадии клейстеризации. Температура по всему объему крупинки должна поддерживаться такой, чтобы при осуществлении наиболее полной клейстеризации крахмала обеспечивалось снижение диффундирования полисахаридов в водную фазу и предотвраще­ние превышения внутриклеточного давления выше предела прочности клеточных стенок на разрыв. Данного режима обработки круп можно достичь созданием пульсирующего, прерывистого подвода теплоты к поверхности крупинки с учетом кинетических закономерностей варки. При этом снижается влияние клейстера на процессы тепло- и массопереноса [73].

Под воздействием на материал теплоты и влаги происходит ослабление прочности структуры крупинок вследствие частичного гидролиза клетчатки, гемицеллюлозы, пектиновых веществ и других сложных углеводов, из которых образованы стенки клеток и межклеточные перегородки, ядра крупы. Исследования, проведенные Г.А. Егоровым и др. [45, 72, 81] показали, что ослабление перво­начальной плотной структуры зерна в процессе ГТО находится в прямой зависимости от степени увлажнения и температуры.

При денатурации белки свертываются, что влечет за собой уплотнение обводненных гелей и выпрессовывание значительной части содержащейся в них влаги, которая поглощается клейстеризующимся крахмалом. Крахмал клейстеризуется полностью и набухает, а его гидролиз до декстринов приводит к значительному увеличению количества водорастворимых веществ. Происходит деполимеризация его молекул, о чем свидетельствует возрастание количества декстринов, снижение молекулярного веса и изменение других физико-коллоидных свойств [70, 76, 150].

Все эти изменения делают крахмал и белки более доступ­ными действию диастаз и пептидаз, повышая усвояемость их организмом [121, 133]. Вследствие коллоидно-химического изменения крахмала в процессе варки крупа приобретает способность быстро развариваться при последующей кулинарной обработке [66, 83].

Гидротермическая обработка и варка круп способствуют повышению их питательной ценности, вследствие изменения белкового, липидного и углеводного комплексов, увеличивающего их усвояемость [92, 137].

Наряду с позитивным влиянием тепловая обработка оказывает и негативное воздействие на пищевые продукты. При тепловой обработке разрушаются витамины и некоторые пищевые ингредиенты (белки, жиры, минеральные вещества) и могут образовываться антипитательные вещества.

Образуются сильноокрашенные соединения сахаров с белковыми веществами – меланоидины, на что указывает потемнение круп во время варки. Высокое содержание меланоидинов в пищевых концентратах придает готовым блюдам специфические привкус и запах, ухудшает их внешний вид. Сахара и белковые вещества, вступившие в реакции меланоидинообразования, не усваиваются организмом, поэтому эти реакции нежелательны [74, 85].

Наблюдается также гидролиз жира, т. е. разложение его на составные части – жирные кислоты. Это может привести к образованию различных перекисей и в конечном итоге к распаду их на вещества (альдегиды, кетоны), придающие продукту характерный запах и привкус окислившегося жира. Во время гидротермической обработки эти реакции только начинаются, но в дальнейшем при хранении концентрата они могут послужить причиной порчи продукта [51].

В результате изменений коллоидно-химических свойств веществ при варке крупа слипается, это затрудняет процесс сушки и ухудшает потребительские свойства готовых блюд. Слипаемость круп обусловлена наличием слизистых веществ, обладающих высокой гидрофильной способностью, к которым относятся пентозаны и азотистые вещества.

Высокая слипаемость перловой крупы связана с наличием в ней большого количества слизистых веществ. Кроме того, крупные крахмальные зерна в ней расположены свободно и не окружены белковой оболочкой, поэтому имеют большую доступность для воды и тепла, образуя свободный крахмальный клейстер [56].

У рисовой крупы крахмальные зерна заключены в белковую оболочку, окружающую их равномерно, но оболочки непрочные и легко разрушаются при гидротермической обработке, освобождая крахмальные зерна. Однако слизистых веществ в рисе значительно меньше, чем в других крупах, так как при его производстве полностью удаляется алейроновый слой. Слипаемость рисовой крупы обусловлена клейстеризацией крахмала.

Гречневая крупа по сравнению с другими крупами в процессе гидротермической обработки практически на слипается, содержащиеся в ней слизистые вещества и крахмальные зерна имеют плотную оболочку.

Значительная продолжительность варки приводит к потере и разрушению значительной части аминокислот, снижению качественных и органолептических показателей готового продукта [17].

При конвективной сушке вареных круп вода, поглощенная крахмалом, удаляется, что приводит к распаду амилозы и переходу в гель амилопектина. Частицы крахмала сближаются и уплотняются, структура высушенного крахмала становится более прочной, снижается его развариваемость. Образовавшиеся при варке капилляры сжимаются и уменьшаются в объеме, что приводит к деформации крупинки. На их поверхности образуется высохшая корочка крахмала, поэтому происходит снижение набухаемости крупинок. К тому же образование плотной корочки клейстеризованного высохшего крахмала осложняет выделение пара из глубины продукта, что влечет за собой удлинение продолжительности сушки. Во время сушки продолжается гидролиз клетчатки, гемицеллюлозы, протопектина [18, 90].